本發(fā)明涉及表面微細(xì)結(jié)構(gòu)加工、微納米技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于激光誘導(dǎo)空化的各向異性材料植入方法及裝置。

背景技術(shù)：

表面功能化技術(shù)長久以來一直是科學(xué)研究的重要方向，在工程領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用越來越普遍。近年來微納米技術(shù)的發(fā)展，為表面功能化研究注入了新的活力，并隨之展現(xiàn)出更為廣闊的應(yīng)用前景。通過改變物體表面的微觀物理化學(xué)構(gòu)成，或者在表面加工出一定的微細(xì)結(jié)構(gòu)，可以改善工作面的機(jī)械、腐蝕、光電子、摩擦磨損以及流體力學(xué)等特性，從而提高器件的工作性能和效率。

傳統(tǒng)的激光沉積技術(shù)是將高功率脈沖激光束聚焦于靶體材料表面,使材料熔蝕產(chǎn)生高溫高壓等離子體，定向膨脹發(fā)射在襯底上進(jìn)行沉積。脈沖激光沉積一般用來制備微納米薄膜，也有學(xué)者采用這種技術(shù)制造具有一定微觀結(jié)構(gòu)的涂層，用以提升表面的潤滑性能。

激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移，也叫激光直寫的制造技術(shù)，如圖1所示，激光聚焦于靶材(或犧牲層)表面，當(dāng)激光脈沖能量超過一定閾值，聚焦區(qū)域內(nèi)的一小塊材料被拋離靶材，射向基片并沉積于其上。激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移無需制作掩膜，加工周期短，工藝柔性好；沉積精度高，可以達(dá)到微米級(jí)別，比電鑄的精度高一個(gè)量級(jí)；而且適用的材料更廣泛，從金屬、半導(dǎo)體、到陶瓷、高分子及至生物材料等都能這種方法進(jìn)行沉積。

然而傳統(tǒng)的激光沉積技術(shù)、激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移的缺點(diǎn)是：將靶材熔融甚至汽化，不能將各向異性材料顆粒以設(shè)計(jì)的角度植入基材。這是因?yàn)檫@兩種技術(shù)將高功率脈沖激光束直接聚焦于靶體材料表面,使材料熔蝕產(chǎn)生高溫高壓等離子體，這樣首先就會(huì)將各向異性材料破壞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于激光誘導(dǎo)空化的各向異性材料植入方法及裝置，用于解決傳統(tǒng)的激光沉積技術(shù)、激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移技術(shù)會(huì)將各向異性材料破壞且不能將各向異性材料顆粒以設(shè)計(jì)的角度植入基材的技術(shù)問題。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于激光誘導(dǎo)空化的各向異性材料植入方法，包括：

s1：將基材設(shè)置于含有各向異性材料顆粒的懸濁液中，其中各向異性材料顆粒以設(shè)定的角度懸浮；

s2：通過激光誘導(dǎo)在懸濁液中產(chǎn)生沖擊波以及高速微射流，將懸濁液內(nèi)的各向異性材料顆粒以設(shè)定的角度沖擊植入基材。

優(yōu)選地，步驟s1之前還包括：

s0：通過表面修飾化學(xué)方法對(duì)基材表面進(jìn)行處理，使得基材表面帶有電或基團(tuán)。

優(yōu)選地，所述各向異性材料顆粒具體為碳納米管。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于激光誘導(dǎo)空化的各向異性材料植入裝置，包括：

初始化模塊，用于根據(jù)初始化指令將基材設(shè)置于含有各向異性材料顆粒的懸濁液中，其中各向異性材料顆粒以設(shè)定的角度懸??；

激光誘導(dǎo)模塊，用于通過激光誘導(dǎo)在懸濁液中產(chǎn)生沖擊波以及高速微射流，將懸濁液內(nèi)的各向異性材料顆粒以設(shè)定的角度沖擊植入基材。

優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例還包括：

表面修飾模塊，用于通過表面修飾化學(xué)方法對(duì)基材表面進(jìn)行處理，使得基材表面帶有電或基團(tuán)。

優(yōu)選地，所述各向異性材料顆粒具體為碳納米管。

從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于激光誘導(dǎo)空化的各向異性材料植入方法及裝置，包括：將基材設(shè)置于含有各向異性材料顆粒的懸濁液中，其中各向異性材料顆粒以設(shè)定的角度懸浮；通過激光誘導(dǎo)在懸濁液中產(chǎn)生沖擊波以及高速微射流，將懸濁液內(nèi)的各向異性材料顆粒以設(shè)定的角度沖擊植入基材，解決了傳統(tǒng)的激光沉積技術(shù)、激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移技術(shù)會(huì)將各向異性材料破壞且不能將各向異性材料顆粒以設(shè)計(jì)的角度植入基材的技術(shù)問題。此外，本發(fā)明實(shí)施例還結(jié)合使用基材表面修飾的化學(xué)方法，使基材表面帶有電或基團(tuán),使異性材料更容易有角度的結(jié)合形成即定的表面微細(xì)結(jié)構(gòu)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中用于說明現(xiàn)有的激光誘導(dǎo)技術(shù)的原理圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于激光誘導(dǎo)空化的各向異性材料植入方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于激光誘導(dǎo)空化的各向異性材料植入方法的一個(gè)實(shí)施例中的原理圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于激光誘導(dǎo)空化的各向異性材料植入方法的另一個(gè)實(shí)施例的流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于激光誘導(dǎo)空化的各向異性材料植入方法及裝置，用于解決傳統(tǒng)的激光沉積技術(shù)、激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移技術(shù)會(huì)將各向異性材料破壞且不能將各向異性材料顆粒以設(shè)計(jì)的角度植入基材的技術(shù)問題。

為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點(diǎn)能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而非全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于激光誘導(dǎo)空化的各向異性材料植入方法的一個(gè)實(shí)施例，包括：

101：將基材設(shè)置于含有各向異性材料顆粒的懸濁液中，其中各向異性材料顆粒以設(shè)定的角度懸浮；

102：通過激光誘導(dǎo)在懸濁液中產(chǎn)生沖擊波以及高速微射流，將懸濁液內(nèi)的各向異性材料顆粒以設(shè)定的角度沖擊植入基材。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于激光誘導(dǎo)空化的各向異性材料植入方法，包括：將基材設(shè)置于含有各向異性材料顆粒的懸濁液中，其中各向異性材料顆粒以設(shè)定的角度懸?。煌ㄟ^激光誘導(dǎo)在懸濁液中產(chǎn)生沖擊波以及高速微射流，將懸濁液內(nèi)的各向異性材料顆粒以設(shè)定的角度沖擊植入基材，解決了傳統(tǒng)的激光沉積技術(shù)、激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移技術(shù)會(huì)將各向異性材料破壞且不能將各向異性材料顆粒以設(shè)計(jì)的角度植入基材的技術(shù)問題。

為將各向異性材料顆粒以設(shè)計(jì)的角度植入基材，改進(jìn)的方法：如圖3所示，調(diào)配的各向異性材料顆粒(比如碳納米管)懸濁液，顆粒本身都是以設(shè)定的不同的角度懸浮。此時(shí)，聚焦激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的空泡出現(xiàn)在各向異性材料顆粒(比如碳納米管)附近，并不影響各向異性材料顆粒(比如碳納米管)在懸濁液的中的懸浮傾斜角度，然后空泡在與各向異性材料顆粒相互作用時(shí)，產(chǎn)生沖擊波以及高速微射流，繼而將各向異性材料顆粒以設(shè)計(jì)的角度植入基材。

可以根據(jù)實(shí)際需要選擇各向異性材料顆粒(比如碳納米管)，調(diào)配之后形成的懸濁液，各向異性材料顆粒均會(huì)以設(shè)計(jì)角度懸浮。

以下將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于激光誘導(dǎo)空化的各向異性材料植入方法的另一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說明。

請(qǐng)參閱圖4，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于激光誘導(dǎo)空化的各向異性材料植入方法的一個(gè)實(shí)施例，包括：

201：通過表面修飾化學(xué)方法對(duì)基材表面進(jìn)行處理，使得基材表面帶有電或基團(tuán)。

202：將基材設(shè)置于含有各向異性材料顆粒的懸濁液中，其中各向異性材料顆粒以設(shè)定的角度懸?。?/p>

203：通過激光誘導(dǎo)在懸濁液中產(chǎn)生沖擊波以及高速微射流，將懸濁液內(nèi)的各向異性材料顆粒以設(shè)定的角度沖擊植入基材。

各向異性材料顆粒具體為碳納米管。

已經(jīng)存在各種各樣的基材表面修飾的化學(xué)方法，只要使得基材表面帶有電或基團(tuán)，便會(huì)使得各向異性材料有角度地與基材相結(jié)合形成即定的表面微細(xì)結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于激光誘導(dǎo)空化的各向異性材料植入方法及裝置，包括：將基材設(shè)置于含有各向異性材料顆粒的懸濁液中，其中各向異性材料顆粒以設(shè)定的角度懸浮；通過激光誘導(dǎo)在懸濁液中產(chǎn)生沖擊波以及高速微射流，將懸濁液內(nèi)的各向異性材料顆粒以設(shè)定的角度沖擊植入基材，解決了傳統(tǒng)的激光沉積技術(shù)、激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移技術(shù)會(huì)將各向異性材料破壞且不能將各向異性材料顆粒以設(shè)計(jì)的角度植入基材的技術(shù)問題。此外，本發(fā)明實(shí)施例還結(jié)合使用基材表面修飾的化學(xué)方法，使基材表面帶有電或基團(tuán),使異性材料更容易有角度的結(jié)合形成即定的表面微細(xì)結(jié)構(gòu)。

請(qǐng)參閱圖3，通過調(diào)配各向異性材料顆粒(比如碳納米管)懸濁液,得到所需要的懸濁液；利用激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的沖擊波以及高速微射流，將懸濁液內(nèi)的各向異性材料顆粒以設(shè)計(jì)的角度沖擊植入基材；結(jié)合使用基材表面修飾方法，形成即定的表面微細(xì)結(jié)構(gòu)。

激光1經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)由凸透鏡聚焦于含有各向異性材料顆粒4的懸濁液中，焦點(diǎn)位于基材5上方，激光能量超過懸濁液的擊穿閾值產(chǎn)生空化泡2，激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的沖擊3以及空化泡潰滅產(chǎn)生的高速微射流，將懸濁液內(nèi)的各向異性材料顆粒4以設(shè)計(jì)的角度沖擊植入基材5，結(jié)合使用基材表面修飾的化學(xué)方法，使基材表面帶有電或基團(tuán),使異性材料更容易有角度的結(jié)合形成即定的表面微細(xì)結(jié)構(gòu)。

1、調(diào)配含有各向異性材料顆粒(比如碳納米管)的懸濁液，提供工藝所需要的各向異性材料植入靶材；2、利用激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的沖擊波以及高速微射流，將懸濁液內(nèi)的各向異性材料顆粒以設(shè)計(jì)的角度沖擊植入基材；3、結(jié)合使用基材表面修飾的化學(xué)方法，使基材表面帶有電或基團(tuán),使異性材料更容易有角度的結(jié)合形成即定的表面微細(xì)結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)有技術(shù)“自動(dòng)靶材補(bǔ)給技術(shù)”，熔融并拋出靶材微團(tuán)的同時(shí)，不斷移動(dòng)靶材，使后續(xù)激光脈沖輻照于新的靶材區(qū)域上，并使后續(xù)拋出的微團(tuán)不斷堆疊沉積，形成連續(xù)微線?！白詣?dòng)靶材補(bǔ)給技術(shù)”將植入的靶材熔融，不能將各向異性的靶材(比如碳納米管)以所需要的角度，植入所需要的基材。

現(xiàn)有技術(shù)“液態(tài)靶材向前轉(zhuǎn)移技術(shù)”，在透明約束層上涂覆數(shù)十微米的液態(tài)靶材層，液態(tài)靶材之上制備吸收層(犧牲層)以提供拋出靶材所需的推動(dòng)力。也不能將各向異性的靶材(比如碳納米管)以所需要的角度，植入所需要的基材。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：1、能夠?qū)⒏飨虍愋圆牧项w粒(比如碳納米管)以設(shè)計(jì)的角度植入基材；2、異性材料更容易有角度的結(jié)合形成即定的表面微細(xì)結(jié)構(gòu)。

這是因?yàn)楸景l(fā)明：1、通過調(diào)配各向異性材料顆粒(比如碳納米管)懸濁液,得到所需要的懸濁液；利用激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的沖擊波以及高速微射流，將懸濁液內(nèi)的各向異性材料顆粒以設(shè)計(jì)的角度沖擊植入基材；2、使用基材表面修飾的化學(xué)方法，使基材表面帶有電或基團(tuán),使異性材料更容易有角度的結(jié)合形成即定的表面微細(xì)結(jié)構(gòu)。

以下將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于激光誘導(dǎo)空化的各向異性材料植入裝置的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于激光誘導(dǎo)空化的各向異性材料植入裝置的一個(gè)實(shí)施例，包括：

初始化模塊，用于根據(jù)初始化指令將基材設(shè)置于含有各向異性材料顆粒的懸濁液中，其中各向異性材料顆粒以設(shè)定的角度懸?。?/p>

激光誘導(dǎo)模塊，用于通過激光誘導(dǎo)在懸濁液中產(chǎn)生沖擊波以及高速微射流，將懸濁液內(nèi)的各向異性材料顆粒以設(shè)定的角度沖擊植入基材。

進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例還包括：

表面修飾模塊，用于通過表面修飾化學(xué)方法對(duì)基材表面進(jìn)行處理，使得基材表面帶有電或基團(tuán)。

進(jìn)一步地，各向異性材料顆粒具體為碳納米管。

以上所述，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。