一种锥形微孔阵列及其制备方法
【专利摘要】本发明公开一种锥形微孔阵列的制备方法，包括以下步骤：制作锥形微孔阵列图形文件，设计微孔入口图形孔径为20?50μm，使脉冲激光焦点落于非金属薄膜的表面，然后根据锥形微孔阵列图形文件沿着圆周方向扫描打孔，即在非金属薄膜上制备得到锥形微孔阵列，经激光加工后入口孔径50?100μm，孔深为0.1?0.5mm，出口孔径为1?10μm。本发明用脉冲激光在非金属薄膜上进行加工得到锥形微孔阵列，该方法的加工精度高、微孔尺寸可控，具有很好的应用前景。
【专利说明】
一种锥形微孔阵列及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于材料加工技术领域，涉及一种锥形微孔阵列及其制备方法。
技术背景
[0002]随着非金属薄膜制备方法的不断进步和完善，薄膜质量的不断提高，为非金属薄膜的广泛应用创造了条件，而在不同领域对非金属薄膜应用的不同要求也在促进薄膜制备技术的不断发展和成熟。非金属薄膜的优点包括很高的硬度，具有非常好的物理、化学性质，如低摩擦系数和高热传导率。根据这个特性，一些高硬度薄膜材料被广泛应用。
[0003]另一方面，非金属薄膜还具有非常好的生物相容性。例如一些非金属膜可以做葡萄糖传感器、心脏导管消融、视网膜微芯片封装的材料，特别是生物学调查或者生物传感器应用的固定化生物分子模版材料。利用这些特性将一些非金属薄膜材料用脉冲激光器打出锥形阵列微孔，应用于生物芯片，其最小口径达到了 l-ΙΟμπι可控范围，可以作为过滤、微喷嘴、生物芯片、导热散热器件等领域，但目前在非金属薄膜上加工得到锥形微孔阵列的方式尚未见报道。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术的不足，本发明提供一种锥形微孔阵列及其制备方法，该方法是用脉冲激光在非金属薄膜上进行加工得到锥形微孔阵列，该方法的加工精度高、微孔尺寸可控，具有很好的应用前景。
[0005]本发明的目的通过以下技术方案实现:
[0006]—种锥形微孔阵列的制备方法，所述锥形微孔阵列是在非金属薄膜上打孔得到的，包括以下步骤:
[0007]制作锥形微孔阵列图形文件，设计微孔入口图形孔径为20_50μπι，使脉冲激光焦点落于非金属薄膜的表面，然后根据锥形微孔阵列图形文件沿着圆周方向扫描打孔，即在非金属薄膜上制备得到锥形微孔阵列；
[0008]所述脉冲激光波长为980-1064nm，功率为20-100?，激光频率为20-50ΚΗΖ，脉宽为20-200ns，扫描次数为500-1000次。
[0009]优选的，所述锥形微孔阵列图形文件中设置微孔中心线间距为100-500μπι。
[0010]优选的，所述非金属薄膜的厚度为0.1-0.5mm，表面粗糙度在0.1-1μηι。可以通过对非金属薄膜的上下表面进行研磨抛光处理，调节薄膜的表面粗糙度。
[0011]所述非金属薄膜的材质没有特殊限制，优选的，所述非金属薄膜为金刚石薄膜或娃片。
[0012]优选的，对所述非金属薄膜进行清洗后再使用，具体是将非金属薄膜用酒精浸泡超声清洗10_20min，去除附着的杂质和油污，干燥即得。
[0013]所述脉冲激光为光纤脉冲激光器产生的光纤脉冲激光。优选的，所述脉冲激光的激光单脉冲能量在200-40(^1，扫描速度在300-500臟/8。脉冲能量过低或过高对锥形微孔的形成影响较大。
[0014]本发明的制备方法中，根据锥形微孔上宽下窄的特点，脉冲激光打孔采用画圆扫描打孔的方式，激光焦点沿着圆周方向扫描，逐渐将中心区域材料去除，而非停在圆孔区域冲击打孔，利于控制孔型。
[0015]优选的，对具有锥形微孔阵列的非金属薄膜进行后处理，具体是浸于乙醇中进行超声清洗10_20min，去除附着的杂质和油污，干燥即可。
[0016]—种锥形微孔阵列，由以上所述方法制备得到，所述锥形微孔阵列中锥形微孔的入口孔径为50-100μπι，孔深为0.l-0.5mm，出口孔径为1-10μπι。
[0017]优选的，所述锥形微孔阵列中锥形微孔的顶部锥角在50°-60°，底部锥角在0°-
10。。
[0018]所述锥形微孔阵列的应用，是用作药物载体或用于制备人体芯片。
[0019]本发明的技术方案具有以下有益效果:
[0020]本发明的制备方法中采用的脉冲激光属于超短脉冲激光，激光冷加工对微孔表面周围的碳化区域极小，对高硬度薄膜损伤很小，因此具有锥形微孔阵列的非金属薄膜与未打孔的非金属薄膜比较，薄膜的硬度和生物相容性不受到影响，对薄膜整体性能影响不大。
[0021]通过SEM观查锥形微孔阵列的孔截面，可以看出锥形是类似喇叭口形状，由上到下按一定弧度收缩，接近底部时收缩到ΙΟμπι以内的小口径，在底部区域收缩量不大，在沿入口直径截面状态看，顶部锥角在50°-60°，底部锥角在0°-10°。
【附图说明】
[0022]图1是锥形微孔阵列立体图，其中I是薄膜，2是锥形微孔；
[0023]图2是在非金属薄膜上制备锥形微孔阵列后的正视图，其中3是微孔入口，4是微孔出口；
[0024]图3是在非金属薄膜上制备锥形微孔阵列后的后视图；
[0025]图4是锥形微孔阵列截面示意图；D是微孔入口孔径，L是相邻微孔中心线间距；
[0026]图5是单个锥形微孔截面示意图，其中5是微孔入口，6是微孔出口，7是锥形微孔顶部锥角；
[0027]图6是实施例中制备的锥形微孔阵列的截面图。
【具体实施方式】
[0028]本发明可通过如下的实施例进一步的说明，但实施例不是对本发明保护范围的限制。有必要在此指出的是本实例所使用的图形设计尺寸及激光参数只用于对本发明进行进一步详细说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0029]实施例
[0030]选取金刚石薄膜为非金属薄膜，尺寸为5x5mm，厚度为0.2mm;非金属薄膜加工前对膜上下表面进行研磨抛光处理，使表面粗糙度在0.1-1μπι，然后用酒精浸泡超声清洗20min去除附着的杂质和油污，然后干燥，得到非金属薄膜，待用；
[0031]制作微孔阵列图形文件，利用图形设计软件设计微孔入口图形孔径为20μπι，微孔中心线间距为ΙΟΟμπι，开启光纤脉冲激光器(汉通HT-20F型号激光设备)，将非金属薄膜置于工作台上，对激光器进行调焦，使激光焦点落于薄膜表面，导入图形文件，设置光纤脉冲激光器波长为1064nm，功率20w，设置激光参数:激光频率为20KHz，脉冲宽度为10ns，激光单脉冲能量为400yJ，加工速度为500mm/s，加工次数为500次，脉冲激光器即根据型文件采用圆弧扫描加工的方式，进行圆周扫描打孔，激光焦点沿圆周方向扫描，逐渐将中心区域材料去除，即在非金属薄膜上制得锥形微孔阵列，将打孔后的非金属薄膜浸于乙醇中进行超声波清洗20min，干燥即可。
[0032]通过SEM(HITACHI S_3400N(II))观测薄膜表面的锥形微孔结构以及断面微孔形貌，见图6，可见本发明制备的微孔具有显著的锥形特征，入口孔径为50-55μπι，孔深为
0.2111111，出口孔径为1-1(^111，顶部锥度为55°，底部锥度为3°。
[0033]最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制。本领域的技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行若干推演或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
【主权项】
1.一种锥形微孔阵列的制备方法，所述锥形微孔阵列是在非金属薄膜上打孔得到的，包括以下步骤: 制作锥形微孔阵列图形文件，设计微孔入口图形孔径为20-50μπι;使脉冲激光焦点落于非金属薄膜的表面，然后根据锥形微孔阵列图形文件沿着圆周方向扫描打孔，即在非金属薄膜上制备得到锥形微孔阵列； 所述脉冲激光波长为980-1064nm，功率为20-100W，激光频率为20-50ΚΗΖ，脉宽为20-200ns，扫描次数为500-1000次。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锥形微孔阵列图形文件中设置微孔中心线间距为100-500μπι。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述非金属薄膜的厚度为0.Ι-Ο.5mm， 表面粗糙度在 0.1-Ιμπι。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述非金属薄膜为金刚石薄膜或硅片。5.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述脉冲激光的激光单脉冲能量在200-400yJ，扫描速度在 300-500mm/s。6.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，对具有锥形微孔阵列的非金属薄膜进行后处理，具体是浸于乙醇中进行超声清洗10-20min，干燥即可。7.—种锥形微孔阵列，由如权利要求1所述方法制备得到，所述锥形微孔阵列中锥形微孔的入口孔径为50-100μπι，孔深为0.l-0.5mm，出口孔径为1-10μπι。8.如权利要求7所述的锥形微孔阵列，其特征在于，所述锥形微孔阵列中锥形微孔的顶部锥角在50°-60°，底部锥角在0°-10°。9.如权利要求7所述锥形微孔阵列的应用，是用作药物载体或用于制备人体芯片。
【文档编号】B81B7/04GK106006545SQ201610370690
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】张凤林, 王鹏, 刘文广, 王超超, 谢小柱
【申请人】广东工业大学