微米级锥形阵列结构的激光成型方法技术

本发明专利技术提供了一种微米级锥形阵列结构的激光成型方法，包括，步骤10，清洗和/或打磨待加工的原材料的表面；步骤20，使用激光器照射原材料的表面的一个位置；步骤30，激光束斑在原材料的表面移动，照射原材料的表面的另一位置；步骤40，反复进行步骤20至步骤30，照射原材料所有需要生成锥形结构的表面，使原材料的表面形成阵列式排列的锥形结构。应用本发明专利技术的技术方案，使用激光作为快速成型的手段，可以迅速在材料表面生成锥形阵列结构，技术相对简单且成本低，重复性高。

Laser forming method of micron cone array structure

The invention provides a laser forming method, a micron tapered array structure includes 10 steps, surface cleaning and / or grinding of raw materials to be processed; step 20, a position the surface using laser irradiation of raw materials; step 30, laser beam spot on the surface of moving raw materials, another the position of the surface irradiation of raw materials; step 40, repeat steps 20 and 30, irradiation of all raw materials need to generate surface of the conical structure, so as to form a conical structure of array surface of raw materials. With the technical proposal of the invention, using laser as a rapid forming method, the conical array structure can be rapidly generated on the surface of the material, the technology is relatively simple, the cost is low, and the repeatability is high.

【技术实现步骤摘要】
微米级锥形阵列结构的激光成型方法
本专利技术涉及材料表面处理方法领域，具体而言，涉及一种微米级锥形阵列结构的激光成型方法。
技术介绍
1960年世界上第一台激光器诞生后，激光随之被广泛应用于各行各业，特别是在工业领域取得极大发展。激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，利用激光束与物质的相互作用，可以对材料进行切割、焊接、表面处理、打孔和微加工。激光表面改性是利用激光束极快地加热工件表面，改变材料表面的结构，从而使材料表层的物理、化学、力学性能发生变化。具体而言，当激光束照射到材料表面时，激光的能量被材料吸收变为热能，表层材料受热升温。由于功率集中在一个很小的表面上，在很短时间内即把材料加热到高温，使材料发生固态相变、熔化甚至蒸发。当激光束被切断或移开后，材料表面快速冷却，自然冷却就能实现表面改性。在材料表面上加工锥形微结构阵列在电子、电化学、光学领域有广泛的用途。目前制备的主要方法是光刻和蚀刻法，但是制备程序繁琐且成本极高。杨君等报道了“MEMS微针制备及其应用研究的进展”（压电与声光，2010年，No.6，Page1053-1058）。该报道综述了使用光刻、蚀刻法制备微针、锥形微结构阵列的方法，用该法制备的锥形微结构形状规整，排列整齐，但是制备工艺非常复杂，工序繁多且成本高昂。张淼等报道了“锗衬底上锥形二维亚波长结构的制备”（西北工业大学学报，2010年，No.4，Page515-519），在锗衬底上使用紫外接触式光刻技术制备了锥形结构，用该法制备的锥形微结构形状也较规整，排列非常整齐，但是制备设备价格昂贵，实验制备条件苛刻，工艺复杂，不适用于大规模生产。如果采用传统技术生成微米级锥形微结构阵列这样复杂且重复的精细结构，一般使用光刻、蚀刻等技术，工艺复杂且费用高昂，制备效率低。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种微米级锥形阵列结构的激光成型方法，以解决现有技术中生成微米级锥形微结构阵列时使用光刻、蚀刻等技术，工艺复杂且费用高昂，制备效率低的问题。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种微米级锥形阵列结构的激光成型方法，包括，步骤10，清洗和/或打磨待加工的原材料的表面；步骤20，使用激光器照射原材料的表面的一个位置；步骤30，激光束斑在原材料的表面移动，照射原材料的表面的另一位置；步骤40，反复进行步骤20至步骤30，照射原材料所有需要生成锥形结构的表面，使原材料的表面形成阵列式排列的锥形结构。进一步地，在步骤10中，使用丙酮清洗剂清洗原材料的表面；。进一步地，激光器为Tui248纳米KrF脉冲激光器。进一步地，在步骤20中，激光器的光强度为2焦耳/平方厘米，工作气体为氧气，氧气压力为75毫托，激光束斑形状为长方形，大小为2×5毫米。进一步地，步骤20中，以原材料表面为0度平面，垂直于原材料表面的法线方向为90度，激光束在10度至80度之间的预定角度照射到原材料表面。进一步地，激光束以45度角照射到原材料表面。进一步地，步骤20中，激光频率为10赫兹，激光与原材料表面的作用时间为100个脉冲。进一步地，步骤30中，激光通过反射镜平移到的另一位置。进一步地，步骤30中，通过平移原材料使激光束斑在原材料的表面移动。。进一步地，原材料为陶瓷电极。应用本专利技术的技术方案，使用激光作为快速成型的手段，可以迅速在材料表面生成锥形阵列结构，技术相对简单且成本低，重复性高。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了本专利技术的微米级锥形阵列结构的激光成型方法的照射角度示意图；以及图2示出了本专利技术的微米级锥形阵列结构的激光成型方法在电极上生成的锥形阵列。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。针对现有技术的缺点和不足，本专利技术使用脉冲激光作为快速成型的手段，通过调制入射角度和作用参数，可以迅速在材料表面生成锥形阵列结构，技术相对简单且成本低，重复性高。本专利技术提供一种使用激光作为快速成型的手段，可以迅速在材料表面生成锥形阵列结构的方法。本专利技术的方法包括以下步骤：a）、将要在其上生成锥形阵列结构的原材料的表面用丙酮等清洗剂清洗并打磨平整，去除原有的氧化层。b）、使用Tui248纳米KrF脉冲激光器，激光强度为2焦耳/平方厘米，工作气体为氧气，氧气压力为75毫托，激光束斑形状为长方形，大小为2×5毫米。c）、参见图1所示，以原材料表面为0度基准平面，垂直于原材料表面的法线方向为90度，激光束以10赫兹的频率以10-80度之间的预定角度照射原材料表面。d）、激光与原材料表面的作用时间为100个脉冲，在10赫兹频率下即为10秒钟。e）、在对原材料表面的一个位置照射结束后，将激光通过反射镜平移到紧邻的下一个位置进行照射。也可以通过平移原材料的方式来实现激光束斑和原材料之间的相对位移。f）、使整个原材料表面都被激光照射过。使用此方法形成的锥形结构高度小于10微米且成阵列式排列，方向为垂直于原材料表面。激光器并不局限于以上步骤b中所描述的设备型号，所有可以产生高能激光的装置都可以作为本专利技术中的激光源。激光强度、工作气体、氧气压力和激光束斑形状并不局限于步骤b中所陈述的参数。适当调整激光强度、工作气体、氧气压力和激光束斑形状的参数也可以生成锥形电极阵列。激光与原材料表面的作用时间并不局限于步骤d中所陈述的参数。通过调整参数，激光与材料表面的作用时间或脉冲数可以增加或减少。具体实施例1：（1）将压制成圆片状，直径为两厘米，厚度0.5厘米的钛酸铅陶瓷电极表面用丙酮清洗，并打磨平整。（2）调制Tui248纳米KrF脉冲激光器，设定激光强度为2焦耳/平方厘米，工作气体为氧气，氧气压力为75毫托，激光束斑形状为长方形，大小为2×5毫米。（3）以所述电极表面为0度基准平面，垂直于电极表面的法线方向为90度，激光束以10赫兹频率以45度角照射原电极表面。（4）激光与电极表面的作用时间为100个脉冲，在10赫兹频率下即为10秒钟。（5）在一个位置照射结束后，平移电极以实现激光束斑和电极表面的相对位移，对下一个位置进行照射，以实现在新的位置上也生成锥形电极阵列。（6）逐步平移钛酸铅电极，使整个钛酸铅电极表面都被激光照射过。经上述步骤在圆片状钛酸铅电极上生成的锥形电极阵列如图2所示。从以上的描述中，可以看出，本专利技术实现了如下技术效果：本专利技术使用激光作为快速成型的手段，可以迅速在材料表面生成锥形阵列结构，技术相对简单且成本低，重复性高。以上所述仅为本专利技术的优选实施例而已，并不用于限制本专利技术，对于本领域的技术人员来说，本专利技术可以有各种更改和变化。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微米级锥形阵列结构的激光成型方法，其特征在于，包括，步骤10，清洗和/或打磨待加工的原材料的表面；步骤20，使用激光器输出的单束激光束照射所述原材料的表面的一个位置，所述步骤20中，以原材料表面为0度平面，垂直于原材料表面的法线方向为90度，所述激光束在10度至80度之间的预定角度照射到原材料表面；步骤30，激光束斑在所述原材料的表面移动，照射所述原材料的表面的另一位置；步骤40，反复进行步骤20至步骤30，照射所述原材料所有需要生成锥形结构的表面，使所述原材料的表面形成阵列式排列的锥形结构。

【技术特征摘要】
1.一种微米级锥形阵列结构的激光成型方法，其特征在于，包括，步骤10，清洗和/或打磨待加工的原材料的表面；步骤20，使用激光器输出的单束激光束照射所述原材料的表面的一个位置，所述步骤20中，以原材料表面为0度平面，垂直于原材料表面的法线方向为90度，所述激光束在10度至80度之间的预定角度照射到原材料表面；步骤30，激光束斑在所述原材料的表面移动，照射所述原材料的表面的另一位置；步骤40，反复进行步骤20至步骤30，照射所述原材料所有需要生成锥形结构的表面，使所述原材料的表面形成阵列式排列的锥形结构。2.根据权利要求1所述的激光成型方法，其特征在于，在所述步骤10中，使用丙酮清洗剂清洗所述原材料的表面。3.根据权利要求1所述的激光成型方法，其特征在于，所述激光器为Tui248纳米KrF脉冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：申万，
申请(专利权)人：中国神华能源股份有限公司，神华科学技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11