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2023-07-19 23:17

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日程更新 | 北京光博会-第12届国际应用光学与光子学技术交流大会全日程发布！

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【推荐文章】激光清洗研究综述（特邀）

来源：世展网分类：光电行业资讯 2023-03-31 17:14 阅读：*****

2026年慕尼黑上海光博会LASER Photonics China

2026-03-18-03-20

距离255天

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#激光清洗

撰稿人：宋峰单位：南开大学引用格式

宋峰, 陈铭军, 陈晅, 赵泽家, 刘鑫, 姚建铨. 激光清洗研究综述(特邀)[J]. 红外与激光工程, 2023, 52(2): 20220835. doi: 10.3788/IRLA20220835

导读激光清洗是通过把高亮度和方向性好的激光照射到物体待清洗的部位，使激光器发射的光束被污染层和/或基底吸收，通过光剥离、汽化等过程，克服污染物和基底之间的粘附力，使污染物离开物体表面，达到清洗目的，且不损伤物体本身的物理清洗技术。

图1 铝合金基底上的油漆的激光清洗20世纪80年代以后，激光清洗技术得到了越来越多的关注。40年来，激光清洗作为一种新型高效的环保清洗技术，得到了飞速发展，在电子元器件清洗、文物保护和脱漆除锈等领域得到研究并获得了应用。2010年以后，对激光清洗研究进一步深入，在激光清洗的检测和智能控制方面取得较大成果，并且在激光清洗机理方面也取得了进展。中国科学家在这个过程中也做出了贡献。本文综述了激光清洗的起源、发展动态，清洗机制，以及在文物保护、脱漆除锈等方面的应用。起源激光清洗的研究最早可溯源到20世纪60年代。1965年，诺贝尔奖获得者肖洛(Schawlow)用脉冲激光照射有字(油墨印刷)的纸，纸面的墨色字体快速汽化，而纸本身没有损伤。他第一次提出了“激光擦(laser eraser)”术语。

图2 激光擦：激光照射去除墨迹

1969年，贝德尔(Bedair)等人用调Q激光清除镍表面的氧和硫污染，提出了激光清洗这一概念。1973年，阿斯姆斯(J·Asmus)团队最早报道了激光文物清洗，他们对多种文物进行了激光清洗，包括达芬奇壁画、雕像。后来激光清洗成为文物修复和保护的一个重要手段。激光除漆是当今激光清洗的一个重要应用方向，最早的激光除漆实验研究是1974年福克斯(J. A. Fox)用Q开关钕玻璃激光有效去除了树脂玻璃和金属基底上的油漆层。20世纪80年代，美国IBM公司研制出电子束投影刻蚀技术，制备掩模版时其表面不可避免地会沾上微粒污染物，导致出现次品，但传统的超声波清洗、机械清洗、化学清洗等技术等无法清除微粒污染物。1982年，IBM公司德国制造技术中心的扎普卡(W. Zapka)等人用聚焦激光照射掩模版，成功地将附着的污染物清洗掉，而掩模图案丝毫不会受到损伤。1987年7月2日，扎普卡在德国申请了第一个关于激光清洗方面的专利。前苏联彼得洛夫(Yu.Petrov)研究小组在激光清洗线路板方面也独立开展了研究工作。1987年，他们率先发表了激光清洗表面微粒的论文，这是公认的第一篇激光清洗微粒方面的论文。该论文的作者之一普罗霍洛夫(A.M. Prokhorov)是激光领域的先驱，于1964年因为激光方面的开创性工作和突出贡献，与汤斯、巴索夫共同获得了诺贝尔物理学奖。主要内容激光清洗的机制有光剥离、汽化等，可通过计算机对激光清洗过程进行控制，对清洗表面进行监测，实现激光清洗自动化控制。

图3 激光清洗装置和机理图

从是否使用辅助材料，激光清洗可以分为三种类型：干式激光清洗(Dry Laser Cleaning, DLC)、蒸汽式激光清洗(Steam Laser Cleaning, SLC)、湿式激光清洗( Wet Laser Cleaning, WLC)。湿式激光清洗法和蒸汽式激光清洗法，最常用的液体是水，使用方便，没有污染。前者将清洗对象浸泡在水中，后者则是喷洒气态物质使得在样品表面形成液膜，控制好液膜厚度。液体的功效是：保护清洗对象不至于因为温升过快而损伤；吸收激光能量形成过热液体或相爆炸，将污染物清洗掉。

图4 干式激光清洗(a)和湿式激光清洗(b)示意图

干式激光清洗设备简单，应用更加广泛；湿式激光清洗效率更高，但由于需要加入液体，对控制工艺有了更高的要求，还要防止液膜的侵蚀和锈蚀作用，这限制了其应用范围。作为一种新型高效的环保清洗技术，激光清洗的研究和应用吸引了越来越多的关注。激光清洗的应用领域包括激光清洗电子元器件、激光清洗文物、激光脱漆除锈，以及海面泄露石油、油污零件板材、纸张等其他方面的清洗。激光清洗前后和清洗过程中，可以通过各种监控手段判断清洗效果和清洗进程。未来，基于在线监测的激光清洗智能控制将是研究的主流方向。

结论与展望激光清洗是随着激光技术的发展而诞生的，随着对环境保护的要求越来越高，激光清洗技术的研究和应用也越来越得到关注。目前激光脱漆除锈、实时监测与自动控制，已成为新的研究热点。激光清洗仍然面临许多挑战：(1) 模拟效果有待解决。对于复杂成分的污染物，在理论模型计算中，数据还不够完整，一些物理参数也会随着温度的变化而变化，这将导致很难定量准确的获取激光清洗过程中的清洗阈值和损伤阈值。(2) 实时清洗效果评估和智能化控制有待加强。激光清洗的实时监测与效果判断，并结合图像识别处理可以实现对清洗的区域实时清洗评估。同时，可以与机器人联动使用，实现自动化，提高清洗效率。(3) 混合清洗应用方面。由于污染物和基底种类较多，表现出不同的物化特性。其他清洗方式（如喷丸法、化学法）市场占有量巨大，面对这种客观实际情况，可以将激光与其他技术相结合，实现复合清洗，以降低成本，提高效率。团队介绍

宋峰，男，籍贯江苏，汉族，博士研究生学历，南开大学教授，博士生导师，主要从事激光及其在清洗中的应用、纳米发光调控等方面的研究。

原文链接：

http://www.irla.cn/cn/article/doi/10.3788/IRLA20220835（阅读原文）