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专利号: 2023112345505
申请人: 华侨大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种透明硬脆材料表面加工亲水结构的装置,其特征在于,包括磁场发生器、能够在激光束的辐照下产生等离子体的靶材和用于发出激光束的激光器组件,所述激光器组件的出射端和所述靶材沿激光束发射路径间隔设置在透明硬脆材料样品的两侧,所述出射端发出激光束的光斑穿过所述透明硬脆材料样品,并聚焦在所述靶材靠近所述透明硬脆材料样品的表面上,所述靶材和所述透明硬脆材料样品均位于所述磁场发生器产生的磁场中,所述磁场的磁感线垂直于所述靶材表面,并与所述激光束同向延伸;

激光束的光斑用于穿过透明硬脆材料样品,并聚焦在靶材靠近透明硬脆材料样品的表面上,以利用激光烧蚀靶材过程中,产生高温高压的等离子体,等离子体在纵向磁场的辅助下,撞击在透明硬脆材料样品背面,通过热能、机械能的协同作用实现材料的去除,致使透明硬脆材料背面生成了大量微纳米颗粒,这些微纳米颗粒的存在大大降低了透明硬脆材料的表面接触角,增大了透明硬脆材料的亲水性。

2.根据权利要求1所述的透明硬脆材料表面加工亲水结构的装置,其特征在于,所述磁场发生器为位于所述靶材远离所述透明硬脆材料样品一侧的磁铁,所述磁铁的N极朝向所述靶材设置。

3.根据权利要求2所述的透明硬脆材料表面加工亲水结构的装置,其特征在于,所述磁铁配套有工作台,所述工作台的顶端设有与水平面相平行的支撑平面,所述磁铁放置在所述支撑平面上,所述靶材放置在所述磁铁的顶部,所述透明硬脆材料样品及所述出射端由下至上依次间隔设置在所述靶材的上方。

4.根据权利要求2或3所述的透明硬脆材料表面加工亲水结构的装置,其特征在于,所述透明硬脆材料样品配套有样品夹具,所述样品夹具包括夹具基座及用于夹持所述透明硬脆材料样品的夹持部,所述夹持部沿平行于磁感线的方向可移动安装在所述夹具基座上。

5.根据权利要求4所述的透明硬脆材料表面加工亲水结构的装置,其特征在于,所述夹具基座上沿平行于磁感线的方向可移动设有支撑块,所述夹持部包括成对安装在所述支撑块上的夹臂,两所述夹臂夹持在所述透明硬脆材料样品的两侧,并均沿垂直于所述支撑块移动的方向可移动安装在所述支撑块上,且所述支撑块和所述夹臂均配套有分别将其定位在所述夹具基座和所述支撑块上的定位件。

6.根据权利要求5所述的透明硬脆材料表面加工亲水结构的装置,其特征在于,所述激光器组件包括沿激光束传输方向依次布置的激光器、扩束器和聚焦场镜,所述聚焦场镜位于所述透明硬脆材料样品远离所述靶材的一侧,并与所述透明硬脆材料样品间隔设置。

7.根据权利要求6所述的透明硬脆材料表面加工亲水结构的装置,其特征在于,所述扩束器和所述聚焦场镜之间设有扫描振镜,所述聚焦场镜安装在所述扫描振镜的出射端。

8.根据权利要求7所述的透明硬脆材料表面加工亲水结构的装置,其特征在于,所述扩束器和所述扫描振镜之间设有若干反射镜,各所述反射镜沿激光束传输方向依次布置。

9.根据权利要求8所述的透明硬脆材料表面加工亲水结构的装置,其特征在于,靶材采用非铁磁性材料制备而成。

10.一种应用如权利要求9所述的透明硬脆材料表面加工亲水结构的装置的加工方法,其特征在于,包括如下步骤:样品安装:将样品夹具安装在工作台上,将磁铁N极朝上放置在工作台的支撑平面上,将靶材放置在磁铁上,将透明硬脆材料样品水平夹持在样品夹具的两夹臂之间,并调节夹臂高度来控制透明硬脆材料样品与靶材之间的距离;

准备激光器组件:准备激光器组件,将激光器产生的激光束依次经过扩束器、各反射镜、扫描振镜和聚焦场镜,并透过透明硬脆材料样品聚焦辐照在靶材上;

刻蚀:控制扫描振镜,激光束在扫描振镜的控制下,在透明硬脆材料样品下表面进行微结构的刻蚀;

清洗和干燥:将加工后的透明硬脆材料样品放置在清洗溶液中进行超声清洗,并随后吹干完成对透明硬脆材料样品的加工。