[发明专利]一种基于电子动态调控的金属纳米网的制备方法

说明书

本发明涉及一种基于电子动态调控的金属纳米网的制备方法，属于激光应用技术领域。本发明基于电子动态调控的思想，使用偏振方向互相垂直的、脉冲延迟在4ps‑9ps范围内、双脉冲总能量密度在待加工金属材料的烧蚀阈值的0.9倍至0.99倍的范围内的飞秒激光双脉冲序列进行直写加工，在合适的扫描参数下，即可得到金属纳米网状结构。相比于传统加工方法，本发明无需掩膜、模板等，工艺过程简单，成本低。

技术领域

本发明涉及一种基于电子动态调控的金属纳米网的制备方法，属于激光应用技术领域。

背景技术

金属纳米网状结构是尺寸尺度在纳米量级的微纳结构，其结构尺寸在十几纳米至几十纳米之间。随着微纳米科技的快速发展，由于其在浸润性、表面增强拉曼散射、结构色表面、太阳能电池等领域有较大的应用前景，金属纳米网状结构的制备受到了广泛关注。当前，制备金属纳米网状结构的方法有模板辅助法、汽-液-固直接生长法、光刻以及薄膜沉积法等。然而，这些方法往往需要复杂的工艺流程以及昂贵的装置和苛刻的加工环境，使得金属纳米网状结构的制备成本较高。

近年来，飞秒激光由于其具有能实现纳米尺度加工、灵活的3D加工以及几乎能加工任何材料的能力，飞秒激光直写技术在金属微纳结构的制造领域中逐渐发挥了重大的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于电子动态调控的使用飞秒激光制备金属纳米网状结构的方法，改方法使用偏振方向互相垂直的、脉冲延迟在4ps-9ps范围内的、双脉冲总能量密度在待加工金属材料的烧蚀阈值的0.9倍至0.99倍的范围内的飞秒激光双脉冲序列，在金属表面制备金属纳米网状结构。

为实现上述发明目的，本发明提供了一下技术方案：

一种基于电子动态调控的金属纳米网状结构的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将飞秒激光单脉冲经过迈克逊干涉仪与四分之一波片的组合光路转变为偏振方向互相垂直的飞秒激光双脉冲序列，然后调整飞秒激光双脉冲两个子脉冲能量相等，同时双脉冲总能量密度调整到待加工金属材料的烧蚀阈值的0.9倍至0.99倍的范围内；然后调节迈克尔逊干涉仪光路的一臂，使得飞秒激光双脉冲的脉冲延迟在4ps-9ps的范围内。

步骤二：将步骤一中得到的飞秒激光双脉冲序列通过光学透镜垂直聚焦到待加工金属材料的表面，控制待加工金属材料以设定的移动速度运动，即可在金属表面得到金属纳米网状结构。

进一步的，步骤一产生偏振方向互相垂直的飞秒激光双脉冲序列过程中，四分之一波片的光轴与激光的偏振方向的夹角为45°。

步骤二中，当使用的聚焦透镜为焦距为100mm的的平凸透镜时，激光重复频率为1000Hz，待加工金属材料的移动速度为200-500μm/s。

实现上述方法的装置，包括：飞秒激光器、第一反射镜、第二反射镜、第一衰减片、第三反射镜、一维平移台、分束镜、第二衰减片、四分之一波片、第四反射镜、第五反射镜、光快门、第六反射镜、第七反射镜、第八反射镜后，产生偏振方向互相垂直的、脉冲延迟在4ps-10ps范围内的飞秒激光双脉冲序列，经透镜聚焦后在待加工金属材料表面扫描加工即可制备出金属纳米网。

有益效果：

本发明基于电子动态调控的思想，使用偏振方向互相垂直的、脉冲延迟在4ps-9ps范围内、双脉冲总能量密度在待加工金属材料的烧蚀阈值的0.9倍至0.99倍的范围内的飞秒激光双脉冲序列进行直写加工，在合适的扫描参数下，即可得到金属纳米网状结构。相比于传统加工方法，本发明无需掩膜、模板等，工艺过程简单，成本低。

附图说明

图1是本发明的加工方法的光路图。

图2是本发明实施例1所述的脉冲延迟为4ps在金属钛材料表面加工出的金属纳米网状结构的SEM图，(a)为低倍率下的图，(b)为高倍率下的放大图。