[实用新型]多点接触模式下的大面积摩擦诱导微米级加工装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种微米级加工设备，尤其涉及一种多点接触模式下的大面积摩擦诱导微米级加工装置。

背景技术

纳米科技开创了21世纪人类生活的新时代，其发展不仅将促使人类认知的革命，也是人类实现可持续发展的重要保证。基于其广阔的发展前景及其对国家未来经济、社会发展及国防安全的重要意义，世界各国纷纷将纳米科技的研发作为技术创新的重要驱动力，在世界范围内掀起了纳米科技的研究热潮。而纳米制造是实现纳米科技由功能原理向制造原理转化的途径，也是支撑纳米科技走向应用的基础。因此，研制新型的纳米加工设备，无论是对于高精度、低成本和高效率的创新纳米加工方法的研究实现，具有十分重要的意义。

摩擦诱导微/纳米加工技术是一种全新的加工方法，该方法通过机械刻划就可在单晶硅、石英、玻璃等材料表面直接加工凸结构。此外，刻划区域或纳米凸结构经过KOH溶液腐蚀后，会形成更深的凹结构或更高的凸结构。以微/纳米制造领域中最重要的材料单晶硅为例，其表面经过刻划后，摩擦区域的材料发生了机械变形和摩擦化学反应。在后续的KOH溶液腐蚀过程中，摩擦区域具有抗KOH腐蚀的作用，从而不被腐蚀而形成一定高度的微/纳米结构。该方法不依赖外加掩模板及繁琐的加工流程，加工过程中不需要控制湿度，真空度等环境因素。显然，该技术具有加工成本低、技术简单、易于推广等优势，是一种极具潜力的微/纳米加工方法。

目前，摩擦诱导微/纳米加工技术主要由扫描探针显微镜完成，该装置只能在单探针模式下工作，严重限制了其加工效率。而且加工速度慢，效率较低，而且其加工范围一般不能超过一百微米，很难达到批量化生产要求，阻碍了摩擦诱导微/纳米加工技术的应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种多点接触模式下的大面积摩擦诱导微米级加工装置，该装置既可以在单探针模式下进行，也可以在多探针模式下进行，加工尺寸大，加工效率高；且其载荷控制精确、分布均匀，加工出的结构均匀、一致。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案为：一种多点接触模式下的大面积摩擦诱导微米级加工装置，由基座、基座上的加工平台驱动装置、基座上的加载机构和数据采集及控制系统组成，其中：

所述的加工平台驱动装置的构成是：水平二维电控平移台由螺栓固定于基座的上表面，手动三维位移台的底板通过连接板固定于水平二维电控平移台的上表面；手动三维位移台的竖板与“L”型的样品台的竖板固定连接；

所述的加载机构的构成是：电动角位移台通过凸台固定于基座的上表面，力敏型的悬臂梁的固定端螺纹固定于电动角位移台的可倾斜的水平工作面上，探针阵列固定于悬臂梁自由端端部的下表面；激光位移传感器通过支架连接于基座上，激光位移传感器位于悬臂梁自由端端部的正上方；悬臂梁的端部与加工平台驱动装置的“L”型的样品台的横板相对；

所述的水平二维电控平移台、电动角位移台、激光位移传感器均与数据采集及控制系统电连接。

本实用新型的工作过程和原理如下：

将需加工的单晶硅、石英或玻璃薄片材料固定于样品台的横板上，通过数据采集及控制系统控制水平二维电控平移台在水平面上移动，使待加工的薄片位于悬臂梁上的探针阵列的下方；再手工调节手动三维位移台使待加工的薄片精确对准悬臂梁上的探针阵列；通过数据采集及控制系统控制电控角位移台向下倾斜设定的角度；手工调节手动三维位移台，使被加工薄片表面接触探针序列产生相互作用力，并通过激光位移传感器检测出悬臂梁的形变，由数据采集及控制系统计算出薄片与探针序列相互作用力的大小，当达到设定载荷的时候，完成初始化工作。此后由数据采集及控制系统控制水平二维电控平移台，按设定的图形轨迹进行移动，实现对载荷的精确反馈控制，完成在多点接触模式下的大面积摩擦诱导微米级扫描加工。

再对扫描加工完成后的薄片进行腐蚀，即可加工成具有特定微米级凸结构的薄片。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

一、本实用新型的探针序列可以由单探针构成，更可以由多探针构成，因此该装置可以在单探针(单点接触)模式和多探针(多点接触)模式下工作。多点接触模式下单次移动扫描过程即完成单点接触模式下的多次移动扫描过程的接触摩擦诱导，加工效率大大提高，加工成本低；并可以根据加工需求方便快捷地对探针序列的针尖个数、大小、间距进行调节，以适应不同加工尺寸、精度要求；水平二维电控平移台的移动范围最大可达50mm，移动速度可达10mm/s，大大高于扫描探针显微镜0.1mm的移动范围和0.1mm/s的移动速度。