[发明专利]一种表面跨尺度功能微纳结构的制造方法

说明书

技术领域

本发明材料加工领域，具体涉及一种表面跨尺度功能微纳结构的制造方法。

背景技术

结构表面制备微纳结构以实现功能化可以使结构表面获得结构材料本身不具备的特殊物理特性，如可使原本对电磁波高反射率的金属表面具备高吸收性能、对太阳光谱高反射的金属表面具备超高吸收率，使对水有较高浸润性的船舶表面具备超浸润特性以降低流阻等，在飞行器隐身、减阻、防热、船舶节能降耗、高效太阳能吸收利用等领域有重要应用。

然而，结构表面微纳结构功能制备一直存在较大的技术难题，主要原因是纳米级结构的加工需要采用光刻、腐蚀等半导体工艺，设备昂贵，过程复杂，成本高昂，且制作效率很低，制备的样件尺寸较小，无法满足飞行器等体积较大的对象的实际应用需求。此外，还有一个难点是对于微米级和纳米级两种跨尺度结构相互嵌套的功能性表面微纳结构制备，目前还没有有效的技术手段和制造工艺。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种表面跨尺度功能微纳结构的制造方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种表面跨尺度功能微纳结构的制造方法，步骤包括：

首先，采用毫秒脉冲激光扫描基体表面，加工出微米级结构图形；

然后，采用飞秒脉冲激光扫描已加工出的微米级结构图形，从而在微米级结构图形表面诱导加工出纳米级结构图形。

优选地，加工微米级结构图形时，毫秒脉冲激光的脉冲频率为100Hz-1KHz，扫描速度为0.1mm/s-10mm/s。

优选地，加工纳米级结构图形时，飞秒脉冲激光的脉冲频率为100Hz-100KHz，扫描速度为0.5mm/s-50mm/s。

本发明采用毫秒脉冲激光刻蚀和和飞秒激光诱导相结合的结构表面微纳结构功能制造方法，可以完成表面微米级和纳米级功能微结构的跨尺度、高效、低成本制造。激光加工过程可以采用高速振镜来实现，因此加工效率远高于半导体工艺，且成本低，具有更好的应用前景。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是实施例1表面跨尺度功能微纳结构的加工过程示意图，其中，1是未经处理的基体表面，2是在基体表面加出的微米级尖锥状结构，3是在微米级尖锥状结构上诱导出的纳米级结构。

图2是实施例2表面跨尺度功能微纳结构的加工过程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，采用毫秒脉冲激光、利用三角形掩膜将光束形状调制成焦点处边长为100μm的三角形光斑，采用200W的输出功率、1KHz的脉冲频率，在5mm的钛合金表面先沿X轴方向（三角形光斑底边垂直方向）上采用高速振镜进行扫描，扫描间距100μm，速度5mm/s。完成整面扫描加工后，再将钛合金工件转动90°（Y轴），然后再次以同样参数进行扫描，最终完成了锥形微结构（锥体）的刻蚀加工。

然后采用飞秒脉冲激光，150fs的脉冲宽度、10KHz的脉冲频率、50μm的光斑尺寸，先沿X轴方向在已经加工好的锥体表面采用高速振镜进行扫描辐照，扫描间距50μm，速度1mm/s。完成整面扫描后再进行Y轴方向整面扫描，最终完成纳米微结构的诱导制造。

实施例2

如图2所示，采用毫秒脉冲激光、利用沙漏形掩膜将光束形状调制成焦点处边长为300μm的沙漏形光斑，采用200W的输出功率、1KHz的脉冲频率，在5mm的铝合金表面先沿X轴方向采用高速振镜进行扫描，扫描间距300μm，速度5mm/s。完成整面扫描加工后，再将铝合金工件转动90°（Y轴），然后再次以同样参数进行扫描，最终完成了半圆形微结构的刻蚀加工。

然后采用飞秒脉冲激光，100fs的脉冲宽度、12KHz的脉冲频率、100μm的光斑尺寸，先沿X轴方向在已经加工好的半圆形微结构表面采用高速振镜进行扫描辐照，扫描间距100μm，速度5mm/s。完成整面扫描后再进行Y轴方向整面扫描，最终完成纳米微结构的诱导制造。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。