[发明专利]一种加工工件疏水表面的金刚石微纳复合结构工具及制备方法

说明书

一种加工工件疏水表面的金刚石微纳复合结构工具及制备方法，其特征是：首先在衬底上沉积纳米金刚石薄膜，再使用皮秒激光在不锈钢带等工件上加工出位置及尺寸可控的微米级阵列图案的掩膜板，将掩膜版固定在金刚石薄膜样品上，然后用磁控溅射设备通过掩膜板在纳米金刚石薄膜上沉积金属掩膜点阵列。使用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)设备对工具进行反应离子刻蚀，制备出形状及位置可控的微米凸台，待使用酸性溶液清洗金属掩膜点后，用MPCVD设备对金刚石工具进行二次刻蚀形成纳米锥阵列即得到金刚石微纳阵列工具。本发明具有加工工艺简单、操作容易、成本低、高精度、高效率的特点，能够对单晶硅、金属等表面进行大面积广域加工。

技术领域

本发明属于金刚石微结构工具领域，尤其是一种能够以机械加工的方式低成本、高效率地对单晶硅、金属等表面进行大面积广域加工的加工工件表面疏水结构的微纳复合结构工具，具体地说是一种加工疏水表面的金刚石微纳复合微结构工具及制备方法。，

背景技术

近年来，微纳结构功能表面中的疏水表面在高科技领域有着广泛的应用，由于其既具有疏水、疏油等功能，同时还能够由液滴带走表面的灰尘、杂质颗粒等污染物，具有自洁功能，从而可以大大提高材料的防水、防尘、防油、防酸、防碱等能力，已成为航空航天、国防、光电子、微电子、新能源和生物医学工程等诸多高技术产业提升产品性能的重点研究方向。

目前疏水表面的制备加工还存在一些问题，虽然制备技术很多，但大部分都存在不足。气相沉积方法、光刻法需要具备非常昂贵的设备，且不适用于大规模生产；溶胶凝胶法制备出的疏水表面与金属基材的结合强度较低，容易脱落；疏水涂层法的表面微观结构形状、精度和分布等无法控制，不能发挥疏水微结构的防除冰作用。为了改进传统制备方法的效率低、成本高、微结构形貌不可控等问题，有必要研究新型的高效高品质和低成本的加工方法，以促进功能性微结构器件在高科技领域广泛和深度应用。

发明内容

本发明的目的是：现有的加工疏水表面的工具普遍存在效率低、成本高、微结构形貌不可控等问题，发明一种加工工件疏水表面的金刚石微纳复合结构工具及制备方法，旨在解决现有的加工疏水结构成本高、效率低的问题。

本发明的技术方案之一：

一种加工工件疏水表面的金刚石微纳复合结构工具，其特征是它包括衬底，设置在衬底上生长的纳米金刚石薄膜，金刚石薄膜表面具有微纳复合结构，其中微纳复合结构由微米凸台和纳米锥的阵列构成。

优选的，所述衬底为铌或硅片，厚度为1000～2000μm.

优选的，纳米金刚石薄膜厚度为10～20μm。

本发明的技术方案之二：

一种加工工件疏水表面的金刚石微纳复合结构工具的制备方法，其特征是：它包括以下步骤：

步骤一，使用皮秒、飞秒激光在不锈钢带材上加工出位置及尺寸可控的微米级通孔阵列图案的掩膜板，通孔间距和直径之比小于1.5，以保证使用此工具加工出的结构具有疏水性；

步骤二，使用热丝化学气相沉积设备(HFCVD)在铌或硅衬底上沉积厚度为10～20μm的纳米金刚石薄膜，将掩膜板固定于纳米金刚石薄膜上，然后使用磁控溅射设备通过掩膜板在纳米金刚石薄膜上沉积形成金属掩膜点阵列，或使用电子束蒸发设备沉积得到金属掩膜点阵列；

步骤三，使用MPCVD设备对沉积有金属掩膜点阵列的纳米金刚石薄膜进行刻蚀，利用掩膜材料与金刚石之间的刻蚀速率差异，制备出形状与尺寸可控的微米级凸台阵列；

步骤四，使用酸性溶液清洗金属掩膜点，然后使用MPCVD对工具进行反应离子刻蚀，通过对纳米金刚石薄膜表面进行二次刻蚀形成纳米级的金刚石锥，制备出金刚石微纳复合阵列工具。以此工具即可加工出表面具有疏水性的工件表面。