[发明专利]基于力调制微刻划/微压痕过程制备拉曼增强基底上阵列微纳米结构的实验装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于力调制微刻划/微压痕过程制备拉曼增强基底上阵列微纳米结构的实验装置及方法，所述所述实验装置包括XY向精密移动控制器、Z向精密移动台控制器、纳米精度工作台、力传感器、金刚石探针、样品、宏动精密工作台，所述金刚石探针由纳米精度工作台经过力传感器带动进行Z向的运动；金刚石探针与样品之间的力信号由Z向精密移动台控制器上下移动控制；样品由XY向精密移动控制器经过宏动精密工作台带动在X‑Y平面内做二维运动。本发明加工过程中探针连续进行微刻划、压痕过程，同时带动样件的工作台作二维平动，实现高效、大范围的周期性阵列微纳结构的加工；加工过程中探针的垂直载荷实时改变，实现复杂的微纳结构的加工。

技术领域

本发明属于微纳结构加工技术领域，涉及一种力调制微刻划/微压痕的加工装置及方法，尤其涉及一种通过力调制微刻划、微压痕过程实现金属表面阵列微纳结构制造，并可以将其用作拉曼增强基底的实验装置及方法。

背景技术

生命科学研究已经进入了单分子、单细胞阶段，研究者们迫切需要从大分子水平上研究生命活动的规律、疾病的发生与发展、药物与机体的相互作用等现象。拉曼光谱作为表征分子振动能级的指纹光谱，已经被广泛的应用在生物学领域。拥有微纳米结构的金属（如金、银、铜等）、能够产生拉曼增强散射效应、大幅度提高拉曼测试精度的基底被学者们称为拉曼增强基底。因此，如何制备高精度拉曼增强基底已经成为国内外学者研究的热点和难点问题。目前，主要有化学合成方法与纳米加工两种方式制备拉曼增强基底上的微纳米粒子/结构。然而由于化学合成方法制备的纳米粒子/结构分散、重复性差、制备的基底不利于长期保存；传统纳米加工方法加工设备昂贵、制造工艺流程复杂、环境控制要求严格、纳米结构分布范围小等，使国内外学者们一直在追寻新的低成本、高效率、高精度并且可以精确定位、结构尺寸、分布密度可控的阵列微纳米结构的加工方法。

微刻划与微压痕技术结合了传统机械加工的低成本、高精度的优点并且结构尺寸、位置等都可以精确控制。这项技术有望成为满足拉曼增强基底上阵列微纳米结构制造需求的一种加工方法。然而，目前这项技术主要采用商业化的压痕仪。这种仪器设备是面向测试样品材料微纳米尺度的机械特性而开发的，为了保证测试的高精度和稳定性，其测试速度不能够设置的很高，对于单点的测试通常远大于1秒。同时，100微米以内的测试范围已经满足针对绝大多数情况下的测试需求。因此，其加工效率较低、加工尺度受限。此外采用这种技术目前仅能实现简单沟槽、凹坑等微纳结构的加工，结构形式单一，导致采用其检测的生物分子的种类受限。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于力调制微刻划/微压痕过程制备拉曼增强基底上阵列微纳米结构的实验装置及方法，不仅能够实现尺寸、密度等可控、重复良好的跨尺度微纳阵列结构的高效加工，而且可以改变探针形状，形成复杂微纳结构，该结构容易定位、可以长久保存，能够满足检测生物分子的拉曼增强基底的需求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于力调制微刻划/微压痕过程制备拉曼增强基底上阵列微纳米结构的实验装置，包括XY向精密移动控制器、Z向精密移动台控制器、纳米精度工作台、力传感器、金刚石探针、样品、宏动精密工作台，其中：

所述金刚石探针由纳米精度工作台经过力传感器带动进行Z向的运动；

所述金刚石探针与样品之间的力信号由Z向精密移动台控制器上下移动控制；

所述样品由XY向精密移动控制器经过宏动精密工作台带动在X-Y平面内做二维运动。

一种利用上述实验装置制备拉曼增强基底上阵列微纳米结构的方法，包括如下步骤：

一、力调制微压痕加工