[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于匹配層的激光制備微納結(jié)構(gòu)的方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211128295.1
• 申請(qǐng)日: 2022-09-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115430916B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江紹基;李銳豪;黃敏
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G02B5/18
• 分類(lèi)號(hào): G02B5/18;B23K26/354;B23K26/70
• 代理公司: 廣州三環(huán)專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 呂金金

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于匹配層的激光制備微納結(jié)構(gòu)的方法及系統(tǒng)，包括：通過(guò)在基材表面涂覆匹配材料以形成薄膜；將激光器產(chǎn)生的激光聚焦于薄膜表面上；將完成匹配材料涂覆的基材置于運(yùn)動(dòng)掃描平臺(tái)上，以控制激光在薄膜表面上的掃描方向；調(diào)整激光器的加工參數(shù)，使光場(chǎng)達(dá)到在薄膜的表面產(chǎn)生周期性微納結(jié)構(gòu)的單位面積激光功率密度加工窗口；調(diào)整加工參數(shù)以改變所述單位面積激光功率密度，以形成可擦除微納結(jié)構(gòu)或者永久性微納結(jié)構(gòu)，對(duì)于可擦除微納結(jié)構(gòu)及剩余匹配層，可通過(guò)在特定溶劑中超聲清洗進(jìn)行擦除。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在不破壞基材的情況下制備微納結(jié)構(gòu)，并首次在貴金屬表面產(chǎn)生規(guī)則光柵等微納結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用于表面著色、多重防偽、信息加密等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微納結(jié)構(gòu)制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于匹配層的激光制備微納結(jié)構(gòu)的方法、系統(tǒng)及微納結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

表面微納結(jié)構(gòu)加工可改善或賦予材料表面一些新穎的特性，例如浸潤(rùn)性、光學(xué)特性、摩擦磨損性能等。相比于表面隨機(jī)微納結(jié)構(gòu)，有序的周期性微納結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)制備中可重復(fù)性強(qiáng)，且可依據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)推斷表面性能。為了實(shí)現(xiàn)周期性微納結(jié)構(gòu)的制備，人們發(fā)展了多種微納加工技術(shù)。其中，激光表面微納制備技術(shù)由于具有適用材料廣、靈活高效和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，成為了常用的微納制備技術(shù)之一。

激光直寫(xiě)技術(shù)是利用聚焦的激光束直接在基材表面制備微納結(jié)構(gòu)的技術(shù)，當(dāng)激光通量超過(guò)材料的損傷閾值時(shí)，即可產(chǎn)生與激光掃描路徑一致的微納結(jié)構(gòu)。激光誘導(dǎo)周期表面結(jié)構(gòu)技術(shù)是簡(jiǎn)便的制備周期性微結(jié)構(gòu)激光制備技術(shù)之一，可以通過(guò)激光輻照直接在材料表面誘導(dǎo)周期性微納結(jié)構(gòu)。激光干涉直寫(xiě)技術(shù)通過(guò)調(diào)整兩束或多束相干光束的干涉排列，可以制備線狀、孔狀甚至更復(fù)雜的周期結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)：激光直寫(xiě)技術(shù)通常其精度受限于衍射極限，且加工效率低。激光誘導(dǎo)周期表面結(jié)構(gòu)技術(shù)并不適用于全部材料，已被證實(shí)很難在貴金屬如金和銀上制備。激光干涉直寫(xiě)技術(shù)所需的光學(xué)裝置復(fù)雜，成本高昂。以上現(xiàn)有激光制備微納結(jié)構(gòu)的技術(shù)均為直接在材料表面制備微納結(jié)構(gòu)，對(duì)材料造成了破壞，且制備的同質(zhì)微納結(jié)構(gòu)不可重復(fù)擦除。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于匹配層的激光制備微納結(jié)構(gòu)的方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有激光制備微納結(jié)構(gòu)的技術(shù)對(duì)基材造成破壞，且同質(zhì)微納結(jié)構(gòu)不可重復(fù)擦除的技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)制備可擦除微納結(jié)構(gòu)，且不會(huì)對(duì)基材造成破壞。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于匹配層的激光制備微納結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括：

通過(guò)在基材表面涂覆匹配材料以形成薄膜；

將激光器產(chǎn)生的激光聚焦于所述薄膜表面上；

將所述完成匹配材料涂覆的基材置于運(yùn)動(dòng)掃描平臺(tái)上，通過(guò)所述運(yùn)動(dòng)掃描平臺(tái)控制激光在所述薄膜表面上的掃描方向；

調(diào)整所述激光器的加工參數(shù)，使光場(chǎng)達(dá)到在所述薄膜的表面產(chǎn)生周期性微納結(jié)構(gòu)的單位面積激光功率密度加工窗口；調(diào)整所述加工參數(shù)以改變所述單位面積激光功率密度加工窗口，以形成可擦除微納結(jié)構(gòu)或者永久性微納結(jié)構(gòu)；

將所述制備完成的微納結(jié)構(gòu)在特定溶劑中進(jìn)行超聲清洗。

可以理解的是，相比于現(xiàn)有的在材料本體上制備微納結(jié)構(gòu)的技術(shù)，本發(fā)明通過(guò)涂覆匹配材料形成薄膜，即匹配層，在匹配層上制備微納結(jié)構(gòu)，這樣避免了對(duì)基材的破壞，同時(shí)控制激光加工中產(chǎn)生的局部高溫，改變匹配材料的物化性質(zhì)，賦予其微納結(jié)構(gòu)可擦除或不可擦除(即永久性)的特性，在不破壞基材的不同特定溶劑中進(jìn)行超聲清洗，選擇性去除剩余的匹配層或者可擦除微納結(jié)構(gòu)。

在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述調(diào)整所述加工參數(shù)以改變所述單位面積激光功率密度加工窗口，以形成可擦除微納結(jié)構(gòu)或者永久性微納結(jié)構(gòu)，包括：

調(diào)整激光器的加工參數(shù)為第一加工參數(shù)，使光場(chǎng)達(dá)到在所述薄膜的表面產(chǎn)生周期性微納結(jié)構(gòu)的第一單位面積激光功率密度加工窗口，以制備可擦除微納結(jié)構(gòu)。