[發明專利]基于原子力顯微鏡在薄壁微小球面加工微納米結構的五軸加工裝置及方法

無效

• 申請號: 201410385541.0
• 申請日: 2014-08-07
• 公開（公告）號: CN104140077A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 閆永達;趙學森;耿延泉;于博文;胡振江
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00;B82Y40/00
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

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技術領域

本發明屬于微納米結構加工領域，涉及一種基于AFM探針機械刻劃在薄壁微小球面加工微納米結構的裝置及方法。

背景技術

隨著納米技術的快速進步和發展，微納米加工技術應用越來越廣泛，其主要目的是加工微納米尺度的微小結構，使這些特殊微小結構應用到各類設備及系統中。如納流控生物芯片使生物分子得以進行生物傳輸、生物分離以及生物檢測；納米尺度的傳感器可以檢測單個生物分子的重量；一個彈性體納米通道設備可以控制DNA移位過程；一個納米通道設備可以進行傳輸藥品。原子力顯微鏡（AFM）作為掃描探針顯微鏡的一個分支，最初被用作納米尺度科學研究的掃描檢測工具，隨著其逐漸發展，已從最初的表面形貌測量發展到納米量級結構的加工，以改變材料表面形貌。與基于AFM加工微納米結構的其他方法相比，機械刻劃方法由于其技術可靠性強、對外界環境要求低、加工精度較高等優點，得到了更加廣泛的應用。

激光核聚變(ICF)已成為當今全球重大前沿課題之一。ICF中所采用的微球是熱核反應燃料的容器和所有能量束匯聚的中心，是直徑介于0.2mm到幾個毫米之間的空心球。在爆炸過程中很大程度上受到微球表面幾何狀態特征的影響，所以微球上的微結構特征對激光聚變點火的成功與否起著重要的作用。對于在微小球表面加工微結構的研究，目前為止仍然較少，且各種方法均存在著一定缺點。

發明內容

為了解決現有技術中在薄壁微小球面加工微納米結構加工范圍受限等問題，本發明提供了一種基于原子力顯微鏡在薄壁微小球面加工微納米結構的五軸加工裝置及方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于AFM探針機械刻劃在薄壁微小球面加工微納米結構的裝置，包括原子力顯微鏡（AFM）、二維微調心機構、精密氣浮軸系、二維高精度定位平臺和帶動AFM進行轉動的電動旋轉臺，二維微調心機構與精密氣浮軸系的上端連接，精密氣浮軸系的下端與二維高精度定位平臺連接，二維高精度定位平臺底座固連在AFM的樣品臺上，電動旋轉臺與AFM相連接。

基于上述加工裝置實現的基于AFM在薄壁微小球面加工微納米結構的方法，包括以下步驟：

一、將被加工微球固定在二維微調心機構上，對被加工微球和精密氣浮軸系進行調心，確定精密氣浮軸系旋轉軸心與被加工微球球心；

二、尋找加工角度，確定AFM探針和精密氣浮軸系回轉中心的相對加工位置；

三、AFM探針在接觸模式下接觸被加工微球，使精密氣浮軸系進行旋轉，在指定環帶上進行加工；

四、加工完成該環帶的微納米結構，通過控制電動旋轉臺使AFM探針回縮一定距離，改變AFM轉動到另一角度，控制二維高精度定位平臺到相應距離，重復步驟三，進行下一環帶的加工。

五、重復步驟四，直至完成所有環帶的加工。

本發明具有如下優點：

1、本發明利用原子力顯微鏡AFM的加工的優勢，并且改善了在薄壁微球表面加工范圍受限的問題，實現了基于AFM在薄壁微小球面加工微納米結構。

2、本發明加工方法簡單，無需復雜的加工系統，操作簡單，并且可以在薄壁微球表面上得到精度達到納米量級的微納米結構。

3、本發明基于AFM恒力模式的工作原理，這樣既可以保證所加工結構的一致性好，又能高效低成本地加工納米尺度的微結構，且加工后還可以在線測量。

4、該方法具有加工范圍不受限、加工效果好、效率高等優勢。

附圖說明

圖1是本發明所述的一種基于AFM在薄壁微小球面加工微納米結構裝置的結構示意圖；

圖2是本發明所述的一種基于AFM在薄壁微小球面加工微納米結構方法的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發明技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發明的保護范圍中。