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用于热压印的金属模具上周期性微结构的皮秒激光干涉图案化

DOI：10.3390/ma12203409 期刊：Materials 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 本研究表明，直接激光干涉图案化（DLIP）是一种能为热压印工艺制造微纹理金属模具的方法。采用波长532纳米的皮秒激光源，对纳米压印系统中用于模具制造的三种关键金属（铬、镍和铜）进行了DLIP图案化处理。结果显示，所制备的类孔状微图案的质量和表面形貌由激光加工参数（如辐照能量密度和脉冲次数）决定。处理表面还观察到激光诱导周期性表面结构（LIPSS），其形态、周期性和取向强烈依赖于累积能量密度。最终，这三种结构化金属被用作压印模具，通过电动液压机在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）薄膜上压印微透镜。形貌分析表明，所得结构与母模相当，纹理复现效果令人满意。其中采用铬模具压印的聚合物微透镜阵列展现出最佳的表面均匀性和整体质量。
作者： Yangxi Fu，Marcos Soldera，Wei Wang，Bogdan Voisiat，Andrés Fabián Lasagni
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

利用四束激光干涉图案化技术优化金属模具的微结构加工过程，以制备比双束DLIP产生的简单"线状"沟槽具有更高表面积体积比的"孔状"周期性阵列，并寻找镍模具的替代方案以改善工人健康与安全。

研究成果

直接激光干涉图案化技术能够制备用于纳米压印系统的铬、镍和铜模具。采用优化工艺参数的脉冲皮秒激光辐射，在这些金属基材上制备出具有良好质量和均匀性的类孔状微结构。通过热压印工艺，将三种金属表面的激光诱导微结构复制到聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）薄膜上。当使用铬作为模具材料时，结果显示可可靠地复现均匀分布的半球形微透镜。

研究不足

多脉冲烧蚀过程涉及熔化、再结晶、淬火、伴随放热反应的本征氧化层形成、缺陷产生及相变等多种效应，这些效应可能导致结构深度依赖性随脉冲数量和能量密度变化而出现意外情况，并改变最终结构化表面的力学性能。

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