基于飞秒激光的图案化微柱阵列与微孔阵列加工与应用研究

摘要

作为一种新型的激光加工技术，飞秒激光微加工具有亚微米的加工分辨率、低热损伤等技术特点，随着科学技术的发展，飞秒激光微加工技术有着广泛的应用领域。本文主要基于飞秒激光的图案化微柱阵列与微孔阵列加工与应用研究。首先，介绍形成结晶的物理过程，与通过外界作用生成控制结晶生长的方法，同时介绍了结晶颗粒在生物材料和光学组件上的应用。其次，提出基于毛细力辅助飞秒激光加工微柱阵列，并通过微柱阵列来制备结晶颗粒，设计一系列的微柱阵列参数来探讨微柱结构对溶液形成结晶的影响。最后，利用飞秒激光基于水辅助的加工技术在铝箔上进行高质量的微孔阵列打印并进行粒子筛选的应用研究。
　　微粒的大小、形态和位置在微电子设备和微光学设备的组件中有着广泛的应用前景。在此，提供了一个简单的方法来控制毛细力辅助本地化的结晶，从而获得可控的晶体颗粒大小和位置，它利用封闭微柱围绕的环形阵列来指导溶液的蒸发过程。与传统的对结构表面进行亲疏水改性处理方法不同，封闭的微柱环阵列(CMR)可以指导三相接触线(TCL)的运动，可以实现溶液高度集中在CMR中，形成结晶颗粒（氯化钠或碳酸钙晶体颗粒）的过程中，没有任何进一步的对表面进行改性处理。通过改变微柱数组的参数（高度、微柱间隔和直径），晶体颗粒的大小处于可调节的范围(结晶颗粒的面积处于0μm2～100μm2)。这一灵巧和低成本控制生成结晶粒子的生成与CMR内控制溶液大小和位置结合的技术，可以在微电子和微光电设备提供潜在的应用。
　　同时，由于飞秒激光具有广泛的应用领域，在本课题的研究内容中，提出了基于水辅助的飞秒激光加工技术用于制造高质量均匀的微孔阵列，加工的过程是在超薄铝箔进行飞秒激光射孔。飞秒激光加工的过程可以通过程序来控制，我们可以通过改变激光脉冲能量和扫描速率来改变微孔直径。这样加工出的微孔阵列可以用来筛选不同直径的粒子。并进行对比实验，证实了高质量的微孔阵列具有显著提高粒子渗透的作用，并且筛选的比例相比在空气中进行加工的微孔隙增加了40％。高质量的微孔阵列可广泛应用在微流体，微分离设备等领域。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究意义

1．2 飞秒激光加工技术

1．2．1 飞秒激光的原理与特点

1．2．2 飞秒激光加工技术的应用

1．3 本文研究的内容

第二章 晶体颗粒的成核与生长

2．1 结晶的介绍

2．2 晶体的成核

2．3 外力作用形成结晶

2．3．1 无柱子模板

2．3．2 有柱子的模板

2．4 结晶颗粒的应用

2．4．1 生物材料和化学合成等

2．4．2 光学元件和电路设备等

2．5 本章小结

第三章 飞秒激光图案化功能性微柱阵列

3．1 功能性微柱阵列的加工

3．2 溶液在微柱阵列上的形态

3．3 功能性微柱阵列的功能测试

3．3．1 不同微柱高度

3．3．2 不同微柱间隔

3．3．3 不同微柱的直径

3．3．4 结晶溶液

3．4 本章小结

第四章 飞秒激光图案化高质量的微孔阵列

4．1 微孔阵列的加工

4．2 微孔阵列的表面性能测试

4．2．1 原子力显微镜形貌测试

4．2．2 接触角(CA)

4．3 微孔阵列的应用

4．3．1 筛选不同尺寸的粒子

4．3．2 微孔阵列筛选粒子的效率

4．4 本章小结

第五章 总结和展望

5．1 本文总结

5．2 文章的主要创新点

5．3 展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果