[发明专利]激光划线扫描材料制备点阵式表面织构的方法

说明书

激光划线扫描材料制备大面积周期性点阵式表面织构的方法属于表面微结构制备领域。为了解决现有加工方法存在加工效率底下、工艺复杂的问题。该方法适用于使用激光可使材料损伤的各种材料。开光前根据所需织构单元尺寸、材料损伤阈值调节激光参数，先在样品表面使用单脉冲激光制备单个织构单元，利用激光扫描速度、脉冲频率和占空比的配合，可在样品表面通过划线扫描方式进行点阵式织构制备。本发明可大面积、更高速地制备材料表面周期性点阵式织构，且单元尺寸和间距可控。材料表面织构应用广泛，如锂离子电池、光伏发电、红外材料、机械密封等。

技术领域

本发明涉及一种采用激光在各种材料表面快速制备大面积点阵式织构，利用本方法所产生的织构具有规则性、周期性、尺寸可控，最主要是制备速度远大于其他加工方法。本方法所涉及的表面织构制备技术属于激光微纳加工领域。

背景技术

材料表面织构的研究起源于对生物表面特殊功能的仿生探索，如荷叶的疏水性，鲨鱼皮对水的减阻性等。材料表面织构应用广泛，如中国发明专利CN201610534055.X指出，利用飞秒激光加工电池电极表面纳米结构，可以大幅度提高电极表面积，使得电池容量增加，充电速度加快，寿命增长；在单晶硅或多晶硅表面通过超快激光制备表面织构，可减小太阳能电池对光的反射率进而提高光电转换率；机械密封领域，表面织构可以显著改善机械密封端面的润滑状况，提高液膜的承载能力，延长机械密封的使用寿命；硫化玻璃等红外透过材料由于表面光滑，导致较大的反射损失，表面织构可减小反射损失，增大透过率和疏水性。

表面织构制备方法众多，最常用的包括机械加工、电解加工、离子刻蚀、微型电火花加工等，但这些方法都存在难以解决的问题：机械加工精度难以突破；电解加工只适用于金属材料；离子刻蚀效率低且成本高；微型电火花加工工具电极损耗等。

中国发明专利CN 201310375277.8公布了铜基超疏水表面织构的制备方法，该方法需要通过光刻处理使附着在铜基底表面的光刻胶层形成有序多孔阵列模板，再利用两步氧化还原过程在铜金属表面得到一层具有类似荷叶表面的微纳米双尺度结构，工艺复杂、成本高且效率底、只适合金属等导电材料。中国发明专利CN201611094510.5公布了激光打标机通过光束逐个打点的方式制备铝合金超疏水功能表面，单个打点时间为2ms～5ms，最后再硅烷化处理，加工效率低。随着激光技术的快速发展，以及配套精密仪器的成熟应用，将激光技术用于材料表面织构制备已成为研究热点，但尚无使用激光直接划线扫描方式连续快速实现周期性点阵式织构制备方法的报道，激光划线扫描方法多用来制备条纹状或网格状结构表面制备，点阵式表面结构，除了激光逐点刻蚀获得效率较低的结构制备方式，针对大面积周期性的点阵式表面结构的制备则未见直接制备方法，往往需要更加复杂的复合制备工艺，且存在效率低、工艺重复性低、对材料普适性差等缺点。

发明内容

本发明旨在提供一种采用激光在材料表面快速制备出大面积周期性点阵式织构的方法。该方法为点阵织构的直接制备方法，可在常温常压空气环境中进行，工艺简单、重复性强、无污染，适用于各种材料，所制备点阵结构在军事国防及国民生产中具有广泛的应用潜力。

1.本发明的内容包括以下具体内容：

1)所要加工样品经过表面清洁后，固定在加工平台上，根据点阵深度及样品表面，调节离焦量，保证焦点到表面的间距可控，调节激光束传输方向或加工平台角度，保证激光束与样品表面夹角可控；

2)确定样品的材料损伤阈值，入射光的有效穿透深度；

3)根据所需点阵式织构单元尺寸、材料损伤阈值、入射光的有效穿透深度调节激光参数，使用单个脉冲激光垂直样品表面制备织构单元，测量其尺寸；若得到织构单元尺寸与目标尺寸不同，可根据结果微调激光参数，重复制备织构单元，直到其尺寸与目标尺寸相同，确定制备织构所需激光参数；