[发明专利]微米级锥形阵列结构的激光成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料表面处理方法领域，具体而言，涉及一种微米级锥形阵列结构的激光成型方法。

背景技术

1960年世界上第一台激光器诞生后，激光随之被广泛应用于各行各业，特别是在工业领域取得极大发展。激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，利用激光束与物质的相互作用，可以对材料进行切割、焊接、表面处理、打孔和微加工。激光表面改性是利用激光束极快地加热工件表面，改变材料表面的结构，从而使材料表层的物理、化学、力学性能发生变化。具体而言，当激光束照射到材料表面时，激光的能量被材料吸收变为热能，表层材料受热升温。由于功率集中在一个很小的表面上，在很短时间内即把材料加热到高温，使材料发生固态相变、熔化甚至蒸发。当激光束被切断或移开后，材料表面快速冷却，自然冷却就能实现表面改性。

在材料表面上加工锥形微结构阵列在电子、电化学、光学领域有广泛的用途。目前制备的主要方法是光刻和蚀刻法，但是制备程序繁琐且成本极高。

杨君等报道了“MEMS微针制备及其应用研究的进展”（压电与声光，2010年，No.6，Page1053-1058）。该报道综述了使用光刻、蚀刻法制备微针、锥形微结构阵列的方法，用该法制备的锥形微结构形状规整，排列整齐，但是制备工艺非常复杂，工序繁多且成本高昂。

张淼等报道了“锗衬底上锥形二维亚波长结构的制备”（西北工业大学学报，2010年，No.4，Page515-519），在锗衬底上使用紫外接触式光刻技术制备了锥形结构，用该法制备的锥形微结构形状也较规整，排列非常整齐，但是制备设备价格昂贵，实验制备条件苛刻，工艺复杂，不适用于大规模生产。

如果采用传统技术生成微米级锥形微结构阵列这样复杂且重复的精细结构，一般使用光刻、蚀刻等技术，工艺复杂且费用高昂，制备效率低。

发明内容

本发明旨在提供一种微米级锥形阵列结构的激光成型方法，以解决现有技术中生成微米级锥形微结构阵列时使用光刻、蚀刻等技术，工艺复杂且费用高昂，制备效率低的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种微米级锥形阵列结构的激光成型方法，包括，步骤10，清洗和/或打磨待加工的原材料的表面；步骤20，使用激光器照射原材料的表面的一个位置；步骤30，激光束斑在原材料的表面移动，照射原材料的表面的另一位置；步骤40，反复进行步骤20至步骤30，照射原材料所有需要生成锥形结构的表面，使原材料的表面形成阵列式排列的锥形结构。

进一步地，在步骤10中，使用丙酮清洗剂清洗原材料的表面；。

进一步地，激光器为Tui248纳米KrF脉冲激光器。

进一步地，在步骤20中，激光器的光强度为2焦耳/平方厘米，工作气体为氧气，氧气压力为75毫托，激光束斑形状为长方形，大小为2×5毫米。

进一步地，步骤20中，以原材料表面为0度平面，垂直于原材料表面的法线方向为90度，激光束在10度至80度之间的预定角度照射到原材料表面。

进一步地，激光束以45度角照射到原材料表面。

进一步地，步骤20中，激光频率为10赫兹，激光与原材料表面的作用时间为100个脉冲。

进一步地，步骤30中，激光通过反射镜平移到的另一位置。

进一步地，步骤30中，通过平移原材料使激光束斑在原材料的表面移动。。

进一步地，原材料为陶瓷电极。

应用本发明的技术方案，使用激光作为快速成型的手段，可以迅速在材料表面生成锥形阵列结构，技术相对简单且成本低，重复性高。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的微米级锥形阵列结构的激光成型方法的照射角度示意图；以及

图2示出了本发明的微米级锥形阵列结构的激光成型方法在电极上生成的锥形阵列。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

针对现有技术的缺点和不足，本发明使用脉冲激光作为快速成型的手段，通过调制入射角度和作用参数，可以迅速在材料表面生成锥形阵列结构，技术相对简单且成本低，重复性高。

本发明提供一种使用激光作为快速成型的手段，可以迅速在材料表面生成锥形阵列结构的方法。本发明的方法包括以下步骤：