[发明专利]一种掩膜电解加工微结构阵列的方法

说明书

本发明提出一种掩膜电解加工微结构阵列的方法，属于电解加工领域。包括下列步骤:（a）制作掩膜成型的诱导装置。包括：1.在基底（1）上制作支架（2）；2.基底（1）表面疏水处理，制作疏水层（3）；3.涂覆聚合物（4）；4.装配诱导装置；（b）诱导聚合物（4）图形化；（c）固化诱导成型的聚合物（4），在金属平板工件（5）上得到图形化聚合物（7）；（d）电解加工微结构阵列。本发明采用电诱导结合超疏水工艺进行图形转移方法制作电解加工中的图形化掩膜结构，避免了图形之间聚合物在基底表面上的残留，保证了掩膜图形之间的金属裸露和后期的电解加工的顺利进行，工艺简单，成本低，效率高。

技术领域

本发明涉及一种掩膜电解加工微结构阵列的方法，属于电化学加工领域。

背景技术

微结构阵列是一种在机械零件表面加工出按一定规律分布的具有特定形貌和尺寸特征的结构。近年来，由于其在减小摩擦、超疏水、生物相容性、光学以及航空航天等方面具有卓越的性能而被广泛关注和研究。目前在金属表面加工微结构阵列的常用方法有外加机械力冲击加工、外加能量加工和电解加工等，其中电解工艺具有生产效率高、成本低、工序简单、加工质量好、工具阴极无消耗等优点而被广泛研究和利用。

制造微结构阵列的电解加工工艺需要掩膜结构辅助加工。目前制作掩膜的方法主要有光刻法、刻蚀法和电铸法等，这些方法能够有效地加工出所需要的掩膜，但其制作成本高、能耗大、生产效率低，且由于其工艺特点而在制作微纳米级尺寸的微结构时受到限制。因此需要一种操作简单、工艺成本低的掩膜加工方法。

发明内容

本发明针对现有掩膜电解加工微结构阵列方法中掩膜制作成本高、能耗大、生产效率低的缺点，提出一种采用电诱导结合超疏水工艺进行图形转移方法制作掩模的电解加工微结构阵列的方法。

（a）制作掩膜成型的诱导装置。

1.在基底上制作支架。选择平整度高的可导电材料作为基底，清洗其表面并烘干，采用微纳米加工方法在基底边缘制作一定厚度的薄膜作为支架，支架材料为绝缘材料。

2.基底表面疏水处理，制作疏水层。对基底表面进行表面疏水处理，制作疏水层，改变基底表面能，降低基底表面黏附性。

3.涂覆聚合物。在基底上涂覆一定厚度的聚合物，聚合物的厚度低于支架高度。

4.装配诱导装置。清洗并干燥将要电解加工微结构阵列的金属平板工件表面，施加一定的压力将金属平板工件装配在基底上的支架上，装配好的基底和金属平板工件作为掩膜成型的诱导装置，其中，金属平板工件作为诱导聚合物图形化的诱导模板。

（b）诱导聚合物图形化。诱导装置中的金属平板工件和基底分别接电源的正极和负极，接通电源，聚合物在电场力的激励下突破表面张力和粘滞阻力发生流变，以一定图形形状从基底上逐渐向金属平板工件方向生长，当聚合物最终与金属平板工件表面接触时诱导工艺完成。其中，诱导形成的聚合物图形特征由诱导工艺参数确定。

（c）固化诱导成型的聚合物，在金属平板工件上得到固化的图形化聚合物。在保持电压稳定的情况下，使用紫外光照射聚合物或者加热聚合物，使诱导成型的聚合物固化；取下诱导装置中的金属平板工件，由于基底表面的疏水性，图形化聚合物和基底之间的黏附力小于图形化聚合物和金属平板件之间的黏附力，和基底及金属平板工件都接触的图形化聚合物从基底上被剥离、转移到金属平板工件上，在金属平板工件上得到图形化聚合物，此图形化聚合物在后继的电解工序中作为电解加工微结构阵列的掩膜。

（d）电解加工微结构阵列。在电解槽中，以金属平板工件为被电解加工的阳极、以金属平板工件上固化聚合物为掩膜，通入电解液，接通电源，在金属平板工件上电解加工微结构阵列。