【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米光子学以及光化学沉积，尤其涉及一种激光收束扫描沉积金属微图案系统及其应用。
技术介绍
1、在微电极加工设计、超表面加工以及光电池制造等应用中，微纳图案结构展现出广泛的应用前景。科研人员综合表面等离子体效应等发挥出图案化纳米结构的诸多功能，具体用途包括超表面的探测增强、微电极的加工制造以及光电池设计等。特别是在光电池的制造中，科研人员通过引入等离子体纳米结构增强电池中吸收层对光的捕获以及转换。纳米颗粒的结构以及阵列会增加电池光吸收体中的光耦合以及光转换，从而提高光的利用率。此外，薄吸收层还能有效降低制造成本。微纳图案对于电磁场具有特殊的调控能力，例如高吸收率和反射率、实现场增强等。而微结构所构成的微电极也能够有效实现高灵敏度的探测，成为探测仪中的常见结构。基于纳米颗粒显现出的效用，对于纳米颗粒图案的设计制造有了更多的要求；纳米颗粒图案不仅需要大规模的，并且需要在各种柔性或刚性基底上低成本的制造。目前已有多种方法实现微纳图案结构的制造。科研人员通过制备掩膜、电子束光刻等激光直写技术实现微纳图案的制造；上述的这些方法通过利用特定的光刻胶进行曝光和冲洗，实现微结构制造，或者通过这些方法设计模板，利用这些模板通过光沉积实现微结构制造。现有技术存在一定的局限性：(1)需要高能量激光器，一般激光诱导沉积金属颗粒的方法，以高能量脉冲激光器轰击金属靶材或者生长溶液，对激光的脉宽有着严格的选择。此外诸如纳秒激光器、飞秒激光器等光源设备价格昂贵，体积大且维护成本高。(2)沉积基底有限制，受限于传统光化学反应需要通过光激发电子空穴对促
2、在实际应用方面，微纳金属电路在可穿戴设备上展现出广泛的应用前景。柔性电子设备是一种将电子器件制造在柔性基底上的技术，近年来在科技领域中引起了广泛关注。这种设备通过将传统的硬质硅基电子元件转移到可弯曲、可拉伸的柔性材料上，使得电子设备能够适应各种复杂和不规则的表面，从而在可穿戴设备、柔性显示器、电子皮肤、柔性传感器等领域展现出巨大的应用潜力。随着材料科学、纳米技术和微纳制造技术的进步，柔性电子设备不仅在性能上不断提升，还在成本和制造工艺上逐步优化，推动了其在医疗健康、智能消费电子、能源管理等多个领域的应用和商业化进程。特别是在可穿戴设备制造方面，微金属电路可以制备到柔性基板上，形成导电线路和元件；基于金属纳米材料的高导电性和柔韧性，它们可以在保持高电导率的同时，适应基板的弯曲和拉伸；除此之外，一些微金属结构组成的微金属图案能够制作高密度低功耗的集成电路，用以提升元件的集成度。这些设备常规上都是通过电子束光刻技术以及纳米压印技术等完成的。目前的柔性电路加工方法中还存在一定的局限性：(1)制备基底有选择性，一些方法需要高温工艺则需要基底的热稳定性好，类似光刻则普遍使用半导体材料作为基底，柔性基底的利用较少。(2)图案化产出效率低，只能进行小范围复杂图案制作。大规模的图案制难以保证图案的精细度，如果要保证精度则需要耗费更高的成本。(3)模具寿命短，通过掩膜可以实现大量的、重复性高的微图案制备，但是掩膜的在使用时会造成磨损，其寿命以及图案质量会受到影响。(4)工艺复杂，现有的方法普遍拥有复杂的处理工艺，这也会导致图案的可控性以及重复性较差。
3、基于金属微图案的构造和其材料的独特性质，金属微图案能够实现很多特殊的物理效果。传统透镜由于物理厚度和材料限制，往往存在色差、像差，难以微距聚焦等问题，而基于人造亚波长单元结构的超薄微透镜，可以对光的振幅、相位、偏振等进行灵活调控，从而实现超分辨显微成像、全息光学、消色差透镜等功能。基于小型化与便捷化的需求，这种超薄微透镜逐渐受到重视。例如在医疗领域中微透镜用于内窥镜中，可以应用于微创手术和诊断。而在消费电子产品中，超薄透镜可以减少摄像头模组的重量以及厚度，使设备更加轻薄。波带片因干涉衍射机制，能够作为超薄透镜实现光束聚焦。由于原理不同，波带片厚度小使用轻便；且通过设计能够设计为多焦点透镜。目前主要的超薄微透镜制备方法有电子束光刻、紫外光光刻技术、聚焦离子束加工、纳米压印光刻以及超材料与超表面设计等。这些方法主要使用的以下方式：使用电子束或短波长光束在感光材料上直接书写；通过聚焦的离子束直接在材料表面进行雕刻；利用模具压印到可行材料上直接成型；设计具有特殊电磁特性的人工结构实现光学控制。现有技术存在一定局限性：(1)设备复杂：光刻技术设备复杂，并且需要高精度的光学设备，并且运行和维护成本高。模板的制备以及设计的超表面的制造复杂。(2)材料限制：大部分制造方案都需要特定材质，例如紫外光刻需要专用光刻胶和耐紫外光材料；聚焦离子束则需要材料对离子束的反应更佳；纳米压印技术则需要特定可压印材料；而超表面所使用的超材料种类有限，适用范围和材料选择有限。(3)制备速度慢：例如电子束光刻与聚焦离子束等方式加工速度慢，在生产时效率不高。(4)生产成本高：光刻技术等需要昂贵的设备，并且光刻胶与复杂模板的制造成本也相对较高。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提供了一种激光收束扫描沉积金属微图案系统及其应用。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种金属微图案快速沉积装置，包括激光收束扫描沉积金属微图案系统和沉积基底，所述激光收束扫描沉积金属微图案系统包括激光收束扫描单元和金属沉积溶液，所述激光收束扫描单元能够产生激光并聚焦于所述金属沉积溶液从而生成金属微图案并沉积于所述沉积基底。
4、进一步地，所述激光收束扫描单元包括依次设置的激光光源、x轴扫描反射镜、y轴扫描反射镜、激光收束装置，所述激光收束装置包括依次设置的聚焦透镜、扩束透镜和聚焦物镜，所述金属沉积溶液形成液态透镜，所述金属沉积溶液为含haucl4的水溶液或者含agno3和柠檬酸的混合水溶液；
5、当激光从激光光源中出射，能够依次被x轴扫描反射镜和y轴扫描反射镜反射，经过激光收束装置准直聚焦后，再经过液态透镜二次聚焦于沉积基底。
6、根据上述的金属微图案快速沉积装置的金属微图案快速沉积方法，包括以下步骤：
7、步骤一：将待沉积的金属微图案的图片导入计算机；
8、步骤二：计算机读取待沉积的金属微图案的图片，将其转化为灰度图像，并控制x轴扫描反射镜和y轴扫描反射镜旋转，x轴扫描反射镜通过转动的方式控制激光以第一功率沿x轴方向扫描，y轴扫描反射镜通过转动的方式控制激光沿y轴方向扫描，x轴扫描反射镜和y轴扫描反射镜根据灰度图像最小外接矩形进行扫描：本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种金属微图案快速沉积装置，其特征在于，包括激光收束扫描沉积金属微图案系统和沉积基底(6)，所述激光收束扫描沉积金属微图案系统包括激光收束扫描单元和金属沉积溶液，所述激光收束扫描单元能够产生激光并聚焦于所述金属沉积溶液从而生成金属微图案并沉积于所述沉积基底(6)。
2.根据权利要求1所述的金属微图案快速沉积装置，其特征在于，所述激光收束扫描单元包括依次设置的激光光源(1)、X轴扫描反射镜(2)、Y轴扫描反射镜(3)、激光收束装置(4)，所述激光收束装置(4)包括依次设置的聚焦透镜(4.1)、扩束透镜(4.2)和聚焦物镜(4.3)，所述金属沉积溶液形成液态透镜(5)，所述金属沉积溶液为含HAuCl4的水溶液或者含AgNO3和柠檬酸的混合水溶液；
3.根据权利要求2所述的金属微图案快速沉积装置的金属微图案快速沉积方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.一种可转印的柔性电路加工装置，其特征在于，包括激光收束扫描沉积金属微图案系统和转印系统，所述激光收束扫描沉积金属微图案系统包括激光收束扫描单元和转印液，所述转印系统包括转印单元和转印槽，所述转印液位
5.根据权利要求4所述的可转印的柔性电路加工装置，其特征在于，所述激光收束扫描单元包括依次设置的激光光源(1)、X轴扫描反射镜(2)、Y轴扫描反射镜(3)、激光收束装置(4)，所述激光收束装置(4)包括依次设置的第一凸透镜(4.4)、聚焦物镜(4.3)，所述转印单元包括加工平台(14)、超声清洗槽(7)、提拉旋转柄(10)、转轮控制器(11)、伸缩拉杆(12)、转印轮(13)，所述转印槽包括前向加工转印槽(8)、后向加工转印槽(9)，所述前向加工转印槽(8)、后向加工转印槽(9)分别位于所述加工平台(14)的上下表面，转印轮(13)的表面设置有转印基底，转轮控制器(11)能够通过伸缩拉杆(12)控制转印轮(13)移动至转印槽底部转印走电路图案，所述提拉旋转柄(10)能够将加工平台(14)上下翻转180°，所述超声清洗槽(7)用于清洗转印槽中的转印液并排空转印液中的空气。
6.根据权利要求5所述的可转印的柔性电路加工装置，其特征在于，所述转印液为含HAuCl4的水溶液或者含AgNO3和柠檬酸的混合水溶液，转印轮(13)的横截面为优弧和优弧对应的弦组成图形，优弧所在的面为弧面，弦所在的面为平面。
7.根据权利要求6所述的可转印的柔性电路加工装置的柔性电路转印方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.一种超薄微透镜光束动态聚焦装置，其特征在于，包括激光收束扫描沉积金属微图案系统、透镜基底和聚焦系统，所述激光收束扫描沉积金属微图案系统包括激光收束扫描单元和金属沉积溶液，所述激光收束扫描单元能够产生激光并聚焦于所述金属沉积溶液从而生成微透镜图案并沉积于所述透镜基底形成超薄微透镜(23)，所述聚焦系统能够产生激光并通过所述超薄微透镜(23)实现光束聚焦。
9.根据权利要求8所述的超薄微透镜光束动态聚焦装置，其特征在于，所述激光收束扫描单元包括依次设置的激光光源(1)、反射镜(15)、X轴扫描反射镜(2)、Y轴扫描反射镜(3)、半透半反镜(16)、聚焦物镜(4.3)、蓄液槽(18)，所述蓄液槽(18)位于透镜基底上，所述蓄液槽(18)用于容纳金属沉积溶液，金属沉积溶液为含HAuCl4的水溶液或者含AgNO3和柠檬酸的混合水溶液，所述激光收束扫描单元还包括沉积液储存槽(19)、清洗液存储槽(20)、复用进液管(21)、排水槽(22)，沉积液储存槽(19)和清洗液存储槽(20)通过复用进液管(21)与蓄液槽(18)入口连通，蓄液槽(18)的出口与排水槽(22)连通，所述聚焦系统包括依次设置的低功率激光器(24)、第二凸透镜(25)、成像屏(26)，所述半透半反镜(16)位于第二凸透镜(25)与聚焦物镜(4.3)之间，所述成像屏(26)位于透镜基底下方，所述低功率激光器(24)产生的激光通过第二凸透镜(25)聚焦然后被半透半反镜(16)反射经过聚焦物镜(4.3)变为平行光经过超薄微透镜(23)聚焦于成像屏(26)上。
10.一种根据权利要求9所述的超薄微透镜光束动态聚焦装置的光束动态聚焦方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种金属微图案快速沉积装置，其特征在于，包括激光收束扫描沉积金属微图案系统和沉积基底(6)，所述激光收束扫描沉积金属微图案系统包括激光收束扫描单元和金属沉积溶液，所述激光收束扫描单元能够产生激光并聚焦于所述金属沉积溶液从而生成金属微图案并沉积于所述沉积基底(6)。
2.根据权利要求1所述的金属微图案快速沉积装置，其特征在于，所述激光收束扫描单元包括依次设置的激光光源(1)、x轴扫描反射镜(2)、y轴扫描反射镜(3)、激光收束装置(4)，所述激光收束装置(4)包括依次设置的聚焦透镜(4.1)、扩束透镜(4.2)和聚焦物镜(4.3)，所述金属沉积溶液形成液态透镜(5)，所述金属沉积溶液为含haucl4的水溶液或者含agno3和柠檬酸的混合水溶液；
3.根据权利要求2所述的金属微图案快速沉积装置的金属微图案快速沉积方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.一种可转印的柔性电路加工装置，其特征在于，包括激光收束扫描沉积金属微图案系统和转印系统，所述激光收束扫描沉积金属微图案系统包括激光收束扫描单元和转印液，所述转印系统包括转印单元和转印槽，所述转印液位于所述转印槽内，所述激光收束扫描单元能够产生激光并聚焦于所述转印液从而生成柔性电路图案并沉积于所述转印槽底部，所述转印单元能够实现所述柔性电路图案的转印。
5.根据权利要求4所述的可转印的柔性电路加工装置，其特征在于，所述激光收束扫描单元包括依次设置的激光光源(1)、x轴扫描反射镜(2)、y轴扫描反射镜(3)、激光收束装置(4)，所述激光收束装置(4)包括依次设置的第一凸透镜(4.4)、聚焦物镜(4.3)，所述转印单元包括加工平台(14)、超声清洗槽(7)、提拉旋转柄(10)、转轮控制器(11)、伸缩拉杆(12)、转印轮(13)，所述转印槽包括前向加工转印槽(8)、后向加工转印槽(9)，所述前向加工转印槽(8)、后向加工转印槽(9)分别位于所述加工平台(14)的上下表面，转印轮(13)的表面设置有转印基底，转轮控制器(11)能够通过伸缩拉杆(12)控制转印轮(13)移动至转印槽底部转印走电路图案，所述提拉旋转柄(10)能够将加工平台(14)上下翻转180°，所述超...
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