Microusinagem com laser de pulsos ultracurtos aplicada na produção e controle de circuitos optofluídicos

• Processo: 13/26113-6
• Linha de fomento: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Vigência: 01 de julho de 2014 - 30 de junho de 2020
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Processos de Fabricação
• Pesquisador responsável: Wagner de Rossi
• Beneficiário: Wagner de Rossi
• Instituição-sede: Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN). Secretaria de Desenvolvimento Econômico (São Paulo - Estado). São Paulo , SP, Brasil
• Pesq. associados: Anderson Zanardi de Freitas ; Ardson dos Santos Vianna Junior ; Cristhiano da Costa Herrera ; Denise Maria Zezell ; Dimitri Geskus ; Eduardo Landulfo ; Gesse Eduardo Calvo Nogueira ; Luciana Reyes Pires Kassab ; Marcus Paulo Raele ; Martha Simões Ribeiro ; Niklaus Ursus Wetter ; Nilson Dias Vieira Junior ; Patrick Jack Spencer ; Ricardo Elgul Samad ; Sonia Licia Baldochi
• Auxílios(s) vinculado(s): 17/21124-0 - Utilizar o laser de TW do IPEN para acelerar elétrons em alvos gasosos pela esteria do pulso do laser, AV.EXT; 17/05854-9 - Localização de luz: uma maneira para construção de dispositivos fotônicos avançados, AV.EXT; 16/14691-3 - Frontiers in Optics/Laser Science Conference (FiO/LS), AR.EXT; 14/14670-0 - EMU concedido no processo 2013/26113-6: estação de microusinagem com sistema laser de Ti: safira de femtossegundos amplificado, AP.EMU; 14/14663-4 - EMU concedido no processo 2013/26113-6: sistema microfluídico completo, AP.EMU
• Bolsa(s) vinculada(s): 19/06334-4 - Dispositivos laser em sistemas microfluídicos para laboratórios de bolso descartáveis, BP.PD; 17/22467-9 - Uso da terapia óptica na proliferação e diferenciação de células-tronco mesenquimais em tenócitos para potencial aplicação em engenharia de tecidos, BP.PD; 17/16978-0 - Aprimoramento de metodologia para produção e controle de circuitos microfluídicos usinados com pulsos ultracurtos, BP.TT; 16/02326-9 - Microusinagem com laser de pulsos ultracurtos aplicada na produção e controle de circuitos optofluídicos, BP.PD; 15/15775-3 - Algoritmo para análise de autocorrelação de sinal de tomografia por coerência óptica para acompanhamento de fluxo sanguíneo em camundongos com síndrome metabólica, BP.DR
• Assunto(s): Usinagem Óptica Laser Circuitos de pulso

Resumo

Este projeto visa desenvolver no país uma capacidade de processar materiais com lasers de pulsos ultracurtos e utilizar esta capacidade para aplicações inovadoras. O processamento com lasers de pulsos ultracurtos é uma tecnologia nova, ainda em fase de estudos fundamentais e desenvolvimentos tecnológicos, com características muito diferentes de qualquer outro método de processamento por remoção de material. Por se tratar de pulso laser com duração temporal menor que a interação elétron fônon, sob certas condições pode-se obter um processo sem efeitos térmicos e uma ferramenta de usinagem com diâmetro menor que 1 mícron. Esta ferramenta é, portanto, capaz de produzir estruturas impossíveis de se obter com qualquer outro método. Além de estruturas micrométricas processadas diretamente na superfície de qualquer tipo de material, ainda é possível o processamento no interior de materiais transparentes. Devido às altíssimas intensidades obtidas por pulsos ultracurtos, também é possível alterar as propriedades tribológicas, químicas e físicas de superfícies. Estas propriedades abrem novas possibilidades de processamento, com resultados que estão revolucionando diversos ramos do conhecimento. Estas propriedades, contudo, somente são possíveis sob condições estritamente estabelecidas e controladas. Não basta a utilização de pulsos ultracurtos para se obter processos não-térmicos; é preciso conhecer a dinâmica da interação deste tipo de radiação com um determinado material e obter as condições exatas de processo onde isto é possível. O grupo de lasers do IPEN detém o domínio desta tecnologia e, com experiência de mais de 30 anos na área de lasers e suas aplicações, é aquele que está mais preparado para realizar desenvolvimentos nesta área. Este projeto, portanto, propõe não somente desenvolvimentos para o domínio da tecnologia de processamento com pulsos laser ultracurtos, mas vai além, e propõe diversas aplicações práticas advindas destes desenvolvimentos. Estas aplicações práticas estão focadas na produção e utilização de circuitos microfluídicos. Por utilizar pulsos ultracurtos na sua produção, estes circuitos podem ser muito especiais, com características muito diferentes daqueles que já são produzidos por outras técnicas por alguns grupos no país. Podem ser produzidos em qualquer tipo de material (dielétrico; metálico; polimérico), com qualquer desenho, com dimensões controladas a partir de 1 mícron. Podem incorporar superfícies funcionais em partes específicas, com propriedades químicas, físicas e tribológicas adequadas a certo tipo de aplicação. Deverão também incorporar dispositivos ópticos passivos e ativos, como guias de onda e lasers, para monitoramento e/ou ativação de processos. Estes circuitos "optofluídicos" serão então utilizados em diversas aplicações de grande interesse da instituição e do país. São principalmente aplicações onde o IPEN já trabalha com processos convencionais, e que tem grande interesse na sua miniaturização e maior eficiência. Tem, portanto total apoio da instituição, conta com pessoal especialista, e infraestrutura adequada para cada um dos casos pretendidos. (AU)

Publicações científicas

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(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

DE ROSSI, WAGNER; VIEIRA, ALEXANDRE. Texturization of Engine Components with Shaped Ultrashort Laser Pulses. JOURNAL OF LASER MICRO NANOENGINEERING, v. 14, n. 2, p. 142-146, SEP 2019. Citações Web of Science: 0.

WETTER, NIKLAUS URSUS; DA SILVA, DIEGO SILVERIO; PIRES KASSAB, LUCIANA REYES; JIMENEZ-VILLAR, ERNESTO. Improving performance in ytterbium-erbium doped waveguide amplifiers through scattering by large silicon nanostructures. Journal of Alloys and Compounds, v. 794, p. 120-126, JUL 25 2019. Citações Web of Science: 0.

GONCALVES PERES, JOSE CARLOS; HERRERA, CRISTHIANO DA COSTA; BALDOCHI, SONIA LICIA; DE ROSSI, WAGNER; VIANNA, ARDSON DOS SANTOS. Analysis of a microreactor for synthesizing nanocrystals by computational fluid dynamics. CANADIAN JOURNAL OF CHEMICAL ENGINEERING, v. 97, n. 2, p. 594-603, FEB 2019. Citações Web of Science: 1.

BERTOLETE, M.; BARBOSA, P. A.; MACHADO, A. R.; SAMAD, R. E.; VIEIRA, JR., N. D.; VILAR, R.; DE ROSSI, W. Effects of texturing the rake surfaces of cemented tungsten carbide tools by ultrashort laser pulses in machining of martensitic stainless steel. INTERNATIONAL JOURNAL OF ADVANCED MANUFACTURING TECHNOLOGY, v. 98, n. 9-12, p. 2653-2664, OCT 2018. Citações Web of Science: 2.

DA SILVA, DIEGO SILVERIO; WETTER, NIKLAUS URSUS; DE ROSSI, WAGNER; PIRES KASSAB, LUCIANA REYES; SAMAD, RICARDO ELGUL. Production and characterization of femtosecond laser-written double line waveguides in heavy metal oxide glasses. Optical Materials, v. 75, p. 267-273, JAN 2018. Citações Web of Science: 3.