【導語】清洗，是維係人類生產生活秩序的基礎環節，但傳統清洗技術往往在效率與環保間陷入兩難。直到1965年，科學家偶然發現激光可精準擦除墨跡而不傷基底，由此開啟了激光清洗的新紀元。這項被譽為“21世紀綠色清潔技術”的創新，憑借選擇性吸收與瞬時能量轉化的特性，在芯片製造中精準擦除納米級灰塵，在文物修複中守護脆弱材質，更在交通、化工等領域展現潛力。從偶然發現到廣泛應用，激光清洗正以無汙染、高精度的優勢，重塑清潔技術版圖，為可持續發展注入“光之力量”。

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作者：宋峰（南開大學物理科學學院教授）林德惠（南開大學物理科學學院碩士研究生）

監製：中國科普博覽

清洗，是與人類生產生活實踐關係十分密切的行為。糖心免费视频對於清洗都不陌生，因為糖心免费视频每天都要洗臉、洗碗、洗衣服、擦洗家具、拖地。在工業生產中，儀器設備、交通工具、建築物等外表麵的汙漬、破損油漆、鏽蝕等需要定期去除。可以說，清洗無所不在，是維持糖心免费视频生活和生產秩序的基礎環節。

如果說得專業點，清洗可以這麽定義：去除物體表麵（如人臉、地板、輪船外殼、飛機外皮、車床、牆壁）的汙染層或覆蓋層（如灰塵、油汙、鏽蝕等），而使其恢複原表麵狀況的過程稱為清洗。

隨著生產力發(fā)展(zhǎn)和(hé)社(shè)會(huì)進(jìn)步(bù)，清(qīng)洗(xǐ)已(yǐ)發(fā)展(zhǎn)成(chéng)一(yī)門(mén)涉(shè)及(jí)範(fàn)圍(wéi)廣(guǎng)泛(fàn)、內(nèi)容(róng)豐(fēng)富(fù)的(de)實(shí)用(yòng)技(jì)術(shù)。在(zài)生(shēng)活(huó)中(zhōng)，我(wǒ)們(men)研(yán)究(jiū)洗(xǐ)臉(liǎn)膏(gāo)、洗(xǐ)衣(yī)粉(fěn)、地(de)板(bǎn)去(qù)汙(wū)劑(jì)等(děng)，進(jìn)行(xíng)洗(xǐ)臉(liǎn)洗(xǐ)衣(yī)服(fú)拖(tuō)地(de)擦(cā)桌(zhuō)椅(yǐ)，去(qù)除(chú)灰塵汙漬等汙染物，使其恢複到原先的幹淨狀態；在工業生產中，糖心免费视频研究化學試劑、噴砂等技術，去除鐵板上的鏽蝕、管道裏的汙染物，使其恢複最初的狀態。

清洗(xǐ)的(de)意(yì)義(yì)是(shì)顯(xiǎn)而(ér)易(yì)見(jiàn)的(de)。在(zài)日(rì)常(cháng)生(shēng)活(huó)中(zhōng)，清(qīng)洗(xǐ)可(kě)以(yǐ)提(tí)高(gāo)衛(wèi)生(shēng)標(biāo)準(zhǔn)，利(lì)於(yú)人(rén)體(tǐ)健(jiàn)康(kāng)，保(bǎo)護(hù)生(shēng)活(huó)環(huán)境(jìng)，提(tí)高(gāo)物(wù)體(tǐ)外(wài)觀(guān)的(de)價(jià)值(zhí)，從而提高人們生活質量。工業清洗的意義則更多，主要有體現在以下幾個方麵：

1.改善設備外觀，淨化美化環境。

2.去除汙漬汙垢，維持正常生產。

3.擴大運行周期，延長設備壽命。

4.提高生產能力，提高糖心APP官网进入質量。

5.減少能源消耗，降低生產成本。

6.減少生產事故，有利人體健康。

總而言之，清洗的目的就是去除汙染物，恢複物體本來麵目，提高生產效率，保持環境潔淨。

所以，清洗對於人類的生產生活是不可或缺的，不斷發展清洗技術，可造福人類。在接下來的內容中，糖心免费视频將深入探討一種綠色、高效的清洗技術——激光清洗。

傳統清洗技術：效率與環保的困境

清洗技術多種多樣，根據清洗原理，可以分為物理清洗和化學清洗（生物清洗也可歸類於化學清洗）技術。

物理清洗技術：顧名思義是利用物理原理，如力、熱、光、電等，從待清洗物體表麵去除汙染物。它具有安全、無腐蝕的優點。例如，糖心免费视频用毛巾洗臉就是最簡單的物理清洗。在工業上，傳統的物理清洗技術主要有：噴砂、高壓水、幹(gàn)冰(bīng)、電(diàn)磁(cí)波(bō)以(yǐ)及(jí)超(chāo)聲(shēng)波(bō)。

化(huà)學(xué)清(qīng)洗(xǐ)技(jì)術(shù)：則(zé)是(shì)采用(yòng)化(huà)學(xué)溶(róng)劑(jì)通(tōng)過(guò)化(huà)學(xué)反(fǎn)應(yīng)，使(shǐ)得(de)汙(wū)染(rǎn)物(wù)被(bèi)清(qīng)洗(xǐ)掉(diào)。它(tā)具(jù)有(yǒu)快(kuài)速(sù)、高(gāo)效(xiào)、成(chéng)本(běn)低(dī)等(děng)優(yōu)點(diǎn)。比(bǐ)如(rú)，糖心免费视频用肥皂洗衣服，就屬於化學清洗。常用的化學清洗方法有：化學試劑清洗、電化學分解清洗、微生物清洗，等等。

然而，傳統的物理和化學清洗方法也存在明顯的不足，例如，化學試劑清洗可能會對物體帶來侵蝕，還會產生大量廢液，對環境造成汙染；而機械打磨時產生的粉塵會彌漫在車間，還會產生噪音，影響工人健康。

麵對這些問題，糖心免费视频不禁要問，清洗一定要以環(huán)境(jìng)汙(wū)染(rǎn)作(zuò)為(wèi)代(dài)價(jià)嗎(ma)？當(dāng)然(rán)不(bù)是(shì)！科(kē)學(xué)家(jiā)們(men)正(zhèng)積(jī)極(jí)研(yán)發(fā)一種新的清洗技術——激光清洗技術，它被譽為“21世紀的綠色清潔技術”。

激光清洗的起源：一次偶然的發現

談到激光，大家並不陌生。然而，將激光用於清洗的奇妙想法，卻源於一個偶然的發現。

1965年，諾貝爾獎獲得者Arthur Schawlow發現，用脈衝激光照射油墨印刷的紙張時，紙張表麵的墨跡會瞬間汽化消失，而紙張基底不受損傷，如圖1所示。基於這一現象，他首次提出了“激光擦”(laser eraser)的概念。

圖1 激光擦——激光照射去除墨跡

（圖片來源：參考文獻[1]）

1969年，在加州大學伯克利分校的空間科學實驗室，貝德爾（S. M. Bedair）等人，在美國宇航局（NASA）劉易斯研究中心的研究項目中，嚐試用激光清除鎳材料表麵的氧和硫汙染，他們構建了理論模型，並分析了激光清洗的優點和不足。

接著，激光清洗在文物保護中開始顯現身手。阿斯慕斯研究團隊在1973年的一個國際會議上報道了他們用激光清洗藝術品的實驗。此後，他們對石雕、壁畫、古建築物等文物和藝術品進行了激光清洗，深入研究了激光清洗前後的文物形貌和表麵屬性的變化。現在，激光清洗文物已經成為文物修複和保護的一個非常重要的手段。

1987年7月2日，紮普卡在德國申請了第一個關於激光清洗(xǐ)的(de)專利EP0297506A。同年，蘇聯科學家彼得洛夫課題組率先發表了激光清洗物體表麵微粒的論文，這是公認的第一篇激光清洗微粒方麵的論文。該論文的作者之一Prokhorov是激光領域的先驅，他於1964年因為激光方麵的開創性工作和突出貢獻，與湯斯、巴索夫共同獲得了諾貝爾物理學獎。

此後，激光清洗在除漆除鏽、清除電子線路板、模具等方麵得到了研究和應用，美國和歐洲國家在激光清洗方麵一直走在前列。如今，激光清洗已經用於機械、化工、微電子與文物保護等眾多行業。

激光清洗的“秘密武器”：選擇性吸收與瞬時轉化

那麽激光是如何實現擦除和清洗的呢？其核心在於材料的選擇性吸收和能量的瞬時高效轉化。主要過程如下：

精準的能量投遞（“激光槍”發射“光(guāng)子彈”）：激光器產生一束高亮度、方向性好和特定波長的相幹光，照射汙染物表麵。這就像無數高能量的“光子彈”擊中了目標。

選擇性吸收（汙染物“貪吃”，基體材料“挑食”）：對於不同波長的光，不同物質的吸收程度存在差異。糖心免费视频選用容易被汙染物吸收，而基體材料不易吸收的激光波長進行清洗。可以形象地理解為，糖心免费视频選擇性地“投喂”一些汙染物愛吃的“光子彈”，而基體材料對這些“光子彈”不感興趣，幾乎不吸收。這樣，激光能量主要被汙(wū)染(rǎn)物(wù)吸(xī)收(shōu)，而(ér)基(jī)體(tǐ)材(cái)料(liào)幾(jǐ)乎(hu)不(bù)受(shòu)損(sǔn)傷(shāng)。

能(néng)量(liàng)的(de)瞬(shùn)時(shí)轉(zhuǎn)化(huà)（“光(guāng)子(zi)彈(dàn)”變(biàn)“熱(rè)炸(zhà)彈(dàn)”）：汙(wū)染(rǎn)物(wù)吸(xī)收(shōu)的“光子彈”在極短的時間（通常是納秒、皮秒甚至飛秒量級）內，通過光熱效應瞬間轉化為熱能。這導致汙染物溫度急劇升高。

汙染物的去除（被高溫或爆破力“趕走”）：在這突如其來的高溫下，汙染物將無法穩定存在，同時或先後發生如圖2所示的幾種變化：

1.分解或蒸發：當激光能量足夠高時，汙染物的溫度將超過其分解和氣化溫度，變成蒸汽或分解氣體飄走。這是最主要的去除方式。

2.熱膨脹誘導的崩裂和噴射：極高的升溫速率會導致汙染物內部產生巨大的溫度梯度，使得漆層內部產生極大的熱應力。這種熱應力導致汙染物劇烈膨脹，瞬間崩裂成微小的顆粒並噴射出去。

3.界麵剝離脫落：當汙染物層較薄時，“光子(zi)彈(dàn)”能(néng)夠(gòu)穿(chuān)透(tòu)汙(wū)染(rǎn)物(wù)到(dào)達(dá)其(qí)與(yǔ)基(jī)體(tǐ)材(cái)料(liào)的(de)界(jiè)麵(miàn)處(chù)。二(èr)者(zhě)的(de)顯(xiǎn)著(zhe)熱(rè)膨(péng)脹(zhàng)係(xì)數(shù)的(de)差(chà)異(yì)導(dǎo)致(zhì)在(zài)界(jiè)麵(miàn)處(chù)產(chǎn)生(shēng)巨大的熱應力。這將導致汙染物層以相對較大的碎片或薄片形式從基材表麵整體剝落。

圖2 激光清洗的原理示意圖

（圖片來源：作者供圖）

激光清洗：從工業到文物的“多麵手”

激光清洗憑借“無汙染、高精度、不傷基體、易自動化”的優勢，正越來越多地在工業應用中獲得青睞，目前已在眾多領域一展身手。

芯片行業：在指甲蓋大小的芯片上，密密麻麻排列著數十億個晶體管。激光清洗就像拿著光做的“納米橡皮擦”，能精準擦除0.1微米級的灰塵顆粒（相當於頭發絲的百分之一粗細）。這大大提高了芯片的良品率和可靠性。特別是現在流行的3D芯片封裝（把幾層芯片像搭積木一樣疊起來），結構非常複雜，激光清洗更是成了必不可少的“清潔大師”。

交通行業：飛機、輪船、火車等交通工具在使用一段時間後，油漆層和基體材料會破損，甚至被腐蝕。為了確保安全，需要定期清潔和維護。然而，傳統的化學清洗汙染環境且容易腐蝕基體，機械打磨也容易損傷基體。目前，激光清洗已在大量飛機、輪船、火車等交通工具的激光清洗研究和初步應用中展現出巨大潛力。

圖3 ARLCRS對F-16戰鬥機進行激光除漆

（圖片來源：參考文獻[2]）

文物清洗領域：目前常用的文物清洗方法主要有：刮、擦、刷、超聲波等物理方法，以及化學試劑擦拭等化學方法。這些清洗方法對文物都有一定的損傷。而有些文物，如絲綢、紙張等，甚至於無法使用這些方法進行清洗。超短脈衝激光卻能精準地剝離表麵的汙垢層，且不損傷脆弱的基體材料（如顏料、紙張纖維、大理石等）。故宮、敦煌研究院這些守護國寶的“大內高手”們，已經用它成功讓許多寶貝重現光彩了！

激光之光，點亮潔淨未來

激光清洗技術，這把高效的“光之掃帚”，不僅帶來了清潔方式的革命，更是糖心免费视频追求可持續發展、建設美麗家園的有力工具。它顯著減少了傳統清洗方式帶來的水汙染、空氣汙染和化學(xué)汙(wū)染(rǎn)風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)實(shí)在(zài)在(zài)地(de)幫(bāng)助(zhù)我(wǒ)們(men)擁(yōng)有(yǒu)更(gèng)加(jiā)潔(jié)淨(jìng)、健(jiàn)康(kāng)的(de)生(shēng)活(huó)和(hé)工(gōng)作(zuò)環(huán)境(jìng)。

隨(suí)著(zhe)技(jì)術(shù)的(de)不(bù)斷(duàn)成(chéng)熟(shú)和(hé)普(pǔ)及(jí)，激光清洗將在守護藍天、碧水、淨土的道路上，扮演越來越重要的角色，讓“潔淨”成為糖心免费视频環境更鮮明的底色。

參考文獻：

[1]A. Schawlow, Lasers: The intense, monochromatic, coherent light from these new sources shows many unfamiliar properties, Science, 149(3679) (1965) 13-22.

[2]Z. Liu, J. Cheng, Z. Li, et al, Removal of composite coating from 2024 aluminum alloy surface by CO2 laser cleaning, Electroplating & Finishing, 40(12) (2021) 974-979.