微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法技术

本发明专利技术公开了一种微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法，包括如下步骤：用去离子水、无水乙醇和异丙醇对微纳光栅进行超声清洗，氮气吹干将三甲基氯硅烷滴到表面皿中，与微纳光栅一同置于真空干燥环境下，使三甲基氯硅烷充分钝化微纳光栅的表面；将固化剂加入聚二甲基硅氧烷中，混合均匀，消泡，得到PDMS混合物；将PDMS混合物倒在表面皿中，再将微纳光栅置于PDMS混合物表面，将附着PDMS混合物的微纳光栅置于真空干燥环境中脱气、固化，得到凝固仍带有微纳光栅的硅胶膜；将该硅胶膜与微纳光栅进行脱模，用硅胶模进行粗糙度测试。本发明专利技术可实现对微纳光栅表面难以测量的侧壁、槽底、深孔等复杂结构进行采集和复制，为复杂的微纳结构表面粗糙度测试提供了新思路。粗糙度测试提供了新思路。粗糙度测试提供了新思路。

【技术实现步骤摘要】
微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法


[0001]本专利技术涉及微纳结构检测领域，尤其涉及一种微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法。

技术介绍

[0002]微纳光栅是一种周期性微纳结构，光栅的周期和结构会对入射光进行衍射从而形成相应的光谱，广泛应用于航空航天、军事、医疗、智能电子产品，增强现实技术等多个领域。微纳光栅侧壁的粗糙度决定了其对光线的衍射及传播效率，例如光栅侧壁粗糙度大将在光的传播过程中产生漫反射，不仅降低光的利用效率，而且会产生杂散光对光学器件的性能造成影响。因为，需要对微纳光栅表面结构各个部分的粗糙度进行检测。
[0003]目前无论是工业中和科研中对粗糙度的测量大致分为非接触测量和接触式测量，对于纳米级结构的侧壁粗糙度测量，在通过非接触测量方法进行测试时都需要对样品进行破坏，无法实现无损检测。接触式测量方法有比较法、触针法和印模法，其中比较法和触针法也需要对待测微纳光栅进行破坏，无法实现无损检测。印模法是一种低成本的无损检测方法，该技术是利用熔融态的印模材料倾倒在待测样品上，待冷却固化后脱模对待测样品的粗糙度进行测试，间接的来表征样品的粗糙度。
[0004]传统的印模材料通常采用石蜡、树脂、聚苯乙烯、马来树胶等，原理是通过塑性压印或者熔融浇覆形成结构复制，取得印模。但由于印模材料表面张力，难以对高深宽比的微纳光栅进行彻底的浸润，凝固时易产生收缩，且剥离时容易发生粘连无法脱模，因此会导致印模失真，无法对微纳光栅表面各个部分的粗糙度进行精确测量。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法，所要解决的技术问题是采用聚二甲基硅氧烷作为印模材料实现对微纳光栅表面形貌高精度的复制。
[0006]本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法，包括如下步骤：
[0007]步骤一：对待测的微纳光栅进行表面清洁：使用去离子水、无水乙醇和异丙醇对微纳光栅进行超声清洗，氮气吹干；
[0008]步骤二：对待测的微纳光栅进行表面处理：将三甲基氯硅烷滴到表面皿中，与微纳光栅一同置于真空干燥环境下30
‑
50分钟，使三甲基氯硅烷充分钝化微纳光栅的表面；
[0009]步骤三：将固化剂加入聚二甲基硅氧烷中，混合均匀，消泡，得到PDMS混合物；
[0010]步骤四：将步骤三得到的PDMS混合物倒在表面皿中，使其厚度为0.5
‑
1厘米，再将步骤二得到的微纳光栅放置于PDMS混合物的表面，然后将附着PDMS混合物的微纳光栅置于真空干燥环境中脱气、固化，得到已凝固仍带有微纳光栅的硅胶膜；
[0011]步骤五：将步骤四得到的硅胶膜与微纳光栅进行脱模，之后使用硅胶模进行粗糙
度测试。
[0012]优选地，前述的微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法，其中步骤一中，所述超声清洗的频率为40kHz，时间为10
‑
20分钟，目的是去除微纳光栅表面的无机及有机杂质。
[0013]优选地，前述的微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法，其中步骤二中，所述三甲基氯硅的用量与待测微纳光栅的面积满足如下关系：其中y为三甲基氯硅的用量(ml)；x为待测微纳光栅的面积(cm2)。
[0014]优选地，前述的微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法，其中步骤二中，所述真空环境的参数如下：真空度为80
‑
130Pa。
[0015]优选地，前述的微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法，其中步骤三中，所述聚二甲基硅氧烷和固化剂的体积比为(8
‑
10):1。
[0016]优选地，前述的微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法，其中步骤三中，所述混合时间为1
‑
1.5分钟，转速为2000
‑
2500rpm；消泡时间为3
‑
5分钟，转速为2500
‑
2800rpm。
[0017]优选地，前述的微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法，其中步骤四中，所述脱气过程中保持真空度为100Pa以下，脱气时间为3
‑
5min，同时该过程对微纳光栅给予0.5
‑
1Pa的压强。
[0018]优选地，前述的微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法，其中步骤四中，所述固化包括：将该真空干燥环境温度升高至60
‑
90℃，保持真空度在100Pa以下，同时该过程对微纳光栅给予0.8
‑
1Pa的压强，保温1
‑
3小时后取出。
[0019]优选地，前述的微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法，其中步骤五中，将步骤四得到的硅胶膜从表面皿中取出，将带有微纳光栅的一面的硅胶膜朝下，通过真空吸附吸住微纳光栅的底部，然后将硅胶膜向上进行提拉，使其与微纳光栅进行脱模，之后使用硅胶模进行粗糙度测试。
[0020]优选地，前述的微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法，其中步骤五中，所述真空吸附的参数为：吸力大于等于100Pa；所述提拉的速度为1
‑
2厘米/分钟。
[0021]借由上述技术方案，本专利技术所述的微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法至少具有下列优点：
[0022]本专利技术所述的微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法，其采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为印模材料来无损检测微纳光栅表面的粗糙度，在加热状态下，PDMS变硬成为弹性硅胶，易于脱模，对微纳结构的保形性好，且不产生残留。且PDMS在微纳光栅表面粗糙度测试时充当印模，起到采集微纳光栅表面形貌的作用。
[0023]本专利技术所述的微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法，其采用聚二甲基硅氧烷作为印模材料可实现对微纳光栅表面难以测量的侧壁、槽底、深孔等复杂结构进行采集和复制，为复杂的微纳结构表面粗糙度测试提供了新思路。
[0024]本专利技术所述的微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法，其采用聚二甲基硅氧烷作为印模材料对微纳光栅表面复杂结构进行测试时对微纳光栅表面不会造成破坏，减少了精密微纳材料在测试环节的损失。因此，本专利技术的微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法对于提高光学及半导体的微纳结构无损检测技术具有重要意义，在粗糙度检测领域具有重要的市场前景。
[0025]本专利技术所述的微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法，通过PDMS印模对微纳光栅表面粗糙度进行测试，PDMS印模对结构采集的精确度高，能够实现一比一的复制，所测试的微纳光栅的表面粗糙度可达到3.5纳米以下，甚至2纳米以下。
[0026]本专利技术所述的微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法，操作工艺简单、可能、成本较低、易于批量测试，可广泛应用于光学、半导体及微纳材料制备领域，具有广阔的市场前景和经济价值。
[0027]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例详细说明如后。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：对待测的微纳光栅进行表面清洁：使用去离子水、无水乙醇和异丙醇对微纳光栅进行超声清洗，氮气吹干；步骤二：对待测的微纳光栅进行表面处理：将三甲基氯硅烷滴到表面皿中，与微纳光栅一同置于真空干燥环境下30
‑
50分钟，使三甲基氯硅烷充分钝化微纳光栅的表面；步骤三：将固化剂加入聚二甲基硅氧烷中，混合均匀，消泡，得到PDMS混合物；步骤四：将步骤三得到的PDMS混合物倒在表面皿中，使其厚度为0.5
‑
1厘米，再将步骤二得到的微纳光栅放置于PDMS混合物的表面，然后将附着PDMS混合物的微纳光栅置于真空干燥环境中脱气、固化，得到已凝固仍带有微纳光栅的硅胶膜；步骤五：将步骤四得到的硅胶膜与微纳光栅进行脱模，之后使用硅胶模进行粗糙度测试。2.如权利要求1所述的微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法，其特征在于，步骤一中，所述超声清洗的频率为40kHz，时间为10
‑
20分钟。3.如权利要求1所述的微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法，其特征在于，步骤二中，所述三甲基氯硅的用量与待测微纳光栅的面积满足如下关系：其中y为三甲基氯硅的用量(ml)；x为待测微纳光栅的面积(cm2)。4.如权利要求1所述的微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法，其特征在于，步骤二中，所述真空干燥环境的参数如下：真空度为80
‑
130Pa。5.如权利要求1所述的微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法，其特征在于，步骤三中，所述聚二甲基硅氧烷和固化剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨金慧，吕学良，张洋，周游，李开宇，李自金，李庆，周东站，王乔，郑京明，褚淼，刘蕊，魏东萌，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：