基于激光干涉场奥氏熟化的周期性微纳图案大面积制造

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激光干涉光刻(LIL)技术是激光干涉产生的周期性或准周期性光场分布,直接或间接作用在材料表面制造出可控的微纳图案。干涉图案可以利用激光器直接在样品表面烧蚀;也可以先记录在光刻胶上,再通过电镀、刻蚀等工艺转移到样品表面,产生微纳图案。激光直写技术是一种精密的激光写入技术,拥有无掩膜、精度高、制作效率高、成本低、加工灵活等优势。本文设计了无需光刻胶的直接激光干涉光刻系统,简化了光刻加工工艺,通过控制高斯干涉光刻光束脉冲能量、曝光时间、镀膜厚度等参数优化了银硅(Ag@Si)材料体系微纳结构减反射、结构色等表面特性,主要通过双光束单曝光、双光束双曝光激光干涉光刻技术,利用奥斯瓦尔德熟化作用带来的质量转移来控制热去湿过程中的瑞利不稳定性,以达到周期性渐变微纳图案可控制备的目的,旨在分析激光干涉直写过程中颗粒大小和分布的可控性。将波长为355 nm的法国纳秒脉冲大功率激光器与五轴位移平台相结合,实现了周期性微纳图案的大面积拼接,在多个镀层厚度下制备出颗粒尺寸在200 nm~600 nm、周期为2μm可控排布的大面积微纳点阵结构,颗粒尺寸与镀层厚度成正比。对制备出的周期性微纳结构进行表征,利用角分辨光谱显微镜(ARM)测量微纳结构的反射率,研究了微纳结构功能性表面对光学特性的影响。实验结果表明,与反射率不随观测角度变化的未处理样品相比,干涉光刻后的样品反射率会随观测角度的变化而发生显著变化,说明干涉光刻加工后的样品具有结构色的特征,且样品结构的颜色对比度与样品阵列结构的规整性呈正相关,而样品的平均反射率与微纳结构的颗粒尺寸呈负相关。大面积尺寸可控周期性微纳结构在太阳能电池、磁存储、光子晶体等领域都有广泛的应用,该项工作为大面积制备周期性微纳结构提供了一种新的方法,利用该技术有望实现低成本、高效率、大面积的周期性微纳图案制备。
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