一種錐形微孔陣列及其制備方法
【專利摘要】本發明公開一種錐形微孔陣列的制備方法，包括以下步驟：制作錐形微孔陣列圖形文件，設計微孔入口圖形孔徑為20?50μm，使脈沖激光焦點落于非金屬薄膜的表面，然后根據錐形微孔陣列圖形文件沿著圓周方向掃描打孔，即在非金屬薄膜上制備得到錐形微孔陣列，經激光加工后入口孔徑50?100μm，孔深為0.1?0.5mm，出口孔徑為1?10μm。本發明用脈沖激光在非金屬薄膜上進行加工得到錐形微孔陣列，該方法的加工精度高、微孔尺寸可控，具有很好的應用前景。
【專利說明】
一種錐形微孔陣列及其制備方法
技術領域
[0001]本發明屬于材料加工技術領域，涉及一種錐形微孔陣列及其制備方法。
技術背景
[0002]隨著非金屬薄膜制備方法的不斷進步和完善，薄膜質量的不斷提高，為非金屬薄膜的廣泛應用創造了條件，而在不同領域對非金屬薄膜應用的不同要求也在促進薄膜制備技術的不斷發展和成熟。非金屬薄膜的優點包括很高的硬度，具有非常好的物理、化學性質，如低摩擦系數和高熱傳導率。根據這個特性，一些高硬度薄膜材料被廣泛應用。
[0003]另一方面，非金屬薄膜還具有非常好的生物相容性。例如一些非金屬膜可以做葡萄糖傳感器、心臟導管消融、視網膜微芯片封裝的材料，特別是生物學調查或者生物傳感器應用的固定化生物分子模版材料。利用這些特性將一些非金屬薄膜材料用脈沖激光器打出錐形陣列微孔，應用于生物芯片，其最小口徑達到了 l-ΙΟμπι可控范圍，可以作為過濾、微噴嘴、生物芯片、導熱散熱器件等領域，但目前在非金屬薄膜上加工得到錐形微孔陣列的方式尚未見報道。

【發明內容】

[0004]針對上述現有技術的不足，本發明提供一種錐形微孔陣列及其制備方法，該方法是用脈沖激光在非金屬薄膜上進行加工得到錐形微孔陣列，該方法的加工精度高、微孔尺寸可控，具有很好的應用前景。
[0005]本發明的目的通過以下技術方案實現:
[0006]—種錐形微孔陣列的制備方法，所述錐形微孔陣列是在非金屬薄膜上打孔得到的，包括以下步驟:
[0007]制作錐形微孔陣列圖形文件，設計微孔入口圖形孔徑為20_50μπι，使脈沖激光焦點落于非金屬薄膜的表面，然后根據錐形微孔陣列圖形文件沿著圓周方向掃描打孔，即在非金屬薄膜上制備得到錐形微孔陣列；
[0008]所述脈沖激光波長為980-1064nm，功率為20-100?，激光頻率為20-50ΚΗΖ，脈寬為20-200ns，掃描次數為500-1000次。
[0009]優選的，所述錐形微孔陣列圖形文件中設置微孔中心線間距為100-500μπι。
[0010]優選的，所述非金屬薄膜的厚度為0.1-0.5mm，表面粗糙度在0.1-1μηι。可以通過對非金屬薄膜的上下表面進行研磨拋光處理，調節薄膜的表面粗糙度。
[0011]所述非金屬薄膜的材質沒有特殊限制，優選的，所述非金屬薄膜為金剛石薄膜或娃片。
[0012]優選的，對所述非金屬薄膜進行清洗后再使用，具體是將非金屬薄膜用酒精浸泡超聲清洗10_20min，去除附著的雜質和油污，干燥即得。
[0013]所述脈沖激光為光纖脈沖激光器產生的光纖脈沖激光。優選的，所述脈沖激光的激光單脈沖能量在200-40(^1，掃描速度在300-500臟/8。脈沖能量過低或過高對錐形微孔的形成影響較大。
[0014]本發明的制備方法中，根據錐形微孔上寬下窄的特點，脈沖激光打孔采用畫圓掃描打孔的方式，激光焦點沿著圓周方向掃描，逐漸將中心區域材料去除，而非停在圓孔區域沖擊打孔，利于控制孔型。
[0015]優選的，對具有錐形微孔陣列的非金屬薄膜進行后處理，具體是浸于乙醇中進行超聲清洗10_20min，去除附著的雜質和油污，干燥即可。
[0016]—種錐形微孔陣列，由以上所述方法制備得到，所述錐形微孔陣列中錐形微孔的入口孔徑為50-100μπι，孔深為0.l-0.5mm，出口孔徑為1-10μπι。
[0017]優選的，所述錐形微孔陣列中錐形微孔的頂部錐角在50°-60°，底部錐角在0°-
10。。
[0018]所述錐形微孔陣列的應用，是用作藥物載體或用于制備人體芯片。
[0019]本發明的技術方案具有以下有益效果:
[0020]本發明的制備方法中采用的脈沖激光屬于超短脈沖激光，激光冷加工對微孔表面周圍的碳化區域極小，對高硬度薄膜損傷很小，因此具有錐形微孔陣列的非金屬薄膜與未打孔的非金屬薄膜比較，薄膜的硬度和生物相容性不受到影響，對薄膜整體性能影響不大。
[0021]通過SEM觀查錐形微孔陣列的孔截面，可以看出錐形是類似喇叭口形狀，由上到下按一定弧度收縮，接近底部時收縮到ΙΟμπι以內的小口徑，在底部區域收縮量不大，在沿入口直徑截面狀態看，頂部錐角在50°-60°，底部錐角在0°-10°。
【附圖說明】
[0022]圖1是錐形微孔陣列立體圖，其中I是薄膜，2是錐形微孔；
[0023]圖2是在非金屬薄膜上制備錐形微孔陣列后的正視圖，其中3是微孔入口，4是微孔出口；
[0024]圖3是在非金屬薄膜上制備錐形微孔陣列后的后視圖；
[0025]圖4是錐形微孔陣列截面示意圖；D是微孔入口孔徑，L是相鄰微孔中心線間距；
[0026]圖5是單個錐形微孔截面示意圖，其中5是微孔入口，6是微孔出口，7是錐形微孔頂部錐角；
[0027]圖6是實施例中制備的錐形微孔陣列的截面圖。
【具體實施方式】
[0028]本發明可通過如下的實施例進一步的說明，但實施例不是對本發明保護范圍的限制。有必要在此指出的是本實例所使用的圖形設計尺寸及激光參數只用于對本發明進行進一步詳細說明，不能理解為對本發明保護范圍的限制。
[0029]實施例
[0030]選取金剛石薄膜為非金屬薄膜，尺寸為5x5mm，厚度為0.2mm;非金屬薄膜加工前對膜上下表面進行研磨拋光處理，使表面粗糙度在0.1-1μπι，然后用酒精浸泡超聲清洗20min去除附著的雜質和油污，然后干燥，得到非金屬薄膜，待用；
[0031]制作微孔陣列圖形文件，利用圖形設計軟件設計微孔入口圖形孔徑為20μπι，微孔中心線間距為ΙΟΟμπι，開啟光纖脈沖激光器(漢通HT-20F型號激光設備)，將非金屬薄膜置于工作臺上，對激光器進行調焦，使激光焦點落于薄膜表面，導入圖形文件，設置光纖脈沖激光器波長為1064nm，功率20w，設置激光參數:激光頻率為20KHz，脈沖寬度為10ns，激光單脈沖能量為400yJ，加工速度為500mm/s，加工次數為500次，脈沖激光器即根據型文件采用圓弧掃描加工的方式，進行圓周掃描打孔，激光焦點沿圓周方向掃描，逐漸將中心區域材料去除，即在非金屬薄膜上制得錐形微孔陣列，將打孔后的非金屬薄膜浸于乙醇中進行超聲波清洗20min，干燥即可。
[0032]通過SEM(HITACHI S_3400N(II))觀測薄膜表面的錐形微孔結構以及斷面微孔形貌，見圖6，可見本發明制備的微孔具有顯著的錐形特征，入口孔徑為50-55μπι，孔深為
0.2111111，出口孔徑為1-1(^111，頂部錐度為55°，底部錐度為3°。
[0033]最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對本發明保護范圍的限制。本領域的技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行若干推演或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的實質和范圍。
【主權項】
1.一種錐形微孔陣列的制備方法，所述錐形微孔陣列是在非金屬薄膜上打孔得到的，包括以下步驟: 制作錐形微孔陣列圖形文件，設計微孔入口圖形孔徑為20-50μπι;使脈沖激光焦點落于非金屬薄膜的表面，然后根據錐形微孔陣列圖形文件沿著圓周方向掃描打孔，即在非金屬薄膜上制備得到錐形微孔陣列； 所述脈沖激光波長為980-1064nm，功率為20-100W，激光頻率為20-50ΚΗΖ，脈寬為20-200ns，掃描次數為500-1000次。2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述錐形微孔陣列圖形文件中設置微孔中心線間距為100-500μπι。3.如權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述非金屬薄膜的厚度為0.Ι-Ο.5mm， 表面粗糙度在 0.1-Ιμπι。4.如權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述非金屬薄膜為金剛石薄膜或硅片。5.如權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述脈沖激光的激光單脈沖能量在200-400yJ，掃描速度在 300-500mm/s。6.如權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，對具有錐形微孔陣列的非金屬薄膜進行后處理，具體是浸于乙醇中進行超聲清洗10-20min，干燥即可。7.—種錐形微孔陣列，由如權利要求1所述方法制備得到，所述錐形微孔陣列中錐形微孔的入口孔徑為50-100μπι，孔深為0.l-0.5mm，出口孔徑為1-10μπι。8.如權利要求7所述的錐形微孔陣列，其特征在于，所述錐形微孔陣列中錐形微孔的頂部錐角在50°-60°，底部錐角在0°-10°。9.如權利要求7所述錐形微孔陣列的應用，是用作藥物載體或用于制備人體芯片。
【文檔編號】B81B7/04GK106006545SQ201610370690
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月27日
【發明人】張鳳林, 王鵬, 劉文廣, 王超超, 謝小柱
【申請人】廣東工業大學