【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超精密加工领域，尤其涉及一种光电流场驱动团簇催化原子级确定性加工方法。
技术介绍
1、随着高端武器装备制造，光学精密工程，光电高功率器件，第三代半导体原子尺度制造等领域的蓬勃发展，对硬脆曲面材料的表面粗糙度提出了更高的要求。例如由单晶硅研磨抛光得到的同步辐射光源x射线反射镜，根据瑞利判据高反射率要求反射镜面形精度达到或逼近原子级；第三代半导体如金刚石，碳化硅，氮化镓等的原子尺度高效制造是高功率器件乃至量子器件发展的必然选择。
2、针对硬脆曲面的超精密抛光，传统的抛光方式有气囊式抛光，可以自适应工件形状但是由于工具和工件存在机械接触，会对表面产生一定程度的划伤；为了实现更微小尺度的制造，后又提出了一系列非接触加工方法，例如通过库伦爆炸去除晶体材料的飞秒激光微纳冷加工；利用高能离子束轰击表面材料的离子束抛光；通过高流速水射流携带磨粒冲击工件表面实现材料去除的水射流抛光；利用强磁场控制与工件接触的磁流体实现对工件抛光的磁流变精加工。但是这一系列非接触加工方案依然存在一定的不足，例如存在亚表面损伤，材料去除率与表面质量不可兼得，控制系统复杂等。
3、有学者提出了光催化辅助抛光，该方法主要依托于一些具有光催化性质的磨粒，如tio2、zno、sno2、zro2、cds等在紫外光的辅助作用下先在表面形成一层氧化层，后在磨粒机械的作用下去除氧化层从而实现材料的去除，但仅依靠光催化剂氧化能力较弱，光生载流子寿命较短，形成的氧化层不均匀，且光催化剂的硬度普遍较软（莫氏硬度<6），使得材料去除率较低且表面质
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种光电流场驱动团簇催化原子级确定性加工方法，以解决现有光催化抛光方法中光生载流子寿命较短、材料去除率较低、表面质量不佳、可能会对环境造成污染等问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案为：
3、本专利技术涉及一种光电流场驱动团簇催化原子级确定性加工方法，其包括以下步骤：
4、s1.选择具有光催化活性的纳米颗粒作为光催化介质，采用光还原法实现金属纳米颗粒在光催化介质表面的析出，制备出光电催化团簇；
5、s2.将光电催化团簇与去离子水混合制备抛光液；
6、s3.利用催化光源照射至工件待加工面、光电催化团簇和柔性工具的耦合区域，同时为工件的导电托盘施加偏压，控制其电位并在光电催化团簇与工件之间形成空间电场；
7、s4.对柔性工具头施加法向负载并设置转速，产生流体动压力使工具头与工件表面保留的间隙，通过流场驱动间隙内的抛光液流动，在界面光电协同催化作用下实现原子级精度的可控去除。
8、优选地，所述s1中，采用光还原法实现金属纳米颗粒在光催化介质表面的析出的具体方式为：将具有光催化性质的纳米颗粒均匀分散在金属盐溶液中，磁力搅拌的同时使用紫外光辐照溶液，使得金属盐溶液中金属元素在光催化介质表面捕获光生电子，发生光还原反应使金属纳米颗粒在光催化介质表面析出。
9、优选地，所述s1中，光催化介质采用tio2、zno、sno2、zro2、cds中的一种，粒径为20~100nm；所述的金属盐溶液为氯化铂或硝酸银水溶液。
10、优选地，所述s2中，光电催化团簇与去离子水以1~20g/l比例混合获得抛光液。
11、优选地，所述s3中，工件通过导电碳胶固定在导电托盘上，并将其与电位器相连，使工件作为工作电极，并在抛光液中加入对电极和参比电极，参比电极具有恒定电位，以参比电极为基准控制工作电极的电位，进而在工件及光电催化团簇之间形成稳定空间电场。
12、优选地，所述的对电极与工作电极之间的电势差为-50v~+50v。
13、优选地，所述s3中的催化光源固定在转接装置上，进而控制催化光源的出射角度，调整催化光源辐照在待加工面上的光斑位置，使之能够持续照射在柔性工具-光电催化团簇-工件耦合区域；所述的催化光源的单光子能量大于光催化介质的带隙，催化光源的波段为200~800nm。
14、优选地，所述s4中，对柔性工具头设置法向负载及转速，形成流体动压力与负载平衡，从而产生1~200um的稳定间隙，通过流场驱动光电催化团簇和工件表面接触，在界面光电协同催化作用下得到限域内原子级可控去除函数，且通过x,y,z位移台调整工具的位置来自适应工件形状。
15、优选地，所述s4中，通过调整催化光源的输出功率和波长、调整柔性工具的转速、调整施加在工件与对电极之间的电势差， 控制工具-光电催化团簇-工件耦合区域发生限域光电催化反应，得到工件限域内的原子去除函数，通过反卷积实现任意面形单原子层精度的确定性可控去除。
16、与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果如下：
17、1、本专利技术涉及的光电流场驱动团簇催化原子级确定性加工方法选择具有光催化活性的纳米颗粒作为光催化介质，先采用光还原法实现金属纳米颗粒在光催化介质表面的析出，制备出光电催化团簇，再用光电催化团簇与去离子水混合制备抛光液，基于该抛光液进行光催化辅助抛光，催化光源波段对应的光子能量大于光电催化团簇带隙，光电催化团簇价带电子吸收光子能量后跃迁至导带，产生大量电子空穴对，在光催化反应下产生大量氢氧自由基吸附于纳米团簇表面形成表面羟基；同时通过团簇中金属颗粒捕获光生电子，提高光生载流子寿命，在电位器的作用下使得光电催化团簇与待加工表面形成空间电场，抑制电子空穴对复合的同时在金属颗粒表面形成大量新的反应活性位点，显著提高限域内光催化反应速率。
18、2、本专利技术涉及的光电流场驱动团簇催化原子级确定性加工方法将光电催化团簇与去离子水混合制备抛光液在纯水中通过界面光电协同催化反应形成界面桥键，在流场驱动下使得表层原子的背键断裂，实现单原子层精度材料去除，避免了硬质磨粒对表面的划伤，且对环境较为友好。
19、3、本专利技术涉及的光电流场驱动团簇催化原子级确定性加工方法在工件及对电极之间形成电势差，控制光电催化团簇表面与待加工工件之间形成稳定的空间电场以及团簇中析出金属颗粒可捕获光催化介质导带的光电子来抑制电子空穴对复合，同时金属颗粒捕获得到光生电子在其表面也形成大量的化学反应位点，实现对工件表面原子的限域光电协同催化作用，促进材料原子级精度制造。
20、4、本专利技术涉及的光电流场驱动团簇催化原子级确定性加工方法通过调整催化光源的输出功率和波长、调整柔性工具的转速、调整施加在工件与对电极之间的电势差，调控光电催化团簇限域内的催化反应速率，从而获得限域内可控原子级去除函数，通过反卷积实现任意面形的原子级精度可控本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光电流场驱动团簇催化原子级确定性加工方法，其特征在于：其包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的光电流场驱动团簇催化原子级确定性加工方法，其特征在于：所述S1中，采用光还原法实现金属纳米颗粒在光催化介质表面的析出的具体方式为：将具有光催化性质的纳米颗粒均匀分散在金属盐溶液中，磁力搅拌的同时使用紫外光辐照溶液，使得金属盐溶液中金属元素在光催化介质表面捕获光生电子，发生光还原反应使金属纳米颗粒在光催化介质表面析出。
3.根据权利要求2所述的光电流场驱动团簇催化原子级确定性加工方法，其特征在于：所述S1中，光催化介质采用TiO2、ZnO、SnO2、ZrO2、CdS中的一种，粒径为20~100nm；所述的金属盐溶液为氯化铂或硝酸银水溶液。
4.根据权利要求1所述的光电流场驱动团簇催化原子级确定性加工方法，其特征在于：所述S2中，光电催化团簇与去离子水以1~20g/L比例混合获得抛光液。
5.根据权利要求1所述的光电流场驱动团簇催化原子级确定性加工方法，其特征在于：所述S3中，工件通过导电碳胶固定在导电托盘上，并将其与电位器相连，使工
6.根据权利要求5所述的光电流场驱动团簇催化原子级确定性加工方法，其特征在于：所述的对电极与工作电极之间的电势差为-50V~+50V。
7.根据权利要求1所述的电流场驱动团簇催化原子级确定性加工方法，其特征在于：所述S3中的催化光源固定在转接装置上，进而控制催化光源的出射角度，调整催化光源辐照在待加工面上的光斑位置，使之能够持续照射在柔性工具-光电催化团簇-工件耦合区域；所述的催化光源的单光子能量大于光催化介质的带隙，催化光源的波段为200~800nm。
8.根据权利要求1所述的电流场驱动团簇催化原子级确定性加工方法，其特征在于：所述S4中，对柔性工具头设置法向负载及转速，形成流体动压力与负载平衡，从而产生1~200um的稳定间隙，通过流场驱动光电催化团簇和工件表面接触，在界面光电协同催化作用下得到限域内原子级可控去除函数，且通过x,y,z位移台调整工具的位置来自适应工件形状。
9.根据权利要求1所述的电流场驱动团簇催化原子级确定性加工方法，其特征在于：所述S4中，通过调整催化光源的输出功率和波长、调整柔性工具的转速、调整施加在工件与对电极之间的电势差， 控制工具-光电催化团簇-工件耦合区域发生限域光电催化反应，得到工件限域内的原子去除函数，通过反卷积实现任意面形单原子层精度的确定性可控去除。
...【技术特征摘要】
1.一种光电流场驱动团簇催化原子级确定性加工方法，其特征在于：其包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的光电流场驱动团簇催化原子级确定性加工方法，其特征在于：所述s1中，采用光还原法实现金属纳米颗粒在光催化介质表面的析出的具体方式为：将具有光催化性质的纳米颗粒均匀分散在金属盐溶液中，磁力搅拌的同时使用紫外光辐照溶液，使得金属盐溶液中金属元素在光催化介质表面捕获光生电子，发生光还原反应使金属纳米颗粒在光催化介质表面析出。
3.根据权利要求2所述的光电流场驱动团簇催化原子级确定性加工方法，其特征在于：所述s1中，光催化介质采用tio2、zno、sno2、zro2、cds中的一种，粒径为20~100nm；所述的金属盐溶液为氯化铂或硝酸银水溶液。
4.根据权利要求1所述的光电流场驱动团簇催化原子级确定性加工方法，其特征在于：所述s2中，光电催化团簇与去离子水以1~20g/l比例混合获得抛光液。
5.根据权利要求1所述的光电流场驱动团簇催化原子级确定性加工方法，其特征在于：所述s3中，工件通过导电碳胶固定在导电托盘上，并将其与电位器相连，使工件作为工作电极，并在抛光液中加入对电极和参比电极，参比电极具有恒定电位，以参比电极为基准控制工作电极的电位，进而在工件及光电催化团簇之间形成稳定空间电场。
【专利技术属性】
技术研发人员：朱吴乐，吴思东，孙奇，韩放，高威，薛曹阳，赵翔，贾炳春，王靖远，张伟建，居冰峰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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