[發明專利]激光誘導非晶碳表面微納復合結構及周邊缺陷修復方法

在審

• 申請號: 202111486919.2
• 申請日: 2021-12-07
• 公開（公告）號: CN114147363A
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 黃虎;王超;張洪洋;張帝;劉翰林
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B23K26/352
• 分類號: B23K26/352;B23K26/082;B23K26/14;B23K26/70
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

本發明公開了一種激光誘導非晶碳表面微納復合結構及周邊缺陷修復方法，屬于激光表面改性技術領域。所述方法為在空氣或者保護氣體中，利用納秒激光對非晶碳表面進行處理，通過計算機軟件控制激光加工參數及掃描軌跡，可以在非晶碳表面制備不同類型的線狀微納復合結構；在前步加工的基礎上，選擇激光修復參數及策略，利用納秒激光對其表面進行輻照，可以有效地消除激光加工后非晶碳樣品表面的納米顆粒及孔洞等缺陷，并保持已制備微納復合結構的完整性。本發明實施過程簡單、易于調控、綠色無污染，加工精度高且可重復性好，可以在非晶碳表面獲得具有良好表面質量的線狀微納復合結構，在非晶碳表面圖案化方面具有重要的意義。

技術領域

本發明屬于激光表面改性技術領域，尤其涉及一種激光誘導非晶碳表面微納復合結構及周邊缺陷修復方法，此方法可用于非晶碳表面圖案化應用。

背景技術

非晶碳是一種高硬度的各向同性材料，原子結構特性導致其具有較低的密度、良好的氣體和液體的封閉特性、優異的化學穩定性以及出色的熱導率(0.7-4Wm-1K-1)和電導率(101-104Sm-1)。因此非晶碳在許多應用領域都是一個較為合適的選擇，例如電化學傳感器、儲能裝置、精密成型模具等。而且它還具有較好的生物相容性，可以在醫學領域作為神經植入體、組織支架等用途。非晶碳在惰性氣氛中具有良好的機械強度和優異的耐腐蝕性和耐熱性，這使它成為一種有趣的替代材料，可用于生產不同金屬、玻璃和聚合物組件的模具，通過精密玻璃模塑成型(PGM)方式使生產具有復雜幾何形狀的高精度光學元件成為可能。但是由于非晶碳本身的脆性和硬度，許多傳統的加工技術可能不適用于非晶碳模具的加工。目前，一些替代的技術如電子束刻蝕、反應離子刻蝕、激光加工和微圖案固化樹脂碳化被用來制備非晶碳模具，但是上述幾種方式仍然很難制備出微納復合結構。雖然我們的之前研究成功的在非晶碳表面制備了微納復合結構(One-step fabrication of regularhierarchical micro/nano-structures on glassy carbon by nanosecond pulsedlaser irradiation，Journal of Manufacturing Processes.62(2021)108–118)，但是其仍然局限于點和陣列的形式，對于實際應用仍然存在著極大的限制，因此，本發明提出了一種納秒激光在非晶碳表面制備線狀微納復合結構的方法，有效解決了這一問題。

但是在激光和碳材料的相互作用過程中很容易產生一些不可避免的缺陷，例如納米碳顆粒的沉積等，這嚴重影響了激光加工后的表面質量。目前，一些化學方式常被用來去除激光加工產生的表面缺陷，但是這可能會引入一些其他的物質，此外，對于一些精密的微納米結構，這些手段很容易對已制備的結構產生污染、破壞，因此，本發明進一步結合前步加工工序，利用納秒激光對激光加工后非晶碳樣品表面的納米顆粒及孔洞等缺陷進行修復，并保持已制備微納復合結構的完整性。

發明內容

本發明的目的在于提出了一種激光誘導非晶碳表面微納復合結構及周邊缺陷修復方法，解決了現有技術存在的上述問題。通過本發明的方法，可以在非晶碳表面獲得表面質量良好的線狀微納復合結構，可用于非晶碳表面的圖案化設計。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：

一種利用激光誘導非晶碳表面微納復合結構及周邊缺陷修復方法，其特征在于：所述方法為在空氣或者保護氣體中，利用納秒激光對非晶碳表面進行處理，通過計算機軟件控制激光加工參數及掃描軌跡，可以在非晶碳表面制備不同類型的線狀微納復合結構；在前步加工的基礎上，選擇激光修復參數及策略，利用納秒激光對其表面進行輻照，可以有效地修復激光加工后非晶碳樣品表面的納米顆粒及孔洞等缺陷，并保持已制備微納復合結構的完整性。

作為優選，所制備的線狀微納復合結構包括微米級溝槽結構和納米級光柵結構。

作為優選，所制備的線狀微納復合結構其內部的納米級光柵結構始終平行于激光掃描方向。

作為優選，所制備的線狀微納復合結構可以通過降低激光功率同時提高掃描次數的方式提高其均勻性。