[实用新型]一种脆性材料表面纳米孔阵列的加工装置

说明书

本实用新型提供了一种脆性材料表面纳米孔阵列的加工装置，脆性材料基底的上表面镀有金属薄膜，所述金属薄膜的上面铺设单层致密排布的微球，所述脆性材料基底置于一工作台上；激光器、扩束镜、光束整型器沿水平方向依次设置，扫描振镜、聚光透镜集工作台沿竖直方向从上至下依次设置；激光器产生的激光依次通过扩束镜、光束整型器后经由反射镜反射到达扫描振镜以及聚焦透镜，再辐照到铺设有微球的镀有金属薄膜的脆性材料基底的上表面；计算机连接所述激光器集扫描振镜，所述计算机控制激光器产生的激光束的脉冲能量和重复频率。应用本技术方案在脆性材料基底表面铺设单层致密排布的微球可以实现大面积纳米孔阵列的加工。

技术领域

本实用新型涉及激光加工技术领域，具体是指一种脆性材料表面纳米孔阵列的加工装置。

背景技术

纳米孔阵列因为其卓越的物理化学特性、光电学特性、表面效应、量子限制效应和热稳定性等特殊物理特性，使其在太阳能电池、发光器件、电化学储能、纳米光子学和传感器等领域具有广泛的应用。聚焦离子束刻蚀和电子束刻蚀可以在脆性材料表面制备出纳米孔阵列，然而高成本及复杂的制备工艺限制了其广泛应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种脆性材料表面纳米孔阵列的加工装置，在脆性材料基底表面铺设单层致密排布的微球可以实现大面积纳米孔阵列的加工。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种脆性材料表面纳米孔阵列的加工装置，脆性材料基底的上表面镀有金属薄膜，所述金属薄膜的上面铺设单层致密排布的微球，所述脆性材料基底置于一工作台上；

激光器、扩束镜、光束整型器沿水平方向依次设置，扫描振镜、聚光透镜集工作台沿竖直方向从上至下依次设置；

激光器产生的激光依次通过扩束镜、光束整型器后经由反射镜反射到达扫描振镜以及聚焦透镜，再辐照到铺设有微球的镀有金属薄膜的脆性材料基底的上表面；计算机连接所述激光器集扫描振镜，所述计算机控制激光器产生的激光束的脉冲能量和重复频率。

在一较佳的实施例中，所述的光束整型器的将能量呈高斯分布的激光束转换成能量均匀分布的激光束。

在一较佳的实施例中，所述计算机控制扫描振镜的运动，以控制作用在脆性材料基底上的激光束在xy平面内移动轨迹和扫描速度。

在一较佳的实施例中，所述脆性材料基底为非金属材料，具体为玻璃、蓝宝石、碳化硅、硅、砷化镓、氮化镓、金刚石、陶瓷和激光晶体材料的其中之一。

在一较佳的实施例中，所述金属薄膜的材料为金、银、铜、铝、铂、钛其中之一或其合金，且所述金属薄膜的厚度介于10纳米至200纳米之间。

在一较佳的实施例中，所述金属薄膜是由一层同种金属材料或一层金属合金材料或多层不同金属材料组成。

相较于现有技术，本实用新型的技术方案具备以下有益效果：

本实用新型提供了一种脆性材料表面纳米孔阵列的加工装置，代替了在脆性材料上表面铺设微球直接制备纳米孔阵列的方法。利用微球将激光束聚焦到纳米尺度并直接在脆性材料表面制备纳米孔阵列，该方法加工出的纳米孔周围存在大量的烧蚀溅射物，而且纳米孔的几何形状精度较差。本实用新型通过在脆性材料基底表面镀上金属薄膜，并在金属薄膜上表面铺设单层致密排布的微球，不仅可以减少纳米孔周围的溅射物，而且能够改善烧蚀纳米孔的几何形状精度。

附图说明

图1为本实用新型优选实施例中脆性材料表面纳米孔阵列的加工装置的结构示意图；

图2为本实用新型优选实施例中采用皮秒激光在(a)未镀金薄膜的硅基底和(b)镀了10nm厚金薄膜的硅基底表面制备的纳米孔阵列的扫描电子显微镜图像。相应的激光加工参数为：激光中心波长1064nm，脉冲宽度12ps，激光能量密度1.58J/cm2，扫描速度6000mm/s；