[发明专利]激光诱导非晶碳表面微纳复合结构及周边缺陷修复方法

说明书

本发明公开了一种激光诱导非晶碳表面微纳复合结构及周边缺陷修复方法，属于激光表面改性技术领域。所述方法为在空气或者保护气体中，利用纳秒激光对非晶碳表面进行处理，通过计算机软件控制激光加工参数及扫描轨迹，可以在非晶碳表面制备不同类型的线状微纳复合结构；在前步加工的基础上，选择激光修复参数及策略，利用纳秒激光对其表面进行辐照，可以有效地消除激光加工后非晶碳样品表面的纳米颗粒及孔洞等缺陷，并保持已制备微纳复合结构的完整性。本发明实施过程简单、易于调控、绿色无污染，加工精度高且可重复性好，可以在非晶碳表面获得具有良好表面质量的线状微纳复合结构，在非晶碳表面图案化方面具有重要的意义。

技术领域

本发明属于激光表面改性技术领域，尤其涉及一种激光诱导非晶碳表面微纳复合结构及周边缺陷修复方法，此方法可用于非晶碳表面图案化应用。

背景技术

非晶碳是一种高硬度的各向同性材料，原子结构特性导致其具有较低的密度、良好的气体和液体的封闭特性、优异的化学稳定性以及出色的热导率(0.7-4Wm-1K-1)和电导率(101-104Sm-1)。因此非晶碳在许多应用领域都是一个较为合适的选择，例如电化学传感器、储能装置、精密成型模具等。而且它还具有较好的生物相容性，可以在医学领域作为神经植入体、组织支架等用途。非晶碳在惰性气氛中具有良好的机械强度和优异的耐腐蚀性和耐热性，这使它成为一种有趣的替代材料，可用于生产不同金属、玻璃和聚合物组件的模具，通过精密玻璃模塑成型(PGM)方式使生产具有复杂几何形状的高精度光学元件成为可能。但是由于非晶碳本身的脆性和硬度，许多传统的加工技术可能不适用于非晶碳模具的加工。目前，一些替代的技术如电子束刻蚀、反应离子刻蚀、激光加工和微图案固化树脂碳化被用来制备非晶碳模具，但是上述几种方式仍然很难制备出微纳复合结构。虽然我们的之前研究成功的在非晶碳表面制备了微纳复合结构(One-step fabrication of regularhierarchical micro/nano-structures on glassy carbon by nanosecond pulsedlaser irradiation，Journal of Manufacturing Processes.62(2021)108–118)，但是其仍然局限于点和阵列的形式，对于实际应用仍然存在着极大的限制，因此，本发明提出了一种纳秒激光在非晶碳表面制备线状微纳复合结构的方法，有效解决了这一问题。

但是在激光和碳材料的相互作用过程中很容易产生一些不可避免的缺陷，例如纳米碳颗粒的沉积等，这严重影响了激光加工后的表面质量。目前，一些化学方式常被用来去除激光加工产生的表面缺陷，但是这可能会引入一些其他的物质，此外，对于一些精密的微纳米结构，这些手段很容易对已制备的结构产生污染、破坏，因此，本发明进一步结合前步加工工序，利用纳秒激光对激光加工后非晶碳样品表面的纳米颗粒及孔洞等缺陷进行修复，并保持已制备微纳复合结构的完整性。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种激光诱导非晶碳表面微纳复合结构及周边缺陷修复方法，解决了现有技术存在的上述问题。通过本发明的方法，可以在非晶碳表面获得表面质量良好的线状微纳复合结构，可用于非晶碳表面的图案化设计。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种利用激光诱导非晶碳表面微纳复合结构及周边缺陷修复方法，其特征在于：所述方法为在空气或者保护气体中，利用纳秒激光对非晶碳表面进行处理，通过计算机软件控制激光加工参数及扫描轨迹，可以在非晶碳表面制备不同类型的线状微纳复合结构；在前步加工的基础上，选择激光修复参数及策略，利用纳秒激光对其表面进行辐照，可以有效地修复激光加工后非晶碳样品表面的纳米颗粒及孔洞等缺陷，并保持已制备微纳复合结构的完整性。

作为优选，所制备的线状微纳复合结构包括微米级沟槽结构和纳米级光栅结构。

作为优选，所制备的线状微纳复合结构其内部的纳米级光栅结构始终平行于激光扫描方向。

作为优选，所制备的线状微纳复合结构可以通过降低激光功率同时提高扫描次数的方式提高其均匀性。