[发明专利]基于金刚石印压成形的正反双面微纳结构及其阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微纳结构的金刚石印压成形技术领域，具体涉及一种基于金刚石印压成形的正反双面微纳结构及其阵列的制备方法。

背景技术

传统的通过掩膜板光学或化学刻蚀的方法难以获得灵活多变的微纳结构及其阵列，加工后的微纳结构及其阵列特征往往呈现统一的整体特征、尺度小、成形工艺要求高、制备成本高等特点。此外，通过纳米刻划、超精密飞切和快刀伺服加工等获取微结构的加工方法无法实现金属片上正反双面微纳结构的一次性制备。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于金刚石印压成形的正反双面微纳结构及其阵列的制备方法，可通过控制延塑性金属片的材料性质和厚度、软基底材料的性质和厚度、金刚石压头的形状和钝圆尺度、压头轴线相对于工件平面的垂直度、压入深度等工艺参数来实现延塑性金属片正反双面上不同取向、对称形式和深宽比大小的微纳结构及其阵列的高效、低成本制备。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

基于金刚石印压成形的正反双面微纳结构及其阵列的制备方法，包括如下步骤：

S1、根据需要，选取金刚石压头、延塑性金属片和软基底材料，并将软基底材料附着在延塑性金属片下底面；

S2、形成金刚石压头和附着有软基底材料的延塑性金属片之间的相对下压运动Z，通过控制下压量和压头轴线相对于工件平面的垂直度(偏角A)来控制微纳结构的成形尺度和质量；

S3、形成金刚石压头和附着有软基底材料的延塑性金属片之间的相对水平运动X、Y，反复重复步骤S2，直至完成微纳结构阵列的印压成形；

S4、脱离金刚石压头和软基底材料，在延塑性金属片正反双面上实现微纳结构及其阵列的制备。

本发明中下压量Z的控制是指压头的上下移动，可通过通用的直线驱动载体来实现；偏角A的控制是指压头轴线在竖直平面XZ、YZ平面内相对于工件平面的偏摆，通过通用回转驱动载体来实现压头的偏角控制。具体量的大小根据微结构的制备需要和工艺而定(也可以说是：微结构的取向决定偏角A)。

本发明具有以下有益效果：

可通过控制延塑性金属片的材料性质和厚度、软基底材料的性质和厚度、金刚石压头的形状和钝圆尺度、压头轴线相对于工件平面的垂直度、压入深度等工艺参数来实现延塑性金属片正反双面上不同取向、对称形式和深宽比大小的微纳结构及其阵列的高效、低成本制备。

附图说明

图1为发明实施例基于金刚石印压成形的正反双面微纳结构及其阵列的制备方法的原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于金刚石印压成形的正反双面微纳结构及其阵列的制备方法，包括如下步骤：

S1、根据需要，选取金刚石压头1、延塑性金属片2和软基底材料3，并将软基底材料3附着在延塑性金属片2下底面；

S2、形成金刚石压头1和附着有软基底材料3的延塑性金属片2之间的相对下压运动Z，通过控制下压量和压头轴线相对于工件平面的垂直度(偏角A)来控制微纳结构的成形尺度和质量；

S3、形成金刚石压头1和附着有软基底材料3的延塑性金属片2之间的相对水平运动X、Y，反复重复步骤S2，直至完成微纳结构阵列的印压成形；

S4、脱离金刚石压头1和软基底材料3，在延塑性金属片正反双面上实现微纳结构及其阵列4的制备。

本具体实施利用金刚石刀尖在衬有软基底材料的延塑性金属片上进行微纳结构及其阵列的印压制备。采用特定形状、刀尖角和刀尖钝圆尺度的金刚石印压工具，对附着有软基底材料的延塑性金属片进行印压成形加工。当金刚石压头压出延塑性金属片的底部时，由于延塑性金属片良好的延展性，会在软基底材料的塑性成形能力作用下凹陷并包容延塑性金属片底部的压出材料隆起，同时和压头接触侧会形成金刚石压头的反向结构。当脱离压头和软基底材料时，即可获得延塑性金属片上正反双面的微纳结构。下压的尺寸、延塑性金属片在材料内部的侧向塑流作用和金刚石压头的钝圆作用会决定微纳结构的尺度和质量，通过控制延塑性金属片的材料性质和厚度、软基底材料的性质和厚度、金刚石压头的形状和钝圆尺度、压头轴线相对于工件平面的垂直度、压入深度等工艺参数来实现延塑性金属片正反双面上不同取向、对称形式和深宽比大小的微纳结构及其阵列的制备。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。