[發明專利]金屬玻璃光柵及其制備方法和裝置

無效

• 申請號: 201210010978.7
• 申請日: 2012-01-13
• 公開（公告）號: CN103207423A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 馬將;趙德乾;丁大偉;潘明祥;白海洋;汪衛華
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G02B1/00
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;祁建國

技術領域

本發明屬于凝聚態物理和材料科學領域，具體來說是涉及一種金屬玻璃光柵，及以熱壓印的方法制備該金屬玻璃光柵的方法和制備裝置。

背景技術

隨著現代科學技術的發展，光譜分析技術在有機物成分分析中占有越來越重要的作用。而在光譜分析中，最為重要的元器件之一是光柵。如何方便、快速、精確的制備光柵一直是人們的努力方向。

現有的光柵為了達到較高的衍射效率，通常選用反射光柵，以玻璃為基體，在其上制備微結構，然后鍍上反射層(通常為鋁膜)。對于這類光柵，現有的制備方法包括機刻法和復制法等。機刻法是用硬度很高的刻刀在玻璃基體上刻劃周期性的凹槽，然后在其表面鍍上鋁膜。該法對于刻刀的精度和穩定性要求很高，并且刻劃下的金屬及其氧化物容易覆蓋在光柵表面形成光柵缺陷，并且制備周期隨著光柵尺寸的增大而顯著增大，生產效率低。復制法是利用精密的光刻技術在半導體材料(如硅)或者金屬材料上進行刻蝕，生產出光柵母版，然后用母版來復制子光柵，該法雖具有較高的精度，但是由于生產過程繁瑣，生產成本高，且子光柵具有多層結構，容易損壞，也不是理想的制備光柵技術。

金屬玻璃自1960年被發現以來，引起人們的廣泛研究熱潮。研究發現，金屬玻璃具有一些顯著的優點，比如高強度，高硬度，高耐腐蝕性等(B.Zhang，D.Q.Zhao，W.H.Wang，A.L.Greer，Phys.Rev.Lett.94，205502(2005))，其中最引人注目的是其優良的熱塑性成型性能。金屬玻璃具有玻璃一樣的熱力學性質，當把其加熱到一定溫度以后，金屬玻璃便會軟化，此溫度被稱為玻璃轉變溫度，在此溫度之上，金屬玻璃會呈現牛頓流體的粘性流動狀態，此時若略微施加一定的力，金屬玻璃便可很方便的進行成型，同時由于金屬玻璃是一種無序態結構，本身沒有位錯、晶界等晶體缺陷，所以成型精度可以很高，熱收縮大約只為傳統成型技術的十分之一。所以，金屬玻璃是一種良好的微成型材料(J.Schroers，Adv.Mater.22，1566-1597(2010))。

發明內容

本發明的目的在于利用金屬玻璃優良的微成型性能，來制備一種新型的金屬玻璃光柵，用以基本上克服現有技術制備的光柵的種種缺陷。

本發明的另一目的在于提供一種簡單、方便、高效的制備金屬玻璃光柵的方法。

本發明的再一目的在于提供一種制備金屬玻璃光柵的裝置。

本發明提供一種金屬玻璃光柵，是以金屬玻璃為基體，其上具有周期性凹槽結構的光柵。

本發明還提供一種制備金屬玻璃光柵的方法，包括：

1)制備金屬玻璃的薄板：利用銅模水冷方法將金屬玻璃的熔體快速冷卻，得到所需形狀的金屬玻璃的薄板；

2)準備硅模：利用光刻技術制備硅模，在硅模表面，根據所需光柵性能，刻蝕出所需深度和周期性凹槽結構作為光柵的微結構，以用來做金屬玻璃熱壓印的模具；

3)對金屬玻璃的薄板進行表面處理：將步驟1)中所制得的金屬玻璃的薄板截成所需長度；為了保證壓印時金屬玻璃的薄板兩面平行，將該金屬玻璃的薄板的兩面依次用砂紙進行打磨光滑以得到平整的表面，然后取其較光滑的一面用金剛石拋光膏在拋光機上進行拋光；

4)熱壓印：將拋光后的金屬玻璃的薄板加熱至其玻璃化轉變溫度以上并進行恒溫；將硅模有微結構的一面與所述金屬玻璃的薄板的光滑的一面相對，對疊合在一起的二者施壓；卸載，取下硅模與金屬玻璃的薄板，所述金屬玻璃的薄板的表面形成與所述硅模的微結構相吻合的光柵狀結構；將該具有光柵狀結構的金屬玻璃的薄板冷卻，得到一金屬玻璃光柵。

本發明還提供一種制備金屬玻璃光柵的裝置，包括：

相對設置的壓縮機上壓頭和壓縮機下壓頭，通過上下移動對其間的樣品進行加壓；

一不銹鋼承壓臺，設置于所述壓縮機下壓頭之上；

所述不銹鋼承壓臺的上方放置待加工的樣品；

所述不銹鋼承壓臺的外圍設有一電阻加熱系統，以加熱該不銹鋼承壓臺及其上放置的樣品。

本發明的優點在于：

1)本發明的金屬玻璃光柵具有高精度、高強度、高硬度、高韌性的特點，且具有很好的穩定性，耐腐蝕性等；

2)本發明的制備金屬玻璃光柵的方法具有成型效率高，成型力小等特點，且成型過程可人為控制；

3)本發明的制備金屬玻璃光柵的裝置簡單，方便，易于操作。

附圖說明

圖1是根據本發明一實施方式的制備金屬玻璃光柵的方法的流程示意圖；