金属玻璃光栅及其制备方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种金属玻璃光栅，是以金属玻璃为基体，其上具有周期性凹槽结构的光栅。本发明专利技术还提供一种制备金属玻璃光栅的方法及其装置。本发明专利技术的金属玻璃光栅具有制备方便、高精度、高强度、高硬度、高韧性的特点，且具有很好的稳定性和耐腐蚀性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于凝聚态物理和材料科学领域，具体来说是涉及一种金属玻璃光栅，及以热压印的方法制备该金属玻璃光栅的方法和制备装置。
技术介绍
随着现代科学技术的发展，光谱分析技术在有机物成分分析中占有越来越重要的作用。而在光谱分析中，最为重要的元器件之一是光栅。如何方便、快速、精确的制备光栅一直是人们的努力方向。现有的光栅为了达到较高的衍射效率，通常选用反射光栅，以玻璃为基体，在其上制备微结构，然后镀上反射层(通常为铝膜)。对于这类光栅，现有的制备方法包括机刻法和复制法等。机刻法是用硬度很高的刻刀在玻璃基体上刻划周期性的凹槽，然后在其表面镀上铝膜。该法对于刻刀的精度和稳定性要求很高，并且刻划下的金属及其氧化物容易覆盖在光栅表面形成光栅缺陷，并且制备周期随着光栅尺寸的增大而显著增大，生产效率低。复制法是利用精密的光刻技术在半导体材料(如硅)或者金属材料上进行刻蚀，生产出光栅母版，然后用母版来复制子光栅，该法虽具有较高的精度，但是由于生产过程繁琐，生产成本高，且子光栅具有多层结构，容易损坏，也不是理想的制备光栅技术。金属玻璃自1960年被发现以来，引起人们的广泛研究热潮。研究发现，金属玻璃具有一些显著的优点，比如高强度，高硬度，高耐腐蚀性等(B.Zhang, D.Q.Zhao, ff.H.Wang,A.L.Greer, Phys.Rev.Lett.94，205502 (2005))，其中最引人注目的是其优良的热塑性成型性能。金属玻璃具有玻璃一样的热力学性质，当把其加热到一定温度以后，金属玻璃便会软化，此温度被称为玻璃转变温度，在此温度之上，金属玻璃会呈现牛顿流体的粘性流动状态，此时若略微施加一定的力，金属玻璃便可很方便的进行成型，同时由于金属玻璃是一种无序态结构，本身没有位错、晶界等晶体缺陷，所以成型精度可以很高，热收缩大约只为传统成型技术的十分之一。所以，金属玻璃是一种良好的微成型材料(J.Schroers, Adv.Mater.22，1566-1597(2010))。
技术实现思路
本专利技术的目的在于利用金属玻璃优良的微成型性能，来制备一种新型的金属玻璃光栅，用以基本上克服现有技术制备的光栅的种种缺陷。本专利技术的另一目的在于提供一种简单、方便、高效的制备金属玻璃光栅的方法。本专利技术的再一目的在于提供一种制备金属玻璃光栅的装置。本专利技术提供一种金属玻璃光栅，是以金属玻璃为基体，其上具有周期性凹槽结构的光栅。本专利技术还提供一种制备金属玻璃光栅的方法，包括:I)制备金属玻璃的薄板:利用铜模水冷方法将金属玻璃的熔体快速冷却，得到所需形状的金属玻璃的薄板；2)准备硅模:利用光刻技术制备硅模，在硅模表面，根据所需光栅性能，刻蚀出所需深度和周期性凹槽结构作为光栅的微结构，以用来做金属玻璃热压印的模具；3)对金属玻璃的薄板进行表面处理:将步骤I)中所制得的金属玻璃的薄板截成所需长度；为了保证压印时金属玻璃的薄板两面平行，将该金属玻璃的薄板的两面依次用砂纸进行打磨光滑以得到平整的表面，然后取其较光滑的一面用金刚石抛光膏在抛光机上进行抛光；4)热压印:将抛光后的金属玻璃的薄板加热至其玻璃化转变温度以上并进行恒温；将硅模有微结构的一面与所述金属玻璃的薄板的光滑的一面相对，对叠合在一起的二者施压；卸载，取下娃模与金属玻璃的薄板，所述金属玻璃的薄板的表面形成与所述娃模的微结构相吻合的光栅状结构；将该具有光栅状结构的金属玻璃的薄板冷却，得到一金属玻璃光栅。本专利技术还提供一种制备金属玻璃光栅的装置，包括:相对设置的压缩机上压头和压缩机下压头，通过上下移动对其间的样品进行加压；一不锈钢承压台，设置于所述压缩机下压头之上；所述不锈钢承压台的上方放置待加工的样品；所述不锈钢承压台的外围设有一电阻加热系统，以加热该不锈钢承压台及其上放置的样品。本专利技术的优点在于:I)本专利技术的金属玻 璃光栅具有高精度、高强度、高硬度、高韧性的特点，且具有很好的稳定性，耐腐蚀性等；2)本专利技术的制备金属玻璃光栅的方法具有成型效率高，成型力小等特点，且成型过程可人为控制；3)本专利技术的制备金属玻璃光栅的装置简单，方便，易于操作。附图说明图1是根据本专利技术一实施方式的制备金属玻璃光栅的方法的流程示意图；图2是根据本专利技术一实施方式的制备金属玻璃光栅的装置的结构示意图；图3是实施例1的硅模的表面形貌的扫描电镜照片，深色部分为凹下结构，浅色部分为凸出结构；图4是实施例1制得的金属玻璃光栅的扫描电镜照片，窄线条为凸出结构，宽线条为凹下结构；其中:I压缩机上压头 2压缩机下压头 3不锈钢承压台4电阻炉5娃模6金属玻璃样品。具体实施例方式下面将结合附图和实施例来具体说明本专利技术。如图2所示，本专利技术提供的制备金属玻璃光栅的装置，包括:一对相对设置的压缩机上压头I和压缩机下压头2，可通过上下移动对其间的样品进行加压并在某一应力下保压，使样品在一定应变速率下进行变形；一不锈钢承压台3，设置于所述压缩机下压头之上；所述不锈钢承压台3的上方放置待加工的样品，例如有微结构的硅模5和已抛光的金属玻璃6 ;所述不锈钢承压台的外围还设有一电阻加热系统4(例如电阻炉)，以加热该不锈钢承压台及其上放置的样品，例如使金属玻璃6进入粘性流动状态。本专利技术提供一种制备金属玻璃光栅的方法，如图1所示，包括:I)制备金属玻璃的薄板:利用铜模水冷方法将金属玻璃的熔体快速冷却，得到所需形状的金属玻璃的薄板；例如，金属玻璃的薄板的宽度为8mm，厚度为1mm，长度为4-70mm ；2)准备娃模:利用光刻技术制备娃模,在娃模表面,根据所需光栅性能,刻蚀出所需深度和周期性凹槽结构作为光栅的微结构，以用来做金属玻璃热压印的模具；所述硅模的尺寸为10_X IOmm,厚度为0.5mm左右；3)对金属玻璃的薄板进行表面处理:将步骤I)中所制得的金属玻璃的薄板截成所需长度(例如5mm);为了保证压印时金属玻璃的薄板两面平行，将该金属玻璃的薄板的两面依次用400号、800号、1200号的砂纸进行打磨光滑以得到平整的表面，然后取其较光滑的一面用1.5 μ m粒度的金刚石抛光膏在抛光机上进行抛光；4)热压印:将抛光后的金属玻璃的薄板加热至其玻璃化转变温度以上(优选为玻璃转化温度以上约40摄氏度左右)并进行恒温；将硅模有微结构的一面与所述金属玻璃的薄板的光滑的一面相对，对叠合在一起的二者施压，在10-30Mpa压力下保持10-30秒；卸载，取下娃模与金属玻璃的薄板，所述金属玻璃的薄板的表面形成与所述娃模的微结构相吻合的光栅状结构；将该具有光栅状结构的金属玻璃的薄板冷却，得到一金属玻璃光栅。本专利技术的制备金属玻璃光栅的方法，还可包括:在冷却具有光栅状结构的金属玻璃的薄板后，用1.5μπι粒度金刚石抛光膏抛光以去除该金属玻璃的薄板的表面的轻微氧化处。本专利技术提供的金属玻璃光栅是以金属玻璃为基体，其上具有周期性凹槽结构的光栅。所述金属玻璃包括Pd基、La基、Ce基、Zr基、Mg基、Au基、Si基、Sc基、Dy基、Er基、Ho基、Nd基、Ni基、NiNb基、稀土基、Pr基、Sm基、Tb基、Tm基、Yb基的金属玻璃。实施例1、Pd4tlCu3ciP2ciNiici金属玻璃光栅的制备利用传统的铜模水冷方法将成分为Pd4tlCu3ciP2ciNiici (原子百分比)合金熔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属玻璃光栅，是以金属玻璃为基体，其上具有周期性凹槽结构的光栅。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马将，赵德乾，丁大伟，潘明祥，白海洋，汪卫华，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：