[发明专利]一种微坑阵列的制作方法

说明书

本发明公布了一种微坑阵列的制作方法，包括以下几个步骤：（1）制备磁性胶体粒子悬浮液。（2）在工件表面制备磁性胶体粒子膜。（3）以工件为阳极，在电解槽的阴极和阳极外侧加平行于电极的磁极，磁性胶体粒子在所加磁极产生的磁场作用力下被牢固地压在工件表面上，以表面覆有磁性胶体粒子的工件为阳极，以工件表面上的磁性胶体粒子为掩膜，在磁性胶体粒子之间的间隙中对工件进行电解腐蚀加工。（4）去除磁性胶体粒子，得到微坑结构。本发明利用磁场力对磁性胶体粒子的作用，有效解决了粒子掩膜电解过程中作为掩膜的胶体粒子和基底之间黏附力不足的问题，其掩膜固定方式简单、操作简单，可保证掩膜电解加工微坑阵列工艺地顺利进行。

技术领域

本发明涉及一种微坑阵列的制造方法，属于微纳加工领域。

背景技术

近年来，表面微坑结构因其良好耐摩擦性、润湿性、超疏水性及生物相容性等性能而成为研究的热点，被广泛应用于高速超高速摩擦件、抗油疏水件、生物器件以及微器件的表面制备中。

目前常用的微坑阵列加工方法有：微机械加工、自激振动加工方法、电火花加工、激光束加工、掩膜刻蚀和掩膜电解加工方法等。其中的光刻技术是微纳制造中常用工艺，但其加工成本较高、不适用于大面积结构、三维复杂微结构、特别是曲面结构的加工制备。虽然灰阶掩膜技术和数字灰度光刻技术的发展使得光刻的方法能够初步应用于三维连续浮雕微结构表面的制备，但其光刻精度仍受到最小光刻线宽的影响且所能制备三维面形的复杂程度有限、面形可控性低。

近年来，胶体粒子开始被用作模板结合电化学工艺制造各种微纳米结构阵列，该方法因其简便、经济等优点而成为当前的研究热点。在实际加工中只需改变胶体粒子的粒径,便可制备不同尺寸的大面积周期阵列结构。但胶体粒子在制造工艺中可能因为和基底之间的粘附力不足，在电化学加工过程中从基底脱落，导致制备的微结构出现较多空位和浅坑缺陷甚至工艺失败的现象。在现有的研究中，磁场辅助电化学工艺在电极间引入外加磁场，改变金属离子的运动轨迹与速度，从而改变电化学加工的某些特性已成为一种成熟技术。

发明内容

本发明的内容在于解决现有纳米胶体粒子掩膜制备微坑工艺中胶体粒子和基底的黏附力不足的问题，利用作为掩膜的磁性胶体粒子在磁场中受磁场力的作用被压在工件表面的性质，提出一种微坑制造方法，有效解决胶体粒子在基底的黏附力不足问题，可有效实现微坑结构阵列制造。

本发明的技术方案为：

一种微坑阵列的制造方法，包括以下步骤。

（1）制备磁性胶体粒子悬浮液。取适量的磁性胶体粒子放入水中，加入表面活化剂、在超声振荡器中振荡一定时间获得磁性胶体粒子悬浮液。

（2）制备磁性胶体粒子膜。将待加工工件表面进行抛光、除油、除锈、亲水处理，干燥备用。在工件表面滴涂磁性胶体粒子悬浮液，将其置入超声振荡器中的干燥容器中，在超声振动的作用下使磁性胶体粒子悬浮液在工件表面均匀分散开，干燥后在工件表面上得到均匀分布的磁性胶体粒子的单层膜。

（3）电解腐蚀微坑。以工件为阳极，在电解槽的阴极和阳极外侧加平行于电极的磁极，磁性胶体粒子在所加磁极产生的磁场作用力下被牢固地压在工件表面上，以工件表面上的磁性胶体粒子为掩膜，在磁性胶体粒子之间的间隙中对工件进行电解加工。

（4）去除磁性胶体粒子，得到微坑结构。达到加工要求后，停止电解，取出工件，放入有机溶剂中超声振荡清洗，去除磁性胶体粒子，得到微坑阵列。

在电解过程中，电解产物会对胶体粒子掩膜产生一定的冲击作用。胶体粒子掩膜与基底的黏附性好坏以及掩膜是否能在基底上保持到电解工艺结束，是能否成功加工微坑阵列的关键。本发明中，在电解槽的阴阳两极外侧所加磁极提供的磁场力可以把磁性胶体粒子牢固地压在工件表面上，使其即使在电解产物冲击力的作用下仍保持原来位置，使掩膜电解过程顺利进行。