[发明专利]一种轻质高强韧多胞金属微纳结构及其制备方法

说明书

本发明提供了一种轻质高强韧多胞金属微纳结构及其制备方法，包括以下步骤：建立三维多胞微纳结构的三维模型；配制双光子聚合的光敏树脂；选择激光加工系统；设置双光子聚合工艺参数；利用所述激光加工系统将激光入射所述光敏树脂，实施双光子聚合，获得三维多胞聚合物微纳结构；采用物理沉积方法或者化学沉积方法或者物理化学结合的沉积方法在构成三维多胞聚合物微纳结构的聚合物表面沉积多层金属，制得高强韧的多胞金属微纳结构。本发明制备的多胞金属微纳结构综合了几何结构增强效应及多层多性能材料内在性质的协同强化效应，其强韧性好，质量轻，而且工艺简单、易操作。因此，通过本发明可以制备轻质高强的多胞金属微纳结构。

技术领域

本发明涉及微纳制造技术领域，具体涉及一种轻质高强韧多胞金属微纳结构及其制备方法。

背景技术

一直以来，材料性能的提高主要依赖于其成分的改变和微观结构的优化。近年来，利用先进技术制备具有高强度、超低密度等性能的三维微纳结构材料受到了广泛关注。三维微纳结构通常是由微/纳米尺寸的相互连接的材料组成，通过将几何结构与其材料成分的固有特性相结合，使材料具有独特的特性，其在电子器件、储能、生物医学等领域具有广泛的工程应用潜力。

双光子聚合(Two-photon polymerization,TPP)技术是随着双光子技术的发展而产生的，双光子具有穿透力强、空间分辨率高的优点，在三维超精细微加工、三维高密度光存储等领域有着广泛的应用前景，极大推动了微纳材料的制备发展进程。双光子吸收具有对材料穿透性好、空间选择性高两大特点，为实现双光子聚合提供了基础；与普通光聚合相比，双光子聚合是吸光物质(单体、引发剂或光敏剂)通过双光子吸收来产生活性基团(自由基或阳离子)引发聚合反应。双光子聚合技术突破了光学衍射极限，具有纳米级加工分辨率，能够制造任意形状的三维微纳结构。因此，基于双光子聚合的3D飞秒激光直写技术使得高质量高精度多胞微纳结构的制备成为可能，并被用于关键结构件微纳结构的快速成型和制备中。但在飞秒激光直写过程中，多胞微纳结构主要通过激光诱导高分子胶体反应来制备，其成分是有机高分子材料，虽具有良好的弹性，但强度较差，导致其应用受到限制。因此，开发出轻质高强韧的三维微纳结构仍然是一个重要的挑战。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种轻质高强韧多胞金属微纳结构及其制备方法，其基于复合化的梯度结构设计，采用双光子聚合与沉积工艺相结合的复合制造新技术制造三维多胞微纳结构，并在构成三维微纳结构的高分子聚合物表面沉积多层金属材料，形成复合金属层，提高聚合物多胞微纳结构的强韧性，从而制备出轻质高强韧的多胞金属微纳结构。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种轻质高强韧多胞金属微纳结构的制备方法，基于复合化的梯度结构设计，采用双光子聚合与沉积工艺相结合的复合制造技术制造三维多胞微纳结构，并在构成三维微纳结构的高分子聚合物表面沉积多层金属材料，形成力学性能梯度变化的复合金属层，提高聚合物多胞微纳结构的强韧性，从而制备出轻质高强韧的多胞金属微纳结构，包括以下步骤：

微纳结构三维模型的建立：建立三维多胞微纳结构的三维模型，并进行离散分层；

光敏树脂的配制：配制双光子聚合的光敏树脂；

激光加工系统的选择：选择激光加工系统；

双光子聚合工艺参数的设置：设置双光子聚合工艺参数；

三维多胞聚合物微纳结构的制备：利用所述激光加工系统将激光入射所述光敏树脂，实施双光子聚合，获得三维多胞聚合物微纳结构，并用溶剂溶掉未交联的树脂，随后去应力、除油、清洗；

多胞金属微纳结构的制备：采用物理沉积方法或者化学沉积方法或者物理化学结合的沉积方法在构成三维多胞聚合物微纳结构的聚合物表面沉积多层金属，制得高强韧的多胞金属微纳结构。

上述方案中，所述的光敏树脂包括预聚物、稀释剂、光引发剂。