一种激光透射多孔阳极氧化铝制备纳米结构的装置的制作方法

本实用新型属于激光刻蚀领域，涉及纳米结构的加工技术，尤其是一种激光透射多孔阳极氧化铝制备纳米结构的装置。

背景技术：

现今的工业生产和科研工作对仪器设备的精密度要求越来越高，微型结构的制作更加受到人们的重视。纳米物质，是尺寸介于分子和微米尺度间的物质，由一维、二维、三维的尺寸在1-100nm范围内的物质组成的结构称为纳米结构。由于近年来人们对于纳米结构的加工方法逐渐多样化和成熟化，纳米结构在电子领域、光学领域、磁学领域和医学领域得到了大量的应用。目前纳米结构的加工方式分为人工构筑法、分子自组装方法和模板法。

一、人工构筑法分为光刻技术、束流刻蚀法、stm/afm加工法、纳米压印技术。

1、光刻技术：是利用光学-化学反应原理使用光致抗蚀剂配合光掩模板在待加工表面“复印”光掩模板上的图形图案。

2、束流刻蚀法：加工原理与光刻技术类似使用了离子束和电子束取代光源。

3、stm/afm加工法：使用原子力显微镜与不同类型探针想配合对加工表面进行物理和化学上的修饰。

4、纳米压印技术：将具有纳米级图案的样本利用机械力按压在涂有高分子材料的硅板上进行图案的复制。

二、分子自组装方法分为lb膜技术、硫醇自组装和胶体自组装。

1、lb膜技术：基本原理是将带有亲水头基和疏水长链的两亲分子在亚相表面铺展形成单分子膜(l膜)，然后将这种气液界面上的单分子膜在恒定的压力下转移到基片上，形成lb膜。

2、硫醇自组装：膜硫醇自组装膜主要包括三部分：分子头基，烷基链和取代端基。

3、胶体自组装：胶体具有自组装的特性，而纳米粒子团簇又很容易在溶剂中分散形成胶体溶液，因此，只要具备合适的条件就可以将纳米团簇组装起来形成有规则的排布。

三、模板法，是利用已生成的纳米级图案作为模板，利用化学沉积或者物理沉积的方法将微小颗粒嵌于模板之中，最后溶解模板，得到纳米纤维、纳米棒或这纳米颗粒。

上述多种制作纳米结构的方法，例如stm/afm加工法、lb膜技术、硫醇自组装和胶体自组装都需要昂贵的成本，例如光刻技术、束流刻蚀法和模板法步骤都相对繁琐不易大量制备纳米结构。纳米压印技术由于使用纯机械力加工，压印后纳米结构的成型度会相对良莠不齐。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种激光透射多孔阳极氧化铝制备纳米结构的装置，可以对很多种金属以及非金属表面进行纳米结构制备。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：

一种激光透射多孔阳极氧化铝制备纳米结构的装置，包括激光发生装置、多孔阳极氧化铝模板，平台及控制器，在平台上安装待加工金属板，在待加工金属板的上方间隔一定距离安装多孔阳极氧化铝模板，在多孔阳极氧化铝模板的上方间隔一定距离安装激光发生装置。

而且，所述的激光发生装置包括激光发射器、反射镜、扫描振镜系统，扫描振镜系统安装在多孔阳极氧化铝模板的上方，扫描振镜系统通过45°反射镜改变光路与激光发射器相连，激光发射器与控制器相连。

而且，所述的平台为三维移动平台，三维移动平台与控制器连接。

而且，所述的多孔阳极氧化铝模板与待加工金属板安装在一密封箱体内，密封箱体的顶面嵌装一透镜。

而且，在密封箱体内底部通过定位板固定待加工金属板，在密封箱体的中部竖向制有多排定位槽，在定位槽内通过夹紧板固定多孔阳极氧化铝模板。

而且，在密封箱体上制有进气口和排气口，进气口连接氧气或氮气或氩气气源，排气口连接真空泵。

而且，多孔阳极氧化铝模板与待加工金属板的间距为0.5～5mm。

而且，多孔阳极氧化铝模板与激光扫描振镜系统的间距为215-220mm。

而且，激光波长小于多孔阳极氧化铝模板的孔径。

而且，在多孔阳极氧化铝模板上激光光斑为0.05-0.08mm。

本实用新型的优点和积极效果是：

1、本实用新型多孔阳极氧化铝模板其表面结构成规整的六边形密排结构，所以以其作为模板加工出纳米结构也拥有比较高的规整度。

2、本实用新型通过对激光参数和扫描速度的控制可以对很多种金属以及非金属表面进行纳米结构制备。

3、本实用新型采用多孔阳极氧化铝模板和激光组合的系统作为整体对材料进行物理加工，所以其步骤更为简单、可重复性高。

4、本实用新型多孔阳极氧化铝模板可以多次使用，不同于传统模板法制备一批溶解一批，所以该装置成本较为低廉。

附图说明

图1为本实用新型装置结构示意图；

图2为密封箱体内结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

一种激光透射多孔阳极氧化铝制备纳米结构的装置，包括激光发生装置、多孔阳极氧化铝模板3，平台1及控制器8，在平台上安装待加工金属板2，在待加工金属板的上方间隔一定距离安装多孔阳极氧化铝模板，在多孔阳极氧化铝模板的上方间隔一定距离安装激光发生装置，激光束竖直打到多孔阳极氧化铝模板上。所述的激光发生装置包括激光发射器7、反射镜6、扫描振镜系统5，扫描振镜系统安装在多孔阳极氧化铝模板的上方。扫描振镜系统通过两个45°反射镜改变光路与激光发射器相连，激光发射器与控制器相连。

所述的平台为三维移动平台，三维移动平台与控制器连接。

所述的多孔阳极氧化铝模板与待加工金属板安装在一密封箱体10内，在密封箱体内底部通过定位板12固定待加工金属板，在密封箱体的中部竖向制有多排定位槽14，在定位槽内通过夹紧板11固定多孔阳极氧化铝模板，多孔阳极氧化铝模板与待加工金属板平行设置，多孔阳极氧化铝模板与待加工金属板之间的距离通过移动多孔阳极氧化铝模板调节。在多孔阳极氧化铝模板的上方、密封箱体的顶面嵌装一透镜4，从扫描振镜系统发出的激光穿过透镜发射到多孔阳极氧化铝模板上。

在密封箱体上制有进气口9和排气口13，该密封箱体可以与抽真空设备连接，提供真空激光加工氛围。或与充气设备连接，提供如惰性气体加工或氧气/氮气等氧化或氮化加工氛围。

控制器控制激光发射器输出激光，激光经45°反射镜进入扫描振镜系统，扫描振镜系统控制激光在平台的x、y方向上的移动，并将光束聚集一点(特点在于不管光束如何移动，聚焦点位置始终保持在待加工材料表面，保证在工作区域内光斑的大小与能量密度一致)。光斑落在多孔阳极氧化铝模板，通过移动三维移动平台调节多孔阳极氧化铝模板与扫描振镜系统间距h，控制光斑在多孔阳极氧化铝模板上大小(主要防止光斑能量过大击穿多孔阳极氧化铝模板)；部分光束透过多孔阳极氧化铝模板上的纳米微孔照射到样品表面，由支撑块调节样品与多孔阳极氧化铝模板之间的距离，样品表面进行刻蚀形成与多孔阳极氧化铝模板上纳米微孔大小结构。

所述激光器型号：dracotmserieslaser，波长：355nm。

本装置的操作方法为：

1、将铝箔依次放人丙酮、无水乙醇中超声波清洗10min，减少污染物对激光光束吸收的影响；

2、将清洗好的铝箔放置在密封箱中，并用定位板进行定位及固定；

3、将多孔阳极氧化铝模板用夹紧板进行固定，放置在密封箱中，并通过定位槽调节多孔阳极氧化铝模板与透镜之间的距离h；

4、将整个密封箱放置在三维移动平台上，调节三维移动平台，使激光光源通过密封箱上透镜，照射到多孔阳极氧化铝模板上；

5、调节多孔阳极氧化铝模板与激光透镜之间的距离h215-220mm(主要是调节激光的离焦量)，控制光斑在多孔阳极氧化铝模板上大小0.05-0.08mm(主要防止光斑能量过大击穿多孔阳极氧化铝模板)；

6、用激光通过多孔阳极氧化铝模板对样品表面进行刻蚀处理。激光器的输出波长为355nm，重复频率为20khz,聚焦光斑直径为20μm。使用激光在铝板上采用单次扫描，扫描间隔0.005mm，扫描速度1300mm/s，扫描次数3次。(采用单次扫描可以有效的节约扫描时间，提高加工效率，减小热影响区。)

表1激光paa法制备金属表面纳米多孔结构

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。