[发明专利]光电协同催化耦合胶体射流加工超光滑表面的方法

说明书

光电协同催化耦合胶体射流加工超光滑表面的方法，纳米颗粒胶体喷射系统包括增压泵及电机组、流量控制阀、流量表、压力表及液压控制开关等；光催化光路组件包括可见光光源、两端带准直镜的光纤、导电玻璃镜片、可见光触发的纳米颗粒胶体等；电催化组件包括正极、负极和外置电源。其中导电玻璃镜片与所述电催化组件正极连接形成阳极，旋转工作台上的金属铜板电极与所述电催化组件负极连接形成阴极。光电协同催化喷嘴将纳米颗粒胶体喷射系统、光催化光路组件、电催化组件有机连接成一个整体，在光电协同催化作用下，胶体抛光液中的纳米颗粒与工件表面发生充分的界面反应，从而实现半导体、光学玻璃及金属等工件表面材料的高效纳米级超光滑表面抛光。

技术领域

本发明涉及一种光电协同催化耦合胶体射流加工超光滑表面的方法。

背景技术

在光学系统、纳米电路、化学生物传感器、医疗检测诊断及生物成像等领域对超光滑无损伤表面元器件有巨大应用需求，如在高精度的光学测试系统、软X射线光学系统及高能激光系统中需要使用具有极低的表面粗糙度和极高的面形精度的光学元件来保证高反射率和低散射特性；在超大规模集成电路中具有超光滑无损伤表面的基体可以保证获得更小尺度的特征线宽；在光波导、微透镜及微透镜阵列等微纳光学器件中通过保证微纳结构和器件具有极其精确的特征物理尺度及完整的表面晶格结构从而获得特殊的纳米尺度所独有的量子效应、尺寸效应及激子效应等与宏观器件特性显著不同的新颖特质。因此，在现代高精尖领域需要纳米、亚纳米尺度的加工技术来实现超光滑无损伤元器件的新特性。

在现有的超光滑表面抛光加工过程中，已广泛使用具有高比表面积和表面能的纳米颗粒作为抛光磨料来实现工件表面的超光滑表面抛光。在先技术中，张飞虎、宋孝宗[1]等人在应用纳米胶体射流抛光元件表面的方法（公开号CN101462256，公开日：2009.06.24）中提出了一种应用纳米胶体射流抛光元件表面的方法。但是，该技术应用纳米胶体射流抛光元件表面的方法存在材料去除效率低的缺点。张勇、张飞虎、宋孝宗[2]等人在胶体液流动压空化射流抛光装置及方法（公开号CN101670556，公开日：2010.03.17）中提出利用空化射流的方法提高纳米颗粒胶体射流的材料去除率，但由于在射流过程中空化效应产生的随机性，以及空化点的高温高压特性，使得其加工去除特性及加工表面质量存在不可控因素。宋孝宗[3]等人在紫外光诱导纳米颗粒胶体射流加工超光滑表面的方法（公开号CN103286694 A，公开日：2013.09.11）中提出利用在紫外光场与胶体射流动压场耦合作用下纳米颗粒与加工表面间的光化学反应、界面化学反应以及胶体射流产生的剪切粘滞作用实现对工件表面材料的亚纳米级去除。但该方法一方面紫外光的穿透力不足，在光路传输中大量的紫外光被阻挡和消耗，利用率不高；另一方面，紫外光诱导产生的大量的光生电子-空穴对在胶体射流束中会快速复合，因此很大程度影响了该方法的光催化效果；再一方面，在该方法加工过程中需要对操作人员进行特别的紫外防护，增加了成本和使用的不方便性。

发明内容

本发明的目的是提供一种光电协同催化耦合胶体射流加工超光滑表面的方法。

本发明是光电协同催化耦合胶体射流加工超光滑表面的方法，其步骤为：进行抛光液配制，并用超声波对所配胶体抛光液分散20分钟，获得分散性稳定的纳米颗粒胶体抛光液并将其装入抛光液容器2内；

将被加工工件15安装在光电催化反应室10中的旋转工作台17上；启动可见光光源13产生可见光束，可见光束经过两端带准直镜的光纤后以近似平行光照射在导电玻璃镜片11表面后进入光电协同催化喷嘴8的型腔内并聚焦于光电协同催化喷嘴口；