陈根：非接触，检测透明材料

文|陈根

因为地球的旋转作用，在静力平衡的大气中可以产生一种特殊声波——兰姆波（Lamb waves）。兰姆波在空气微团中一般只做水平运动，静力平衡成立，水平尺度较大。

兰姆波是以英国数学家贺拉斯·兰姆爵士（Sir Horace Lamb）的名字所命名，它能够在适当的机械激励下，在固体板材中产生的弹性波。由于兰姆波的传播会受到表面损伤（如划痕）的影响，因此，它们常常用来确保扫描的材料是否存在缺陷。

目前，透明材料在平板电脑、智能手机、太阳能电池板、医学、光学等方面有了越来越重要的应用。就像其他任何大规模生产的产品一样，质量控制对这些材料来说非常重要。如今，已经开发了几种用来检测透明材料微观划痕或缺陷的技术，但其在成本以及效率方面或多或少还有改进的空间。

例如，激光技术虽然能够以非接触的方式产生兰姆波，但激光参数需要针对每种材料进行仔细校准。此外，现有方法产生的兰姆波往往振幅不够，必须进行重复测量，这样的往往十分耗时。

针对这些问题，来自日本的研究人员开发了一个新的框架，用于生成和检测透明材料中的“S0模式”（零阶对称模式）兰姆波。他们利用了一种曾经成功过的方法，以无接触的方式产生机械振荡：激光诱导等离子体（LIP）冲击波。

具体来说，LIP通过一束高能激光聚焦在一小部分气体上产生，激光的能量使气体分子通电并导致它们进行电离，从而在材料表面附近产生一个不稳定的“等离子体气泡”。

随后，等离子体气泡以超高速向周围扩张产生冲击波作为激发力，在目标结构上产生兰姆波。和预想的结果相同，当兰姆波在受损区域传播时，划痕在板的应力分布上造成了明显的差异，通过检测只有几十微米的划痕，证明了这种新方法的潜力。

未来，或许这种非接触、非破坏性的损伤检测方案，有助于降低高质量透明材料的生产成本。