本发明专利技术提供一种激光沉积纳米颗粒薄膜的装置和方法，包括脉冲激光器、连续激光器和靶材，脉冲激光器的发射口对准靶材，靶材下方设置有二维移动平台，二维移动平台上设置有基材夹具，基材夹具上固定有基材，基材位于靶材的正下方，连续激光器的发射口位于靶材下方的基材处，基材附近安装有激光测距仪。具体方法包括（1）通过脉冲激光烧蚀靶材生成微纳米颗粒；（2）当靶材为金属靶材时，通过激光加热颗粒使其软化或微熔；当靶材为非金属靶材时，通过激光加热基材，使表面微溶；（3）微纳米颗粒下落后和基材表面结合，形成微纳米颗粒薄膜，由于微纳米级沟槽的空隙中存在着大量的空气，形成了空气垫，使得在金属表面形成了超疏水性表面。使得在金属表面形成了超疏水性表面。使得在金属表面形成了超疏水性表面。
【技术实现步骤摘要】
一种激光沉积微纳米颗粒薄膜的装置和方法
[0001]本专利技术涉及一种激光沉积纳米颗粒薄膜的装置和方法，属于金属表面改性
技术介绍
[0002]在自然界中，荷叶表面是一种典型的超疏水表面，附着在其表面的灰尘颗粒能轻易被自由滚动的水滴带走。此外，自然界还有很多超疏水表面，例如水黾腿表面存在大量的针状刚毛，其直径在几百纳米到3μm之间变化，正是由于这些微纳米级沟槽结构，使得微纳米级沟槽的空隙中存在着大量的空气，形成了空气垫，使水黾能够在水面上自由行走。疏水表面因其防水、防污染、防氧化和自清洁等多种功能而备受人们关注，故对表面疏水性制备方法的研究相当有意义。
[0003]目前，表面疏水性是通过使物体表面具备微纳米结构的方法来制备，主要分为金属粗糙化后降低金属表面能和无需低表面能物质修饰的仿生超疏水金属表面两种。其中通过金属粗糙化后降低金属表面能来制备疏水表面的方法有众多缺陷，例如在恶劣环境中疏水性容易受到影响，制备流程繁琐等。此外，现有的无需低表面能物质修饰的仿生超疏水金属表面工艺流程复杂，制作成本高，制作过程对生态环境造成一定的污染。因此，研究制备工艺简单的，稳定性强的，且无需低表面能物质修饰的超疏水表面制备方法有很大意义。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提出一种激光沉积微纳米颗粒薄膜的装置和方法，无需低表面能化学物质修饰，工艺简单，稳定性好，且能实现同种金属、不同种金属或金属和非金属的相互结合来实现超疏水性能。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取的技术方案为：一种激光沉积微纳米颗粒薄膜的装置，包括脉冲激光器、连续激光器和靶材，所述脉冲激光器的发射口对准所述靶材，所述靶材下方设置有二维移动平台，所述二维移动平台上设置有基材夹具，所述基材夹具上固定有基材，所述基材位于所述靶材的正下方，所述连续激光器的发射口位于所述靶材下方的基材处，所述基材附近安装有激光测距仪。
[0006]上述方案中，所述靶材位于倒置的玻璃漏斗内，所述倒置的玻璃漏斗上开设有激光入口，所述脉冲激光器的发射口斜向上对准所述激光入口，所述倒置的玻璃漏斗的出口正对所述基材，所述玻璃漏斗的出口高于所述靶材被烧蚀表面。
[0007]上述方案中，所述靶材通过电爪固定在悬臂架上，所述悬臂架通过第二螺栓固定在三维运动平台的升降块上，所述倒置的玻璃漏斗位于压紧块上，所述压紧块通过第一螺栓固定在第二置物架上。
[0008]上述方案中，所述基材夹具包括垫高块和螺杆，基材放置在垫高块上，在沉积微纳米颗粒时通过旋紧所述螺杆对基材进行固定。
[0009]上述方案中，所述二维运动平台、所述三维运动平台与计算机连接；所述电爪、脉
冲激光器、连续激光器、激光测距仪通过控制器与所述计算机连接。
[0010]本专利技术还提供一种利用激光沉积微纳米颗粒薄膜的装置进行沉积微纳米颗粒的方法，包括如下步骤：S1 将靶材和基材打磨、清洗后分别用电爪和基材夹具夹紧；S2通过三维运动平台、二维运动平台分别将靶材、基材运输到指定位置；S3启动激光测距仪，记录基材表面的微纳米颗粒沉积厚度变化；S4 调节连续激光器的光束形状、辐照面积、能量等，调节脉冲激光器的能量、光斑直径、频率、脉宽和搭接率，准备开始激光烧蚀；S5根据靶材的烧蚀路径设置三维运动平台的运动路劲，当烧蚀掉一定厚度后，三维运动平台自动向下调焦，使得靶材的表面一直处于脉冲激光束的焦点上；S6颗粒沉积到一定厚度后，二维运动平台运动，进行下一个表面的沉积；S7 重复循环S5
‑
S6，直至完成整个表面的沉积，关闭所有设备。
[0011]上述方案中，所述靶材为单质金属、合金或非金属的任意一种，所述基材为单质金属或合金，在进行激光烧蚀前均用200～400目的砂纸打磨平整，所述基材15表面粗糙度为Ra0.4。
[0012]上述方案中，所述脉冲激光器发出激光束在瞬间能将靶材加热到气化温度以上，从而产生由靶材原子、离子和原子簇组成的蒸气羽，蒸气羽在飞行过程中与环境气体原子碰撞减速并彼此相互碰撞并形核生长形成微纳米颗粒，所述微纳米颗粒的粒径为50nm～150μm。
[0013]上述方案中，所述二维运动平台根据激光测距仪测量的厚度进行有规律的平面运动，当金属或合金的微纳米颗粒沉积厚度大于40μm时，二维运动平台运动，把基材运输到下一个需沉积的表面，其中，二维运动平台每次运动的距离为玻璃漏斗柄的直径大小。
[0014]上述方案中，所述激光烧蚀靶材和激光加热基材的过程应置于充满惰性气体的空间中进行，避免当靶材为非金属时，非金属与微熔的基材结合后，颗粒吸热与氧气发生氧化反应而使非金属的微纳米颗粒气化。
[0015]本专利技术的有益效果：本专利技术可以实现对金属靶材、合金靶材和非金属靶材不同种类靶材颗粒在基材表面的微熔。当靶材为金属或合金时，通过激光烧蚀金属靶材产生细小的微纳米颗粒，然后通过激光加热颗粒使其软化或微熔，最后结合在基材表面；当靶材为非金属时，通过激光烧蚀非金属靶材产生细小的微纳米颗粒，然后通过激光加热基材使基材表面微熔，最后使微纳米颗粒沉积结合在基材表面。超细微纳米颗粒的无序排列使颗粒的空隙中存在着大量的空气，形成了空气垫，使基体表面实现超疏水性能。
附图说明
[0016]图1是本专利技术的一种激光沉积微纳米颗粒薄膜的方法和装置的结构示意图。
[0017]图2是本专利技术实施例1中微纳米颗粒沉积在基材上的示意图。
[0018]图3是本专利技术实施例2中微纳米颗粒沉积在基材上的示意图。
[0019]图4是本专利技术实施例1靶材为Al合金制备的超疏水Al合金表面接触角测试图。
[0020]图5是本专利技术实施例2靶材为石墨固体制备的超疏水Al合金表面接触角测试图。
[0021]图中：1.控制器，2.计算机，3.电爪，4.靶材，5.紧压块，6.第一螺栓，7.悬臂架，8.倒置的玻璃漏斗，9.激光入口，10.脉冲激光器，11.螺栓，12.置物架，13.第一支撑杆，14.连续激光器，15.基材，16.垫高块，17.二维运动平台，18.微纳米颗粒，19.塑料垫，20.基材夹
具，21.螺杆，22.激光测距仪，23.第二支撑杆，24.三维运动平台，25.第二螺栓，26.第二置物架，27.第三螺栓。
实施方式
[0022]下面结合附图及具体实施事例对本专利技术进一步说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。
[0023]如图1所示，本实施方式提供了一种激光沉积微纳米颗粒薄膜装置，包括激光器、夹持装置、运动装置和计算机2。
[0024]激光器包括脉冲激光器10和连续激光器14。所述脉冲激光器10正倾斜一定角度固定安装在第一置物架12上，使其发出的光束与漏斗中轴线相交；所述连续激光器14负倾斜一定角度安装在第一置物架12上，其中，连续激光器14位于脉冲激光器10下方，用于对微纳米颗粒18进行辐照加热。
[0025]夹持装置包括电爪3、基材夹具20和第二置物架26。所述电爪底部固定在悬臂架7的末端本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种激光沉积微纳米颗粒薄膜的装置，其特征在于，包括脉冲激光器（10）、连续激光器（14）和靶材(4)，所述脉冲激光器（10）的发射口对准所述靶材(4)，所述靶材(4)下方设置有二维移动平台(17)，所述二维移动平台(17)上设置有基材夹具(20)，所述基材夹具(20)上固定有基材(15)，所述基材(15)位于所述靶材(4)的正下方，所述连续激光器（14）的发射口位于所述靶材(4)下方的基材(15)处，所述基材(15)附近安装有激光测距仪(22)。2.根据权利要求1所述的一种激光沉积微纳米颗粒薄膜的装置，其特征在于，所述靶材(4)位于倒置的玻璃漏斗(8)内，所述倒置的玻璃漏斗(8)上开设有激光入口(9)，所述脉冲激光器（10）的发射口斜向上对准所述激光入口(9)，所述倒置的玻璃漏斗(8)的出口正对所述基材(15)，所述玻璃漏斗（8）的出口高于所述靶材（4）被烧蚀表面。3.根据权利要求2所述的一种激光沉积微纳米颗粒薄膜的装置，其特征在于，所述靶材(4)通过电爪(3)固定在悬臂架(7)上，所述悬臂架(7)通过第二螺栓（25）固定在三维运动平台（24）的升降块上，所述倒置的玻璃漏斗(8)位于压紧块(5)上，所述压紧块(5)通过第一螺栓(6)固定在第二置物架（26）上。4.根据权利要求3所述的一种激光沉积微纳米颗粒薄膜的装置，其特征在于，所述基材夹具(20)包括垫高块（16）和螺杆（21），基材(15)放置在垫高块(16)上，在沉积微纳米颗粒（18）时通过旋紧所述螺杆（21）对基材(15)进行固定。5.根据权利要求4所述的一种激光沉积微纳米颗粒薄膜的装置，其特征在于，所述二维运动平台（17）、所述三维运动平台（24）与计算机（2）连接；所述电爪（3）、脉冲激光器（10）、连续激光器（14）、激光测距仪（22）通过控制器（1）与所述计算机（2）连接。6.一种利用权利要求5所述激光沉积微纳米颗粒薄膜的装置进行沉积微纳米颗粒的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1 将靶材（4）和基材（15）打磨、清洗后分别用电爪（3）和基材夹具（20）夹紧；S2通过三维运...
【专利技术属性】
技术研发人员：童照鹏，张宇泽，任旭东，叶云霞，周王凡，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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