一种透明硬脆材料表面疏水结构的加工方法

本发明涉及激光微加工，具体而言，涉及一种透明硬脆材料表面疏水结构的加工方法。

背景技术：

1、疏水结构可以防止表面受到污染或液体侵蚀，因此在一些应用中，如表面涂层、生物传感器等领域。透明硬脆材料具有耐磨性好，强度高，透光性好等特点，但受到液体污染时极易受到腐蚀并影响光学性质，因此，在透明硬脆材料表面制作疏水结构来改善表面性能和延长材料寿命是非常有价值的。

2、目前疏水表面的制备方法包括多种物理方法和化学方法，例如溶胶-凝胶法、刻蚀法、气相沉积法、电化学沉积法等。但这些方法大多具有自身的限制，如涉及化学污染，制作工艺复杂，加工效率不高等。

3、有鉴于此，申请人在研究了现有的技术后特提出本申请。

技术实现思路

1、本发明提供了一种透明硬脆材料表面疏水结构的加工方法，旨在改善上述技术问题中的至少一个。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种透明硬脆材料表面疏水结构的加工方法，包括靶材、透明硬脆材料、工作台和激光器，所述激光器设置在所述工作台上方，还包括以下步骤：步骤s1：将所述靶材置于所述工作台上，并将所述透明硬脆材料通过夹具安装设置在所述靶材上方，所述透明硬脆材料与所述靶材表面呈平行设置；步骤s2：在所述透明硬脆材料与所述靶材之间施加横向磁场；步骤s3：开启所述激光器预设数值并输出激光，让所述激光穿过所述透明硬脆材料聚焦于所述靶材上表面，诱导出高温高压的等离子体，通过所述等离子体对所述透明硬脆材料的下表面进行微结构的刻蚀加工，并利用计算机控制所述工作台使所述透明硬脆材料和所述靶材同时以相同的方式移动，从而在透明硬脆材料的下表面制备出大面积周期性微结构；步骤s4：将完成所述刻蚀加工后的所述透明硬脆材料进行清洗和干燥后，对所述透明硬脆材料表面进行接触角测量。

3、作为进一步优化,所述靶材包括铜、铁、钴、镍、铬、铝、硅和石墨。

4、作为进一步优化,在所述步骤s3中，所述激光器输出的激光为脉冲激光。

5、作为进一步优化,所述激光器所使用的所述脉冲激光包括毫秒激光、微秒激光、纳秒激光、皮秒激光和飞秒激光。

6、作为进一步优化,在步骤s3中，所述微结构的图案包括凹槽阵列结构、方形网格阵列、圆形阵列、菱形阵列、同心圆结构和六边形阵列结构。

7、作为进一步优化,在步骤s3中，所述激光器预设的数值为激光脉冲能量和重复频率，所述工作台预设的数值为移动速度、移动路径和重复运动次数。

8、作为进一步优化,所述磁场的方向平行于所述靶材和所述透明硬脆材料。

9、作为进一步优化,所述激光对所述透明硬脆材料的入射方向垂直于所述磁场方向。

10、作为进一步优化,在步骤s4中，所述清洗方式为超声波清洗。

11、作为进一步优化,所述磁场由电磁铁产生。

12、通过采用上述技术方案，本发明可以取得以下技术效果：

13、本申请提供的一种透明硬脆材料表面疏水结构的加工方法通过激光光斑聚焦在透明硬脆材料下方的靶材表面，激光烧蚀靶材过程中产生高温高压的等离子体，当等离子体被置于横向磁场中时，它会优先沿着磁力线膨胀，并在磁力线的法线方向被压缩，使得等离子体的发散角变小，等离子体羽流变得更细，且等离子体密度显著增加。横向磁场除了会改变等离子体的形状外，还会通过将带电粒子限制在较小的体积内来提高它们的振荡频率从而提高等离子体的温度。因此施加横向磁场后，刻蚀区域周围溅射物的分布范围变小了，刻蚀宽度变窄了，刻蚀深度变深了。通过本方法对透明硬脆材料加工出的周期性微结构表面干净整齐，深宽比高，微结构内部能够存留足够的空气，从而增大了材料的接触角，形成了疏水表面。该方法具有经济效益好，加工效率高、加工质量好、工艺简单、环境友好等优势。

技术特征：

1.一种透明硬脆材料表面疏水结构的加工方法，其特征在于，包括靶材、透明硬脆材料、工作台和激光器，所述激光器设置在所述工作台上方，还包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种透明硬脆材料表面疏水结构的加工方法,其特征在于,所述靶材包括铜、铁、钴、镍、铬、铝、硅和石墨。

3.根据权利要求1所述的一种透明硬脆材料表面疏水结构的加工方法,其特征在于,在所述步骤s3中，所述激光器输出的激光为脉冲激光。

4.根据权利要求3所述的一种透明硬脆材料表面疏水结构的加工方法,其特征在于,所述激光器所使用的所述脉冲激光包括毫秒激光、微秒激光、纳秒激光、皮秒激光和飞秒激光。

5.根据权利要求1所述的一种透明硬脆材料表面疏水结构的加工方法,其特征在于,在步骤s3中，所述微结构的图案包括凹槽阵列结构、方形网格阵列、圆形阵列、菱形阵列、同心圆结构和六边形阵列结构。

6.根据权利要求1所述的一种透明硬脆材料表面疏水结构的加工方法,其特征在于,在步骤s3中，所述激光器预设的数值为激光脉冲能量和重复频率，所述工作台预设的数值为移动速度、移动路径和重复运动次数。

7.根据权利要求1所述的一种透明硬脆材料表面疏水结构的加工方法,其特征在于,所述磁场的方向平行于所述靶材和所述透明硬脆材料。

8.根据权利要求7所述的一种透明硬脆材料表面疏水结构的加工方法,其特征在于,所述激光对所述透明硬脆材料的入射方向垂直于所述磁场方向。

9.根据权利要求1所述的一种透明硬脆材料表面疏水结构的加工方法,其特征在于,在步骤s4中，所述清洗方式为超声波清洗。

10.根据权利要求1所述的一种透明硬脆材料表面疏水结构的加工方法,其特征在于,所述磁场由电磁铁产生。

技术总结
本发明提供了一种透明硬脆材料表面疏水结构的加工方法通过激光光斑聚焦在透明硬脆材料下方的靶材表面，激光烧蚀靶材过程中产生高温高压的等离子体，在横向磁场约束下，等离子体向中心偏转，使得等离子体的体积变小，等离子体的密度和温度增加，因此施加横向磁场后，刻蚀区域周围溅射物的分布范围变小了，刻蚀宽度变窄了，刻蚀深度变深了；通过横向磁场辅助激光诱导等离子体在透明硬脆材料样品表面制作大面积周期性微结构。通过本方法在透明硬脆材料上加工出的微结构表面干净整齐，深宽比高，微结构内部能够存留足够的空气，从而增大了材料的接触角，形成了疏水表面。该方法具有经济效益好，加工效率高、加工质量好、工艺简单、环境友好等优势。

技术研发人员：温秋玲,王晓光,陈金鸿,姜峰
受保护的技术使用者：华侨大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17