[发明专利]一种胶体粒子掩膜制备装置

说明书

本发明提供一种在圆柱表面制备掩膜的装置。所述的掩膜制备装置包括槽体、升降装置、调速装置、溶液加热恒温装置、粒子平整装置和液面监测装置。其中，升降装置包括电机、螺母丝杠、导轨、移动平台和螺母滑块；调速装置包括电机、调速齿轮组、调速箱、输出轴和锁紧螺母；粒子平整装置包括调整螺栓、压辊、支撑架和平整安装架；液面监测装置包括液面监测计和稳液管。该装置可实现工件的自动旋转和上下微调，可使溶液中的胶体粒子随工件的旋转自组装到工件表面，再通过粒子平整装置去除多余的粒子，从而得到平整的膜层。此装置解决了在圆柱曲面表面加工微结构掩膜制备的技术难题，成本低，加工效率高。

技术领域

本发明涉及一种掩膜制备装置，特别涉及一种用于在圆柱表面加工微结构所需的胶体粒子掩膜制备装置。

背景技术

点阵结构是一类应用广泛的图形结构，高密度点阵图形是传统光刻技术最难制作的图形之一。近年来，在金属表面制备高密度点阵结构可有效改善零件表面性能（如表面疏水疏油性、润滑性、耐腐蚀性、生物相容性等）而被广泛关注。采用纳米球刻蚀方法在金属表面制备高密度点阵结构成为一种生产效率高、成本低、工序简单、加工质量好的加工方法。其工艺是在平面工件表面制作胶体粒子层，并以这层胶体粒子为掩膜在平面工件表面制作点阵图形。因此，如何在工件表面形成均匀规律的胶体粒子膜层成为纳米球刻蚀方法制造点阵图形的关键。

目前，在工件基底表面制备胶体粒子掩膜常用滴涂法、旋涂法、电泳沉积以及界面自组装法等。上述掩膜制备加工工艺虽然可以在平面或者部分规则的曲面工件表面实现掩膜制备的加工，但受所使用的掩膜加工工艺和加工成本的限制，对于工业中常遇到各种非平面零件或大面积曲面零件，其并非理想加工方式。因此，需要一种成本低、工艺简单、适用于大面积规则曲面的掩膜制备装置。

发明内容

本发明提供一种胶体粒子掩膜制备装置，用于圆柱表面低成本高效地制备胶体粒子掩膜，适用于圆柱表面点阵等微结构阵列的加工。

本发明提供的装置制备胶体粒子掩膜的原理为：制备一定溶度的胶体粒子悬浮液；将悬浮液加热到半沸腾状态，其中的胶体粒子由气泡带至溶液表面、并平铺于液体表面；当部分浸没在悬浮液中的工件旋转时，带动悬浮液和工件接触界面处的液体和胶体粒子，悬浮液表面的胶体粒子会在旋转力和表面张力的作用下黏附在和液面表面接触的工件表面，形成胶体粒子膜；胶体粒子膜随工件旋转到粒子平整装置时，层数超过工件和粒子平整装置之间间隙的粒子不能通过该间隙、被阻挡在粒子平整装置外，在工件表面形成均匀连续的粒子膜。

为实现上述工艺，本发明提供的掩膜装置中，采用的技术方案是：一种胶体粒子掩膜制备装置，包括槽体、升降装置、调速装置、溶液加热恒温装置、粒子平整装置和液面监测装置。其中，所述的槽体包括固定槽和溶液槽；所述的升降装置包括电机、螺母丝杠、导轨、螺母滑块和移动平台；所述的调速装置包括电机、调速齿轮、调速箱、输出轴和锁紧螺母；所述的粒子平整装置包括调整螺栓、压辊、支撑架和平整安装架；所述的液面监测装置包括液面监测计和稳液管。所述的调速装置安装在升降装置的移动平台上，和升降装置共同设置在固定槽上；所述的溶液加热恒温装置设置在溶液槽的槽底；所述的粒子平整装置设置在调速装置的调速箱上；所述的液面监测装置设置在溶液槽外壁出液口处，液面监测计安装在稳液管内，其主体部分距离液面有一定的高度，辅助部分安装在液面以下。

本发明所涉及的工作过程是：制备粒子膜时，升降装置带动调速装置和在其上安装的工件一起向下移动，当工件的一部分浸没在溶液中，并到达指定高度时，升降装置停止工作；调速装置带动工件按指定速度旋转；溶液加热恒温装置保证溶液恒温在指定温度；液面监测装置监测溶液液面位置，当溶液蒸发、液面低于指定位置时，液面监测装置给升降装置的电动机发出信号，升降装置启动，带动调速装置上的工件向下缓慢运动，移动到合适位置，保证工件在和液面的相对位置保持不变。