[發明專利]超精細金屬三維納米結構的激光沖擊制備方法

在審

• 申請號: 202110285632.7
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN112975135A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 胡耀武;劉勝;程佳瑞;何亞麗;黃正
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: B23K26/356
• 分類號: B23K26/356
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 肖明洲

本發明公開了一種超精細金屬三維納米結構的激光沖擊制備方法，包括以下步驟：將金屬箔片鋪設在具有納米結構的模板上；在金屬箔片表面鋪設一層涂有石墨的金屬箔片，然后蓋上透光固體層；采用脈沖激光第1次垂直沖擊透光固體層后，在金屬箔片表面得到納米壓印圖案；將壓印有納米結構的金屬箔片鋪設在玻片上；在壓印有納米結構的金屬箔片表面鋪設一層涂有石墨的金屬箔片、然后蓋上透光固體層；采用脈沖激光2次或者多次垂直沖擊上述結構后，即可在金屬箔片表面得到超精細金屬三維納米結構。本發明的方法操作要求簡單，通過控制激光強度和沖擊次數能夠精確地減小間隙尺寸，得到超精細金屬三維納米結構，降低生產成本，提高產量。

技術領域

本發明涉及納米材料制備領域，具體涉及一種超精細金屬三維納米結構的激光沖擊制備方法。

背景技術

具有超小間距的納米結構的材料因為其優異的物理特性，在顯示、成像、傳感等領域得到了廣泛的應用。如利用具有超小間距的納米棒陣列制備拉曼增強基底，可以提高生化探測的靈敏度；30-40nm間距的籠狀納米金顆粒被應用在光學相干層析技術中，從而為癌細胞的早期診斷和治療提供了依據；小于100nm間距的納米柱結構陣列具有了較高的傳感靈敏度和極大的品質因數以及優值系數，可以與現有的數字光處理技術相兼容進而構造具有超小像素的顯示屏。然而，目前對于超小間距納米結構的制備，多采用電子束曝光、離子束刻蝕等昂貴的大型物理設備來加工，這在經濟和成本效益方面存在很大的挑戰。因此，如何開發全新制備方法來高效地制備具有超小間距的納米結構是納米材料制備領域的一個關鍵核心問題。

發明內容

本發明的目的在于提供超精細金屬三維納米結構的激光沖擊制備方法，利用兩步激光沖擊過程，第1步在金屬箔片上壓印納米結構，第2步通過控制脈沖激光能量和激光沖擊次數，誘導壓印后的納米結構水平方向面積增大，從而得到超精細納米級間隙的金屬三維納米結構。

為實現上述目的，本發明提供的一種超精細金屬三維納米結構的激光沖擊制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)將金屬箔片鋪設在具有納米結構的模板上；

(2)在金屬箔片表面鋪設一層涂有石墨的金屬箔片，然后蓋上透光固體層；

(3)采用脈沖激光第1次垂直沖擊透光固體層后，在金屬箔片表面得到納米壓印圖案；

(4)將壓印有納米結構的金屬箔片鋪設在玻片上；

(5)在壓印有納米結構的金屬箔片表面鋪設一層涂有石墨的金屬箔片、然后蓋上透光固體層；

(6)采用脈沖激光第2次垂直沖擊透光固體層后，直接剝離透光固體層、涂有石墨的金屬箔片，即可在金屬箔片表面得到超精細金屬三維納米結構；或者，

在不破壞結構的前提下，多次沖擊具有納米壓印圖案的金屬箔片，即可在金屬箔片表面得到納米級間隙尺寸的超精細金屬三維納米結構。

作為優選方案，所述步驟(1)中，金屬箔片為兩面光滑的鋁箔、金箔、銅箔，厚度為1μm-1mm或沉積有大于10nm厚度金屬的箔片中任一種；所述納米結構為條形、圓柱或圓孔結構中任一種。

進一步地，所述步驟(2)中，金屬箔片的厚度為1μm-1mm；所述金屬箔片為金箔、銅箔或鋁箔中任一種；所述透光固體層為玻璃，厚度為0.5mm-3cm。

更進一步地，所述步驟(3)中，脈沖寬度小于100ns，激光功率密度大于0.1GW/cm²。

更進一步地，所述步驟(6)中，輸出能量大于1mJ。

更進一步地，所述步驟(1)中，沉積有大于10nm厚度金屬的箔片即在1μm-1mm厚的鋁箔、金箔、銅箔中任一種表面沉積大于10nm厚的金屬。

更進一步地，所述沉積的金屬為鋁、金、銀或銅。