[发明专利]飞秒激光协同氧化反应制备宽谱带抗反射结构的方法

说明书

本发明涉及飞秒激光协同氧化反应制备宽谱带抗反射结构的方法，属于抗反射结构加工技术领域。该方法先将待加工材料(样品)置于飞秒激光加工光路系统中，利用聚焦物镜，使飞秒激光的光斑聚焦在样品表面；然后通过控制飞秒激光加工光路中机械快门的开关和平移台的移动，使飞秒激光的聚焦光斑在样品表面先后进行x方向和y方向的烧蚀加工，在样品表面制备出微米级锥状结构阵列；最后将样品置于搅拌均匀的过硫酸铵和氢氧化钠的混合溶液中，发生氧化反应使样品表面生长出海胆状微纳米复合结构。对比现有技术，本发明实施过程简单，重复性好；结构在超宽波长范围内能够保持稳定且优异的抗反射性能，在光伏、军事等领域有较高的应用价值。

技术领域

本发明属于抗反射结构加工技术领域，具体涉及一种利用飞秒激光与氧化反应的协同过程制备具有超宽谱带高抗反射性能的海胆状微纳米复合结构的方法。

背景技术

材料的抗反射性能在诸多领域都有极其重要的应用。例如，增强对太阳光的吸收，可以更加高效、充分地对太阳能加以收集和利用，有助于清洁能源的实施和推广。红外波段反射率的降低可以减弱材料的红外可探测性，基于该性能，可进一步开发研制应用于军事上的隐身技术。再如，波长范围为8-15μm的红外波，由于其与人体细胞元素的振动频率非常接近，可以引起人体细胞中原子与分子之间的共振，从而促进人体细胞的运动，加快血液循环，促进清除血管中积聚的有害物质，并促进酶的生成，防止衰老，增强免疫系统的功能，因而被称为“生命光线”；研究对生命光线波段吸收的增强技术，在生物医药领域具有较高的应用价值。

在材料表面制备出特定形貌的微、纳米结构，有助于材料抗反射性能的提升。微、纳米结构的制备技术通常有两种类型，分别是自上而下和自下而上的过程。自上而下是一种去除材料的过程，常见的技术如刻蚀、纳米压印等。通过自上而下方法制备的结构通常具有很好的形貌，但这种模式的效率较低，难以实现大面积、丰富结构的制备。自下而上方法是通过化学等手段生长或沉积出微、纳米结构，包括热氧化、静电沉积、化学气相沉积等。自下而上方法的特点是效率高，但其制备结构的形貌往往不够规整、均一，可控性较差，难以达到最优化的性能。

尽管材料表面的微、纳米结构能够增强材料的抗反射能力，但是特定尺度的单一结构往往只能对较窄波段的电磁波产生吸收作用；要实现较宽波长范围的抗反性能，则必须依赖复杂的多尺度三维结构，以满足不同波段光的吸收特点。微米和纳米复合的三维表面结构可以使材料同时具备微米尺度和纳米尺度上的光吸收能力，进而使材料能够在较宽的谱带范围内展现出优良的抗反射性能。

超宽谱带抗反射性能的实现，对结构的制备方法提出了挑战。具有良好可控性的复杂微纳复合结构，很难通过单一的技术过程来制备。因此，开发新的微纳加工技术，高效制备出理想的微纳复合结构，实现材料在较宽波长范围内的抗反射性能，逐渐成为微纳制造研究领域的热点。

发明内容

本方法目的是为了解决上述问题，提供一种飞秒激光协同氧化反应方法制备具有超宽谱带高抗反射性能的海胆状微纳米复合结构，通过利用飞秒激光和化学氧化协同作用的手段，在材料表面制备出形貌规整、可控好的微纳米复合结构，并在超宽谱带的波长范围(200～16000nm)内具备稳定且优异的抗反射性能。

该方法主要包括飞秒激光的图案化烧蚀和碱性环境下过硫酸根离子对烧蚀区域的氧化过程。通过该方法可以在铜片表面制备出包含大量纳米线的海胆状结构阵列。

其中，飞秒激光对铜片的烧蚀，可以构建出表面覆盖有丰富纳米颗粒的微米锥阵列；同时，飞秒激光的烧蚀也能对加工过的表面产生局部氧化，引起铜表面化学成分的改变。发生在金属表面物理结构和化学成分的变化，能对后续过硫酸根的氧化过程产生影响和调节的作用，诱导飞秒激光作用过的区域生长出更多的纳米线结构。经过飞秒激光与过硫酸根氧化的协同作用，最终制备得到海胆状的微纳米复合结构。