[發明專利]一種跨尺寸微納結構陣列的制備方法

有效

• 申請號: 202011284967.9
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112475495B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 賀海東;奚子杰;王春舉;孫立寧;寧學中
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: B23H5/06
• 分類號: B23H5/06;B23H9/00
• 代理公司: 蘇州謹和知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32295
• 代理人: 葉棟

本發明涉及一種跨尺寸微納結構陣列的制備方法，包括：S1、提供浸入至電解液中的工件作為第一電極，提供削邊線電極作為第二電極并設置在工件上方，提供干涉光束調節器并輸出多光束激光干涉照射在工件表面；S2、第一電極和第二電極之間供電構成回路，驅動削邊線電極相對工件往復運動，工件在削邊線電極相應位置處發生電化學溶解或電化學沉積，并形成微納結構陣列，無需掩模，且解決了現有超短脈沖電源輸出功率小的問題，提高了微納結構陣列的加工精度，無需電解液進行高速流動，提高系統安全性及降低成本，實現金屬材料各向異性電化學溶解或電化學沉積，可有效提高沉積層的致密性及結合強度，從而提高具有大深寬比的微納結構的剛性。

技術領域

本發明涉及一種跨尺寸微納結構陣列的制備方法，屬于精密、微細制造領域。

背景技術

精密化、微型化是現代工業、民用以及軍用產品的主流發展方向。然而，隨著器件特征尺寸的減小，在宏觀尺度下通常被忽略的表面力，如范德華力、黏著力、靜電力、毛細力，在微觀尺度下卻成為制約微構件或系統正常運轉的主要因素。近年來，表面微織構技術，即利用微納加工技術在材料表面構建一定形態、大小和排列方式的微結構陣列，已被充分證實可用于調控材料的表面性能，從而有效改善由表面或尺度效應引起的微器件失效問題。

金屬基微零件/構件具有高強度、低電阻率、高靈敏度、高密度以及可實現傳統硅基微器件無法完成的某些特定功能等特點，在微機電產品中的應用需求急劇增加。然而，傳統的微納加工技術，如微細銑削、激光加工、磨料氣射流，電火花加工及掩模電解加工等，雖然可用于金屬表面微結構的陣列，但其均存在一定的局限性，特別是很難實現特征尺寸在數微米以下微結構陣列的制備。

相比于上述其他微納加工方法，掩模電解加工(TMECM)在加工表面質量(無毛刺、熱影響區、再鑄層等)方面展現出極大的優勢，同時由于加工過程中，無機械接觸應力和熱應力，可用于實現薄壁金屬零件表面微織構的加工。但是，在TMECM工藝流程中，掩模的制作是必不可少的關鍵步驟之一。當微結構特征參數需要改變時，掩模板則必須重新制作，這不僅造成了材料的浪費，而且將延長工藝周期。另外，現階段，在TMECM中，通常采用的圖案化光刻膠或PDMS等材料，由于呈現疏水特性，當圖案結構特征尺度減小至10微米左右時，加工產生的氫氣泡很難及時排出，從而抑制電解加工的進行。文獻顯示，目前傳統的TMECM制備的微織構最小特征尺寸為30微米左右。另外，由于電解加工過程中，金屬材料的溶解為各向同性，因此采用TMECM很難實現深寬比微織構的加工。同時，傳統的TMECM在制備大面積微織構過程時，由于微結構是一次成型，單位時間內會產生大量的電解產物，需要電解液高壓、高速流動，以及時更新加工間隙內的電解液，這給加工帶來一定的安全隱患。

多光束激光干涉加工技術是激光加工技術的一種特殊形式，通過改變干涉激光的數量、激光入射角便可實現不同類型、尺寸微織構的制備。但激光干涉去除材料的本質與傳統的激光加工相同，因而加工表面在熱影響區，表面粗糙度較差等缺點。同時，當進行大面積微織構制備時，由于需要激光能量密度超過材料的強燒蝕閾值，因此要求激光器具有很大的輸出功率，設備成本較高。

超短脈沖微細電解加工技術，通過利用脈沖電壓作用下，電極表面雙電層充放電材料，使得電解加工精度由數十微米提高到亞微米甚至納米。但是，受超短脈沖電源輸出功率限時，目前該項技術仍無法被直接用于大面積微結構的加工。

發明內容

本發明的目的在于提供一種跨尺寸微納結構陣列的制備方法，該方法無需掩模，使用削邊線電極作為工具電極，無需電解液進行高速流動，實現大面積微納結構陣列的制備。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：一種跨尺寸微納結構陣列的制備方法，所述制備方法包括：

S1、提供浸入至電解液中的工件作為第一電極，提供削邊線電極作為第二電極并設置在所述工件上方，提供干涉光束調節器并輸出多光束激光干涉照射在所述工件表面；