[发明专利]一种跨尺寸微纳结构阵列的制备方法

说明书

本发明涉及一种跨尺寸微纳结构阵列的制备方法，包括：S1、提供浸入至电解液中的工件作为第一电极，提供削边线电极作为第二电极并设置在工件上方，提供干涉光束调节器并输出多光束激光干涉照射在工件表面；S2、第一电极和第二电极之间供电构成回路，驱动削边线电极相对工件往复运动，工件在削边线电极相应位置处发生电化学溶解或电化学沉积，并形成微纳结构阵列，无需掩模，且解决了现有超短脉冲电源输出功率小的问题，提高了微纳结构阵列的加工精度，无需电解液进行高速流动，提高系统安全性及降低成本，实现金属材料各向异性电化学溶解或电化学沉积，可有效提高沉积层的致密性及结合强度，从而提高具有大深宽比的微纳结构的刚性。

技术领域

本发明涉及一种跨尺寸微纳结构阵列的制备方法，属于精密、微细制造领域。

背景技术

精密化、微型化是现代工业、民用以及军用产品的主流发展方向。然而，随着器件特征尺寸的减小，在宏观尺度下通常被忽略的表面力，如范德华力、黏着力、静电力、毛细力，在微观尺度下却成为制约微构件或系统正常运转的主要因素。近年来，表面微织构技术，即利用微纳加工技术在材料表面构建一定形态、大小和排列方式的微结构阵列，已被充分证实可用于调控材料的表面性能，从而有效改善由表面或尺度效应引起的微器件失效问题。

金属基微零件/构件具有高强度、低电阻率、高灵敏度、高密度以及可实现传统硅基微器件无法完成的某些特定功能等特点，在微机电产品中的应用需求急剧增加。然而，传统的微纳加工技术，如微细铣削、激光加工、磨料气射流，电火花加工及掩模电解加工等，虽然可用于金属表面微结构的阵列，但其均存在一定的局限性，特别是很难实现特征尺寸在数微米以下微结构阵列的制备。

相比于上述其他微纳加工方法，掩模电解加工(TMECM)在加工表面质量(无毛刺、热影响区、再铸层等)方面展现出极大的优势，同时由于加工过程中，无机械接触应力和热应力，可用于实现薄壁金属零件表面微织构的加工。但是，在TMECM工艺流程中，掩模的制作是必不可少的关键步骤之一。当微结构特征参数需要改变时，掩模板则必须重新制作，这不仅造成了材料的浪费，而且将延长工艺周期。另外，现阶段，在TMECM中，通常采用的图案化光刻胶或PDMS等材料，由于呈现疏水特性，当图案结构特征尺度减小至10微米左右时，加工产生的氢气泡很难及时排出，从而抑制电解加工的进行。文献显示，目前传统的TMECM制备的微织构最小特征尺寸为30微米左右。另外，由于电解加工过程中，金属材料的溶解为各向同性，因此采用TMECM很难实现深宽比微织构的加工。同时，传统的TMECM在制备大面积微织构过程时，由于微结构是一次成型，单位时间内会产生大量的电解产物，需要电解液高压、高速流动，以及时更新加工间隙内的电解液，这给加工带来一定的安全隐患。

多光束激光干涉加工技术是激光加工技术的一种特殊形式，通过改变干涉激光的数量、激光入射角便可实现不同类型、尺寸微织构的制备。但激光干涉去除材料的本质与传统的激光加工相同，因而加工表面在热影响区，表面粗糙度较差等缺点。同时，当进行大面积微织构制备时，由于需要激光能量密度超过材料的强烧蚀阈值，因此要求激光器具有很大的输出功率，设备成本较高。

超短脉冲微细电解加工技术，通过利用脉冲电压作用下，电极表面双电层充放电材料，使得电解加工精度由数十微米提高到亚微米甚至纳米。但是，受超短脉冲电源输出功率限时，目前该项技术仍无法被直接用于大面积微结构的加工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种跨尺寸微纳结构阵列的制备方法，该方法无需掩模，使用削边线电极作为工具电极，无需电解液进行高速流动，实现大面积微纳结构阵列的制备。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种跨尺寸微纳结构阵列的制备方法，所述制备方法包括：

S1、提供浸入至电解液中的工件作为第一电极，提供削边线电极作为第二电极并设置在所述工件上方，提供干涉光束调节器并输出多光束激光干涉照射在所述工件表面；