[发明专利]一种三维微纳米加工方法

说明书

本发明涉及一种三维微纳米加工方法，包括如下步骤：S1，提供一种在离子束辐照下可变形的固体材料；S2，提供一种掩模；S3，将掩模固定于固体材料的顶表面上形成样品；S4，利用离子束辐照样品以在固体材料的未被掩模覆盖的顶表面上形成肿胀，其中，控制离子的种类、能量和剂量以调控肿胀的垂直于顶表面的高度，通过掩模的形状以调控肿胀在平行于顶表面的平面上的分布。本发明首次将离子束辐照技术应用于三维微纳加工领域，实现了超硬、耐高温、耐腐蚀材料的三维微纳加工。

技术领域

本发明涉及一种对固体材料表面进行加工的方法，更具体地涉及一种三维微纳米加工方法。

背景技术

随着科技的发展，现代制造趋向于功能集成化、超精密化发展。微纳加工技术已经在医学、电子、光学、航空航天等诸多领域得到了应用，例如已经被用于制造纳米发动机、微热交换器、超灵敏生物传感器、耐磨传感器、集成电路、纳米马达、集成电路等等。目前三维微纳米结构，尤其是纳米尺度的制备已经成为了国内外的研究热点。三维纳米结构材料是指处于纳米尺度范围的三维实体材料，在微纳尺度精细加工形成的所需要的特定形式。

目前已报道的微纳加工技术，主要是通过高能束线来实现，如光束、电子束、离子束以及X射线等，加工过程分为两种。一种是在基体表面添加材料，形成三维微纳结构，如纳米三维(3D)打印技术，以数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造三维物体[CIRP Annals-Manufacturing Technology57,601–620(2008)]。又如将大量的纳米颗粒分散在基质表面，用立体光刻法将纳米复合材料聚合，然后采用溶剂去除非聚合材料从而形成三维结构[Nature 544,337–339(2017)]。另一种是将原材料去除部分物质，通过累积热效应使材料产生升温、熔化和汽化形成凹痕来实现加工，从而形成三维纳米结构，比如采用激光直写技术，利用强度可变的激光束对基片表面的抗蚀材料实施变剂量曝光，显影后在抗蚀层表面形成所要求的轮廓[Journal ofElectronic Materials,3695–3701(2017)]。又如聚焦离子束进行刻蚀，通过把离子束聚焦到样品表面，精确控制离子束在样品表面扫描，刻写出一定大小和深度的线条来进行材料的微纳米尺度加工[Int J Adv Manuf Technol 47,161–180(2010)]。

目前这些技术都对材料具有非常大的限制，尤其对于超硬、耐高温、耐腐蚀材料很难实现微纳尺度的精确加工。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的无法对超硬、耐高温、耐腐蚀材料实现微纳尺度加工的问题，本发明旨在提供一种三维微纳米加工方法。

本发明所述的三维微纳米加工方法，包括如下步骤：S1，提供一种在离子束辐照下可变形的固体材料；S2，提供一种掩模；S3，将掩模固定于固体材料的顶表面上形成样品；S4，利用离子束辐照样品以在固体材料的未被掩模覆盖的顶表面上形成肿胀，其中，控制离子的种类、能量和剂量以调控肿胀的垂直于顶表面的高度，通过掩模的形状以调控肿胀在平行于顶表面的平面上的分布。

所述步骤S4包括：将样品置于离子束真空靶室中进行离子束辐照，在结束辐照后从离子束真空靶室中取出样品，然后去除掩模。