[发明专利]加工聚苯乙烯、石墨烯纳米复合微结构阵列的方法与装置

摘要

加工聚苯乙烯、石墨烯纳米复合微结构阵列装置，包括激光发生器、真空腔、载物台、紫外滤光镜和气体流量控制单元；载物台以可拆卸固定的方式安装于真空腔内的底部，真空腔具有开启和密闭的通道；紫外滤光镜安装于真空腔，激光发生器发射激光透过紫外滤光镜照射到位于真空腔中的载物台，载物台用于放置待加工物；气体流量控制单元连通于真空腔，气体流量控制单元用于控制进入到真空腔中的气体；真空腔通过真空腔夹具固定安装于三轴精密运动平台。针对当前难以加工聚苯乙烯、石墨烯纳米复合材料微结构阵列的问题，本发明的目的在于提出一种加工聚苯乙烯、石墨烯纳米复合微结构阵列装置。

主权项

1.加工聚苯乙烯、石墨烯纳米复合微结构阵列装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、配置聚苯乙烯微球溶液，将聚苯乙烯微球粉末与无水乙醇按照1:1混合，然后在磁力搅拌器中搅拌10min，使得聚苯乙烯微球粉末均匀地分散在无水乙醇中；步骤2、选取大小为2cm×2cm的硅片，放置在旋涂机的工作台上，用移液器将上述步骤1）配置好聚苯乙烯微球乙醇溶液滴在硅片上，设置工作参数为低速转400转/分钟、高速转1000转/分钟，旋涂时间为50秒，使得聚苯乙烯微球乙醇溶液在硅片上均匀铺展；步骤3、将步骤2）处理后带聚苯乙烯微球的硅片放入真空干燥箱中干燥，设置工作参数为真空度为0.1KPa、温度为60℃、干燥时间为1小时，完成样品的准备，使得乙醇溶液挥发，聚苯乙烯微球形成紧凑单层结构；步骤4、将步骤3）干燥后的样品放入激光加工系统真空腔中的载物台上，并锁紧真空腔，防止外部气体进入真空腔内；步骤5、计算机软件控制界面上操作，移动运动平台，将待加工位置定位到激光发生器正下方，此时，紫外滤光镜位于激光发生器正下方，紫外滤光镜仅允许紫外光透过而其他波段的光线不能通过，从而保证样品在加工过程中不会被其他波段的光线损伤；步骤6、打开真空泵，将真空度降低至0.1KPa,并保持真空泵开启时间大于1min，从而尽可能地降低真空腔内的氧气含量，避免在加工过程中样品因受热而燃烧；步骤7、打开保护气开关，并通过调节保护气节流阀，使得通入保护气的流量保持在300mL/min，保持真空泵开启且持续大于3min；此时真空泵仍然保持开启，通入的氮气将真空腔内残留的氧气除去，防止加工过程中生成的游离碳、石墨烯被氧化，这个过程持续3min，从而通过保护气排出真空腔内残留的氧气，避免在加工过程中样品因受热而燃烧；步骤8、关闭真空泵，此时仍然保持通入保护气，直至真空度为100 KPa后关闭,使真空腔中充满氮气，进一步稀释真空腔中残余氮气,保护气开关，保证真空腔能形成一定压强的保护气氛围，防止后续外部空气突然涌入造成样品移动并损坏；步骤9、重复操作步骤吸气、放气过程三次，排除墙体内残留的气体，防止激光加工过程中，其他气体对加工的影响；步骤10、打开真空泵，打开保护气开关，并通过调节保护气节流阀，使得通入保护气的流量保持在300mL/min，此时真空泵和保护气同时保持开启,真空度维持在0.1KPa，保证真空腔内能够维持较为稳定的保护气氛围，直至加工结束；步骤11、绘制由线条阵列组成的加工图案，图案中线条间隔为0.03mm‑0.05mm；步骤12、调节激光发生器参数，将激光焦点调节到距离加工位置合适的位置，避免焦点过于接近样品从而导致能量太高而损坏样品，也避免过于远离样品从而导致能量过低而无法将聚苯乙烯小球表面转化为石墨烯，并按照预定设计的图案开始加工；步骤13、加工完成后，控制精三轴精密运动平台到下料点，打开真空腔，取出表面有石墨烯/聚苯乙烯微球复合材料微结构阵列的成品。