[發(fā)明專利]基于金剛石印壓成形的正反雙面微納結(jié)構(gòu)及其陣列的制備方法

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• 申請日: 2015-08-21
• 公開（公告）號: CN105195586A
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 石廣豐;史國權(quán);于占江;蔡洪彬
• 申請（專利權(quán)）人: 長春理工大學(xué)
• 主分類號: B21D22/04
• 分類號: B21D22/04;B21D37/00;B21D37/01
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微納結(jié)構(gòu)的金剛石印壓成形技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于金剛石印壓成形的正反雙面微納結(jié)構(gòu)及其陣列的制備方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的通過掩膜板光學(xué)或化學(xué)刻蝕的方法難以獲得靈活多變的微納結(jié)構(gòu)及其陣列，加工后的微納結(jié)構(gòu)及其陣列特征往往呈現(xiàn)統(tǒng)一的整體特征、尺度小、成形工藝要求高、制備成本高等特點。此外，通過納米刻劃、超精密飛切和快刀伺服加工等獲取微結(jié)構(gòu)的加工方法無法實現(xiàn)金屬片上正反雙面微納結(jié)構(gòu)的一次性制備。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于金剛石印壓成形的正反雙面微納結(jié)構(gòu)及其陣列的制備方法，可通過控制延塑性金屬片的材料性質(zhì)和厚度、軟基底材料的性質(zhì)和厚度、金剛石壓頭的形狀和鈍圓尺度、壓頭軸線相對于工件平面的垂直度、壓入深度等工藝參數(shù)來實現(xiàn)延塑性金屬片正反雙面上不同取向、對稱形式和深寬比大小的微納結(jié)構(gòu)及其陣列的高效、低成本制備。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

基于金剛石印壓成形的正反雙面微納結(jié)構(gòu)及其陣列的制備方法，包括如下步驟：

S1、根據(jù)需要，選取金剛石壓頭、延塑性金屬片和軟基底材料，并將軟基底材料附著在延塑性金屬片下底面；

S2、形成金剛石壓頭和附著有軟基底材料的延塑性金屬片之間的相對下壓運動Z，通過控制下壓量和壓頭軸線相對于工件平面的垂直度(偏角A)來控制微納結(jié)構(gòu)的成形尺度和質(zhì)量；

S3、形成金剛石壓頭和附著有軟基底材料的延塑性金屬片之間的相對水平運動X、Y，反復(fù)重復(fù)步驟S2，直至完成微納結(jié)構(gòu)陣列的印壓成形；

S4、脫離金剛石壓頭和軟基底材料，在延塑性金屬片正反雙面上實現(xiàn)微納結(jié)構(gòu)及其陣列的制備。

本發(fā)明中下壓量Z的控制是指壓頭的上下移動，可通過通用的直線驅(qū)動載體來實現(xiàn)；偏角A的控制是指壓頭軸線在豎直平面XZ、YZ平面內(nèi)相對于工件平面的偏擺，通過通用回轉(zhuǎn)驅(qū)動載體來實現(xiàn)壓頭的偏角控制。具體量的大小根據(jù)微結(jié)構(gòu)的制備需要和工藝而定(也可以說是：微結(jié)構(gòu)的取向決定偏角A)。

本發(fā)明具有以下有益效果：

可通過控制延塑性金屬片的材料性質(zhì)和厚度、軟基底材料的性質(zhì)和厚度、金剛石壓頭的形狀和鈍圓尺度、壓頭軸線相對于工件平面的垂直度、壓入深度等工藝參數(shù)來實現(xiàn)延塑性金屬片正反雙面上不同取向、對稱形式和深寬比大小的微納結(jié)構(gòu)及其陣列的高效、低成本制備。

附圖說明

圖1為發(fā)明實施例基于金剛石印壓成形的正反雙面微納結(jié)構(gòu)及其陣列的制備方法的原理圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供了一種基于金剛石印壓成形的正反雙面微納結(jié)構(gòu)及其陣列的制備方法，包括如下步驟：

S1、根據(jù)需要，選取金剛石壓頭1、延塑性金屬片2和軟基底材料3，并將軟基底材料3附著在延塑性金屬片2下底面；

S2、形成金剛石壓頭1和附著有軟基底材料3的延塑性金屬片2之間的相對下壓運動Z，通過控制下壓量和壓頭軸線相對于工件平面的垂直度(偏角A)來控制微納結(jié)構(gòu)的成形尺度和質(zhì)量；

S3、形成金剛石壓頭1和附著有軟基底材料3的延塑性金屬片2之間的相對水平運動X、Y，反復(fù)重復(fù)步驟S2，直至完成微納結(jié)構(gòu)陣列的印壓成形；

S4、脫離金剛石壓頭1和軟基底材料3，在延塑性金屬片正反雙面上實現(xiàn)微納結(jié)構(gòu)及其陣列4的制備。

本具體實施利用金剛石刀尖在襯有軟基底材料的延塑性金屬片上進(jìn)行微納結(jié)構(gòu)及其陣列的印壓制備。采用特定形狀、刀尖角和刀尖鈍圓尺度的金剛石印壓工具，對附著有軟基底材料的延塑性金屬片進(jìn)行印壓成形加工。當(dāng)金剛石壓頭壓出延塑性金屬片的底部時，由于延塑性金屬片良好的延展性，會在軟基底材料的塑性成形能力作用下凹陷并包容延塑性金屬片底部的壓出材料隆起，同時和壓頭接觸側(cè)會形成金剛石壓頭的反向結(jié)構(gòu)。當(dāng)脫離壓頭和軟基底材料時，即可獲得延塑性金屬片上正反雙面的微納結(jié)構(gòu)。下壓的尺寸、延塑性金屬片在材料內(nèi)部的側(cè)向塑流作用和金剛石壓頭的鈍圓作用會決定微納結(jié)構(gòu)的尺度和質(zhì)量，通過控制延塑性金屬片的材料性質(zhì)和厚度、軟基底材料的性質(zhì)和厚度、金剛石壓頭的形狀和鈍圓尺度、壓頭軸線相對于工件平面的垂直度、壓入深度等工藝參數(shù)來實現(xiàn)延塑性金屬片正反雙面上不同取向、對稱形式和深寬比大小的微納結(jié)構(gòu)及其陣列的制備。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。