[發明專利]一種基于電子動態調控的金屬納米網的制備方法

有效

• 申請號: 202110619429.9
• 申請日: 2021-06-03
• 公開（公告）號: CN113210873B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 姜瀾;劉威;胡潔;邱兆嶺;柳海林
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B23K26/352
• 分類號: B23K26/352;B23K26/064
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發明涉及一種基于電子動態調控的金屬納米網的制備方法，屬于激光應用技術領域。本發明基于電子動態調控的思想，使用偏振方向互相垂直的、脈沖延遲在4ps?9ps范圍內、雙脈沖總能量密度在待加工金屬材料的燒蝕閾值的0.9倍至0.99倍的范圍內的飛秒激光雙脈沖序列進行直寫加工，在合適的掃描參數下，即可得到金屬納米網狀結構。相比于傳統加工方法，本發明無需掩膜、模板等，工藝過程簡單，成本低。

技術領域

本發明涉及一種基于電子動態調控的金屬納米網的制備方法，屬于激光應用技術領域。

背景技術

金屬納米網狀結構是尺寸尺度在納米量級的微納結構，其結構尺寸在十幾納米至幾十納米之間。隨著微納米科技的快速發展，由于其在浸潤性、表面增強拉曼散射、結構色表面、太陽能電池等領域有較大的應用前景，金屬納米網狀結構的制備受到了廣泛關注。當前，制備金屬納米網狀結構的方法有模板輔助法、汽-液-固直接生長法、光刻以及薄膜沉積法等。然而，這些方法往往需要復雜的工藝流程以及昂貴的裝置和苛刻的加工環境，使得金屬納米網狀結構的制備成本較高。

近年來，飛秒激光由于其具有能實現納米尺度加工、靈活的3D加工以及幾乎能加工任何材料的能力，飛秒激光直寫技術在金屬微納結構的制造領域中逐漸發揮了重大的作用。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于電子動態調控的使用飛秒激光制備金屬納米網狀結構的方法，改方法使用偏振方向互相垂直的、脈沖延遲在4ps-9ps范圍內的、雙脈沖總能量密度在待加工金屬材料的燒蝕閾值的0.9倍至0.99倍的范圍內的飛秒激光雙脈沖序列，在金屬表面制備金屬納米網狀結構。

為實現上述發明目的，本發明提供了一下技術方案：

一種基于電子動態調控的金屬納米網狀結構的制備方法，包括如下步驟：

步驟一：將飛秒激光單脈沖經過邁克遜干涉儀與四分之一波片的組合光路轉變為偏振方向互相垂直的飛秒激光雙脈沖序列，然后調整飛秒激光雙脈沖兩個子脈沖能量相等，同時雙脈沖總能量密度調整到待加工金屬材料的燒蝕閾值的0.9倍至0.99倍的范圍內；然后調節邁克爾遜干涉儀光路的一臂，使得飛秒激光雙脈沖的脈沖延遲在4ps-9ps的范圍內。

步驟二：將步驟一中得到的飛秒激光雙脈沖序列通過光學透鏡垂直聚焦到待加工金屬材料的表面，控制待加工金屬材料以設定的移動速度運動，即可在金屬表面得到金屬納米網狀結構。

進一步的，步驟一產生偏振方向互相垂直的飛秒激光雙脈沖序列過程中，四分之一波片的光軸與激光的偏振方向的夾角為45°。

步驟二中，當使用的聚焦透鏡為焦距為100mm的的平凸透鏡時，激光重復頻率為1000Hz，待加工金屬材料的移動速度為200-500μm/s。

實現上述方法的裝置，包括：飛秒激光器、第一反射鏡、第二反射鏡、第一衰減片、第三反射鏡、一維平移臺、分束鏡、第二衰減片、四分之一波片、第四反射鏡、第五反射鏡、光快門、第六反射鏡、第七反射鏡、第八反射鏡后，產生偏振方向互相垂直的、脈沖延遲在4ps-10ps范圍內的飛秒激光雙脈沖序列，經透鏡聚焦后在待加工金屬材料表面掃描加工即可制備出金屬納米網。

有益效果：

本發明基于電子動態調控的思想，使用偏振方向互相垂直的、脈沖延遲在4ps-9ps范圍內、雙脈沖總能量密度在待加工金屬材料的燒蝕閾值的0.9倍至0.99倍的范圍內的飛秒激光雙脈沖序列進行直寫加工，在合適的掃描參數下，即可得到金屬納米網狀結構。相比于傳統加工方法，本發明無需掩膜、模板等，工藝過程簡單，成本低。

附圖說明

圖1是本發明的加工方法的光路圖。

圖2是本發明實施例1所述的脈沖延遲為4ps在金屬鈦材料表面加工出的金屬納米網狀結構的SEM圖，(a)為低倍率下的圖，(b)為高倍率下的放大圖。