【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及納米光子學(xué)以及光化學(xué)沉積，尤其涉及一種激光收束掃描沉積金屬微圖案系統(tǒng)及其應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、在微電極加工設(shè)計(jì)、超表面加工以及光電池制造等應(yīng)用中，微納圖案結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。科研人員綜合表面等離子體效應(yīng)等發(fā)揮出圖案化納米結(jié)構(gòu)的諸多功能，具體用途包括超表面的探測(cè)增強(qiáng)、微電極的加工制造以及光電池設(shè)計(jì)等。特別是在光電池的制造中，科研人員通過引入等離子體納米結(jié)構(gòu)增強(qiáng)電池中吸收層對(duì)光的捕獲以及轉(zhuǎn)換。納米顆粒的結(jié)構(gòu)以及陣列會(huì)增加電池光吸收體中的光耦合以及光轉(zhuǎn)換，從而提高光的利用率。此外，薄吸收層還能有效降低制造成本。微納圖案對(duì)于電磁場具有特殊的調(diào)控能力，例如高吸收率和反射率、實(shí)現(xiàn)場增強(qiáng)等。而微結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的微電極也能夠有效實(shí)現(xiàn)高靈敏度的探測(cè)，成為探測(cè)儀中的常見結(jié)構(gòu)。基于納米顆粒顯現(xiàn)出的效用，對(duì)于納米顆粒圖案的設(shè)計(jì)制造有了更多的要求；納米顆粒圖案不僅需要大規(guī)模的，并且需要在各種柔性或剛性基底上低成本的制造。目前已有多種方法實(shí)現(xiàn)微納圖案結(jié)構(gòu)的制造。科研人員通過制備掩膜、電子束光刻等激光直寫技術(shù)實(shí)現(xiàn)微納圖案的制造；上述的這些方法通過利用特定的光刻膠進(jìn)行曝光和沖洗，實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)制造，或者通過這些方法設(shè)計(jì)模板，利用這些模板通過光沉積實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)制造。現(xiàn)有技術(shù)存在一定的局限性：(1)需要高能量激光器，一般激光誘導(dǎo)沉積金屬顆粒的方法，以高能量脈沖激光器轟擊金屬靶材或者生長溶液，對(duì)激光的脈寬有著嚴(yán)格的選擇。此外諸如納秒激光器、飛秒激光器等光源設(shè)備價(jià)格昂貴，體積大且維護(hù)成本高。(2)沉積基底有限制，受限于傳統(tǒng)光化學(xué)反應(yīng)需要通過光激發(fā)電子空穴對(duì)促
2、在實(shí)際應(yīng)用方面，微納金屬電路在可穿戴設(shè)備上展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。柔性電子設(shè)備是一種將電子器件制造在柔性基底上的技術(shù)，近年來在科技領(lǐng)域中引起了廣泛關(guān)注。這種設(shè)備通過將傳統(tǒng)的硬質(zhì)硅基電子元件轉(zhuǎn)移到可彎曲、可拉伸的柔性材料上，使得電子設(shè)備能夠適應(yīng)各種復(fù)雜和不規(guī)則的表面，從而在可穿戴設(shè)備、柔性顯示器、電子皮膚、柔性傳感器等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。隨著材料科學(xué)、納米技術(shù)和微納制造技術(shù)的進(jìn)步，柔性電子設(shè)備不僅在性能上不斷提升，還在成本和制造工藝上逐步優(yōu)化，推動(dòng)了其在醫(yī)療健康、智能消費(fèi)電子、能源管理等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用和商業(yè)化進(jìn)程。特別是在可穿戴設(shè)備制造方面，微金屬電路可以制備到柔性基板上，形成導(dǎo)電線路和元件；基于金屬納米材料的高導(dǎo)電性和柔韌性，它們可以在保持高電導(dǎo)率的同時(shí)，適應(yīng)基板的彎曲和拉伸；除此之外，一些微金屬結(jié)構(gòu)組成的微金屬圖案能夠制作高密度低功耗的集成電路，用以提升元件的集成度。這些設(shè)備常規(guī)上都是通過電子束光刻技術(shù)以及納米壓印技術(shù)等完成的。目前的柔性電路加工方法中還存在一定的局限性：(1)制備基底有選擇性，一些方法需要高溫工藝則需要基底的熱穩(wěn)定性好，類似光刻則普遍使用半導(dǎo)體材料作為基底，柔性基底的利用較少。(2)圖案化產(chǎn)出效率低，只能進(jìn)行小范圍復(fù)雜圖案制作。大規(guī)模的圖案制難以保證圖案的精細(xì)度，如果要保證精度則需要耗費(fèi)更高的成本。(3)模具壽命短，通過掩膜可以實(shí)現(xiàn)大量的、重復(fù)性高的微圖案制備，但是掩膜的在使用時(shí)會(huì)造成磨損，其壽命以及圖案質(zhì)量會(huì)受到影響。(4)工藝復(fù)雜，現(xiàn)有的方法普遍擁有復(fù)雜的處理工藝，這也會(huì)導(dǎo)致圖案的可控性以及重復(fù)性較差。
3、基于金屬微圖案的構(gòu)造和其材料的獨(dú)特性質(zhì)，金屬微圖案能夠?qū)崿F(xiàn)很多特殊的物理效果。傳統(tǒng)透鏡由于物理厚度和材料限制，往往存在色差、像差，難以微距聚焦等問題，而基于人造亞波長單元結(jié)構(gòu)的超薄微透鏡，可以對(duì)光的振幅、相位、偏振等進(jìn)行靈活調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)超分辨顯微成像、全息光學(xué)、消色差透鏡等功能。基于小型化與便捷化的需求，這種超薄微透鏡逐漸受到重視。例如在醫(yī)療領(lǐng)域中微透鏡用于內(nèi)窺鏡中，可以應(yīng)用于微創(chuàng)手術(shù)和診斷。而在消費(fèi)電子產(chǎn)品中，超薄透鏡可以減少攝像頭模組的重量以及厚度，使設(shè)備更加輕薄。波帶片因干涉衍射機(jī)制，能夠作為超薄透鏡實(shí)現(xiàn)光束聚焦。由于原理不同，波帶片厚度小使用輕便；且通過設(shè)計(jì)能夠設(shè)計(jì)為多焦點(diǎn)透鏡。目前主要的超薄微透鏡制備方法有電子束光刻、紫外光光刻技術(shù)、聚焦離子束加工、納米壓印光刻以及超材料與超表面設(shè)計(jì)等。這些方法主要使用的以下方式：使用電子束或短波長光束在感光材料上直接書寫；通過聚焦的離子束直接在材料表面進(jìn)行雕刻；利用模具壓印到可行材料上直接成型；設(shè)計(jì)具有特殊電磁特性的人工結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光學(xué)控制。現(xiàn)有技術(shù)存在一定局限性：(1)設(shè)備復(fù)雜：光刻技術(shù)設(shè)備復(fù)雜，并且需要高精度的光學(xué)設(shè)備，并且運(yùn)行和維護(hù)成本高。模板的制備以及設(shè)計(jì)的超表面的制造復(fù)雜。(2)材料限制：大部分制造方案都需要特定材質(zhì)，例如紫外光刻需要專用光刻膠和耐紫外光材料；聚焦離子束則需要材料對(duì)離子束的反應(yīng)更佳；納米壓印技術(shù)則需要特定可壓印材料；而超表面所使用的超材料種類有限，適用范圍和材料選擇有限。(3)制備速度慢：例如電子束光刻與聚焦離子束等方式加工速度慢，在生產(chǎn)時(shí)效率不高。(4)生產(chǎn)成本高：光刻技術(shù)等需要昂貴的設(shè)備，并且光刻膠與復(fù)雜模板的制造成本也相對(duì)較高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決上述問題，本專利技術(shù)提供了一種激光收束掃描沉積金屬微圖案系統(tǒng)及其應(yīng)用。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下：
3、一種金屬微圖案快速沉積裝置，包括激光收束掃描沉積金屬微圖案系統(tǒng)和沉積基底，所述激光收束掃描沉積金屬微圖案系統(tǒng)包括激光收束掃描單元和金屬沉積溶液，所述激光收束掃描單元能夠產(chǎn)生激光并聚焦于所述金屬沉積溶液從而生成金屬微圖案并沉積于所述沉積基底。
4、進(jìn)一步地，所述激光收束掃描單元包括依次設(shè)置的激光光源、x軸掃描反射鏡、y軸掃描反射鏡、激光收束裝置，所述激光收束裝置包括依次設(shè)置的聚焦透鏡、擴(kuò)束透鏡和聚焦物鏡，所述金屬沉積溶液形成液態(tài)透鏡，所述金屬沉積溶液為含haucl4的水溶液或者含agno3和檸檬酸的混合水溶液；
5、當(dāng)激光從激光光源中出射，能夠依次被x軸掃描反射鏡和y軸掃描反射鏡反射，經(jīng)過激光收束裝置準(zhǔn)直聚焦后，再經(jīng)過液態(tài)透鏡二次聚焦于沉積基底。
6、根據(jù)上述的金屬微圖案快速沉積裝置的金屬微圖案快速沉積方法，包括以下步驟：
7、步驟一：將待沉積的金屬微圖案的圖片導(dǎo)入計(jì)算機(jī)；
8、步驟二：計(jì)算機(jī)讀取待沉積的金屬微圖案的圖片，將其轉(zhuǎn)化為灰度圖像，并控制x軸掃描反射鏡和y軸掃描反射鏡旋轉(zhuǎn)，x軸掃描反射鏡通過轉(zhuǎn)動(dòng)的方式控制激光以第一功率沿x軸方向掃描，y軸掃描反射鏡通過轉(zhuǎn)動(dòng)的方式控制激光沿y軸方向掃描，x軸掃描反射鏡和y軸掃描反射鏡根據(jù)灰度圖像最小外接矩形進(jìn)行掃描：本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種金屬微圖案快速沉積裝置，其特征在于，包括激光收束掃描沉積金屬微圖案系統(tǒng)和沉積基底(6)，所述激光收束掃描沉積金屬微圖案系統(tǒng)包括激光收束掃描單元和金屬沉積溶液，所述激光收束掃描單元能夠產(chǎn)生激光并聚焦于所述金屬沉積溶液從而生成金屬微圖案并沉積于所述沉積基底(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬微圖案快速沉積裝置，其特征在于，所述激光收束掃描單元包括依次設(shè)置的激光光源(1)、X軸掃描反射鏡(2)、Y軸掃描反射鏡(3)、激光收束裝置(4)，所述激光收束裝置(4)包括依次設(shè)置的聚焦透鏡(4.1)、擴(kuò)束透鏡(4.2)和聚焦物鏡(4.3)，所述金屬沉積溶液形成液態(tài)透鏡(5)，所述金屬沉積溶液為含HAuCl4的水溶液或者含AgNO3和檸檬酸的混合水溶液；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬微圖案快速沉積裝置的金屬微圖案快速沉積方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.一種可轉(zhuǎn)印的柔性電路加工裝置，其特征在于，包括激光收束掃描沉積金屬微圖案系統(tǒng)和轉(zhuǎn)印系統(tǒng)，所述激光收束掃描沉積金屬微圖案系統(tǒng)包括激光收束掃描單元和轉(zhuǎn)印液，所述轉(zhuǎn)印系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)印單元和轉(zhuǎn)印槽，所述轉(zhuǎn)印液位
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可轉(zhuǎn)印的柔性電路加工裝置，其特征在于，所述激光收束掃描單元包括依次設(shè)置的激光光源(1)、X軸掃描反射鏡(2)、Y軸掃描反射鏡(3)、激光收束裝置(4)，所述激光收束裝置(4)包括依次設(shè)置的第一凸透鏡(4.4)、聚焦物鏡(4.3)，所述轉(zhuǎn)印單元包括加工平臺(tái)(14)、超聲清洗槽(7)、提拉旋轉(zhuǎn)柄(10)、轉(zhuǎn)輪控制器(11)、伸縮拉桿(12)、轉(zhuǎn)印輪(13)，所述轉(zhuǎn)印槽包括前向加工轉(zhuǎn)印槽(8)、后向加工轉(zhuǎn)印槽(9)，所述前向加工轉(zhuǎn)印槽(8)、后向加工轉(zhuǎn)印槽(9)分別位于所述加工平臺(tái)(14)的上下表面，轉(zhuǎn)印輪(13)的表面設(shè)置有轉(zhuǎn)印基底，轉(zhuǎn)輪控制器(11)能夠通過伸縮拉桿(12)控制轉(zhuǎn)印輪(13)移動(dòng)至轉(zhuǎn)印槽底部轉(zhuǎn)印走電路圖案，所述提拉旋轉(zhuǎn)柄(10)能夠?qū)⒓庸て脚_(tái)(14)上下翻轉(zhuǎn)180°，所述超聲清洗槽(7)用于清洗轉(zhuǎn)印槽中的轉(zhuǎn)印液并排空轉(zhuǎn)印液中的空氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可轉(zhuǎn)印的柔性電路加工裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)印液為含HAuCl4的水溶液或者含AgNO3和檸檬酸的混合水溶液，轉(zhuǎn)印輪(13)的橫截面為優(yōu)弧和優(yōu)弧對(duì)應(yīng)的弦組成圖形，優(yōu)弧所在的面為弧面，弦所在的面為平面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可轉(zhuǎn)印的柔性電路加工裝置的柔性電路轉(zhuǎn)印方法，其特征在于，包括以下步驟：
8.一種超薄微透鏡光束動(dòng)態(tài)聚焦裝置，其特征在于，包括激光收束掃描沉積金屬微圖案系統(tǒng)、透鏡基底和聚焦系統(tǒng)，所述激光收束掃描沉積金屬微圖案系統(tǒng)包括激光收束掃描單元和金屬沉積溶液，所述激光收束掃描單元能夠產(chǎn)生激光并聚焦于所述金屬沉積溶液從而生成微透鏡圖案并沉積于所述透鏡基底形成超薄微透鏡(23)，所述聚焦系統(tǒng)能夠產(chǎn)生激光并通過所述超薄微透鏡(23)實(shí)現(xiàn)光束聚焦。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超薄微透鏡光束動(dòng)態(tài)聚焦裝置，其特征在于，所述激光收束掃描單元包括依次設(shè)置的激光光源(1)、反射鏡(15)、X軸掃描反射鏡(2)、Y軸掃描反射鏡(3)、半透半反鏡(16)、聚焦物鏡(4.3)、蓄液槽(18)，所述蓄液槽(18)位于透鏡基底上，所述蓄液槽(18)用于容納金屬沉積溶液，金屬沉積溶液為含HAuCl4的水溶液或者含AgNO3和檸檬酸的混合水溶液，所述激光收束掃描單元還包括沉積液儲(chǔ)存槽(19)、清洗液存儲(chǔ)槽(20)、復(fù)用進(jìn)液管(21)、排水槽(22)，沉積液儲(chǔ)存槽(19)和清洗液存儲(chǔ)槽(20)通過復(fù)用進(jìn)液管(21)與蓄液槽(18)入口連通，蓄液槽(18)的出口與排水槽(22)連通，所述聚焦系統(tǒng)包括依次設(shè)置的低功率激光器(24)、第二凸透鏡(25)、成像屏(26)，所述半透半反鏡(16)位于第二凸透鏡(25)與聚焦物鏡(4.3)之間，所述成像屏(26)位于透鏡基底下方，所述低功率激光器(24)產(chǎn)生的激光通過第二凸透鏡(25)聚焦然后被半透半反鏡(16)反射經(jīng)過聚焦物鏡(4.3)變?yōu)槠叫泄饨?jīng)過超薄微透鏡(23)聚焦于成像屏(26)上。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求9所述的超薄微透鏡光束動(dòng)態(tài)聚焦裝置的光束動(dòng)態(tài)聚焦方法，其特征在于，包括以下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種金屬微圖案快速沉積裝置，其特征在于，包括激光收束掃描沉積金屬微圖案系統(tǒng)和沉積基底(6)，所述激光收束掃描沉積金屬微圖案系統(tǒng)包括激光收束掃描單元和金屬沉積溶液，所述激光收束掃描單元能夠產(chǎn)生激光并聚焦于所述金屬沉積溶液從而生成金屬微圖案并沉積于所述沉積基底(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬微圖案快速沉積裝置，其特征在于，所述激光收束掃描單元包括依次設(shè)置的激光光源(1)、x軸掃描反射鏡(2)、y軸掃描反射鏡(3)、激光收束裝置(4)，所述激光收束裝置(4)包括依次設(shè)置的聚焦透鏡(4.1)、擴(kuò)束透鏡(4.2)和聚焦物鏡(4.3)，所述金屬沉積溶液形成液態(tài)透鏡(5)，所述金屬沉積溶液為含haucl4的水溶液或者含agno3和檸檬酸的混合水溶液；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬微圖案快速沉積裝置的金屬微圖案快速沉積方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.一種可轉(zhuǎn)印的柔性電路加工裝置，其特征在于，包括激光收束掃描沉積金屬微圖案系統(tǒng)和轉(zhuǎn)印系統(tǒng)，所述激光收束掃描沉積金屬微圖案系統(tǒng)包括激光收束掃描單元和轉(zhuǎn)印液，所述轉(zhuǎn)印系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)印單元和轉(zhuǎn)印槽，所述轉(zhuǎn)印液位于所述轉(zhuǎn)印槽內(nèi)，所述激光收束掃描單元能夠產(chǎn)生激光并聚焦于所述轉(zhuǎn)印液從而生成柔性電路圖案并沉積于所述轉(zhuǎn)印槽底部，所述轉(zhuǎn)印單元能夠?qū)崿F(xiàn)所述柔性電路圖案的轉(zhuǎn)印。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可轉(zhuǎn)印的柔性電路加工裝置，其特征在于，所述激光收束掃描單元包括依次設(shè)置的激光光源(1)、x軸掃描反射鏡(2)、y軸掃描反射鏡(3)、激光收束裝置(4)，所述激光收束裝置(4)包括依次設(shè)置的第一凸透鏡(4.4)、聚焦物鏡(4.3)，所述轉(zhuǎn)印單元包括加工平臺(tái)(14)、超聲清洗槽(7)、提拉旋轉(zhuǎn)柄(10)、轉(zhuǎn)輪控制器(11)、伸縮拉桿(12)、轉(zhuǎn)印輪(13)，所述轉(zhuǎn)印槽包括前向加工轉(zhuǎn)印槽(8)、后向加工轉(zhuǎn)印槽(9)，所述前向加工轉(zhuǎn)印槽(8)、后向加工轉(zhuǎn)印槽(9)分別位于所述加工平臺(tái)(14)的上下表面，轉(zhuǎn)印輪(13)的表面設(shè)置有轉(zhuǎn)印基底，轉(zhuǎn)輪控制器(11)能夠通過伸縮拉桿(12)控制轉(zhuǎn)印輪(13)移動(dòng)至轉(zhuǎn)印槽底部轉(zhuǎn)印走電路圖案，所述提拉旋轉(zhuǎn)柄(10)能夠?qū)⒓庸て脚_(tái)(14)上下翻轉(zhuǎn)180°，所述超...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳漪愷，劉喜龍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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