[發明專利]一種飛秒激光制備SiO2

有效

• 申請號: 202110476522.9
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113182693B
• 公開（公告）日: 2023-02-07
• 發明（設計）人: 宋海英;盧美榮;劉世炳;王冰;王靚
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B23K26/352
• 分類號: B23K26/352
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種飛秒激光制備SiO₂?金屬界面膨化微納結構的方法，涉及飛秒激光微納加工領域。該方法采用飛秒激光直寫技術，將激光聚焦于SiO₂(玻璃)?金屬薄膜交界面處，在界面處對金屬薄膜進行燒蝕，形成凸起的微納尺寸結構。利用中性密度衰減片對脈沖激光能量進行控制，利用位移臺控制程序對三維位移臺系統進行操縱，實現掃描速度以及掃描間距的控制，建立加工參數與膨化微納結構尺寸相對應的參數數據庫。

技術領域：

本發明涉及飛秒激光微納加工領域，尤其是一種采用飛秒激光直寫制備SiO₂-金屬界面膨化微納結構的方法。

背景技術：

自然界中生物表面特殊的微納米結構致使其表現出超常的表面性能。如：許多昆蟲五彩斑斕的翅膀是由于有序的微納米結構對光的選擇性衍射與反射展現出的結構色；出淤泥而不染的荷葉表現為超疏水性，是由于荷葉表面乳突狀的微米級粗糙結構以及具有疏水的蠟質覆蓋層共同成就的；具有強勁吸附力的壁虎腳掌表現為超吸水性，是由于壁虎腳趾表皮上長有大量微米尺寸的絨毛結構，微米絨毛末梢上還具有納米尺寸的分支結構(二級結構)。這些表面微納特征結構表現的超常功能啟示人們通過仿真制造技術在材料表面制備出具有某種規則(模式)的特征結構，以實現人們所需的各種表面功能。通過微納米尺寸的特征結構實現特殊表面功能的微小機械零部件的加工制造，對未來新興產業中的諸多應用，如：生物醫學傳感器件、微流控器件、新能源中的能量轉換器件、航空以及軍事等眾多應用領域蘊含著至關重要的戰略意義。

可以實現表面微納結構的加工方法主要是通過物理氣相沉積、化學蝕刻、光刻、納米壓印以及離子束加工來實現，但制備材料表面特定微結構的復雜過程以及高昂的成本極大地限制了微尺度材料在實際生產生活中的廣泛應用。飛秒激光加工技術因其精度高、可控性好、適用材料廣等特點在表面微納結構加工領域具有獨特優勢。近年來，研究者采用飛秒激光在金屬薄膜材料表面進行了大量的微納加工實驗，實驗得到的微納結構在微型彩色打印、光電傳感技術、彩色顯示技術等領域獨樹一幟。但在飛秒激光金屬薄膜實驗中，大多采用激光后向燒蝕的方法(將激光直接聚焦于金屬薄膜表面)，使用單點—單脈沖—逐行掃描的加工模式。該種實驗方法一般用于制備凸起陣列結構，且加工效果不好，表面粗糙度比較大。

發明內容：

針對上述背景，本發明提出一種采用激光前向燒蝕技術，將激光聚焦于SiO₂-金屬薄膜交界面處，利用飛秒激光直寫技術制備SiO₂- 金屬界面膨化微納結構的方法。

為實現上述目的，給出的加工方法如下：

采用激光前向燒蝕技術，將激光聚焦于SiO₂-金屬薄膜交界面處，利用飛秒激光直寫技術制備SiO₂-金屬界面膨化微納結構的方法。

所謂飛秒激光制備SiO₂-金屬界面膨化微納結構的方法，其特征在于，采用激光前向燒蝕技術，將激光聚焦于SiO₂-金屬薄膜交界面處，利用飛秒激光直寫技術制備SiO₂-金屬界面膨化微納結構的方法；

調節加工參數，在SiO₂-金屬薄膜交界面形成燒蝕結構，在金屬膜面形成膨化(凸起)結構；得到加工參數與膨化微納結構的參數規律；建立飛秒直寫技術制備SiO₂-金屬界面膨化微納結構方法中加工參數與微納特征結構尺寸的對應加工參數數據庫。

具體包括以下步驟：

(1)調試飛秒激光加工系統，一束飛秒激光由飛秒激光放大系統射出，再經過連續可調中性密度衰減片之后，進入顯微加工系統，最后經數值孔徑N.A.＝0.25、放大率為10倍的物鏡聚焦；