一种基于飞秒激光加工的调波柔性薄膜制备方法

1.本发明属于材料制备领域，具体涉及一种基于飞秒激光加工的调波柔性薄膜制备方法。背景技术：2.材料的吸光性是一种基本性能。当两金属材料间距小于入射波波长，特定的电磁波入射到该结构上，会在该结构产生局域场效应，该效应会增强光子的吸收。当一定形状的金属材料尺寸小到一定的程度时，其周围也能产生局域场的效应，改变该材料对光子的吸收。研究表明，通过微纳制造技术制备的微纳结构、微纳颗粒可使材料的光学参数发生改变，从而实现对电磁波的调控。研究材料对电磁波的调控，在隐身、光伏、传感等领域具有重要意义。3.近十几年，科研人员在微纳制造技术领域取得了显著的成果。公开号为cn108369302a的中国专利公开了一种采用纳米压印技术，使用具有纳米图案的模具在薄膜上形成衍射图案的方法，实现微纳结构的制备。但该方法制备的纳米结构对模具具有依赖性，制备的微纳结构单一，对加工复杂的微纳结构需搭配使用各式种类的模具。公开号为cn110634876a的中国专利公开了一种采用光刻技术，在多层膜结构表面制备闪存器件的方法。但其所述的光刻技术制备器件的过程复杂，制备成本高、效率低。纳米压印技术和光刻技术等能够实现微纳结构的制备，但对于复杂的微纳结构，仍缺乏快速高效的方法。技术实现要素：4.本发明的目的在于提供一种基于飞秒激光加工的调波柔性薄膜制备方法，本发明根据不同材料的吸光特性，设计相应结构的调波复合材料结构；基于飞秒激光加工系统，在柔性pmma薄膜上加工了微纳金属阵列，实现了对电磁波在可见光波段的吸收谱的调控。5.实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于飞秒激光加工的调波柔性薄膜制备方法，制备聚甲基丙烯酸甲酯混合液体；将混合溶液旋涂在金属衬底上，得到均匀厚度的柔性薄膜；在柔性薄膜上表面镀一层厚度小于调控电磁波入射波波长的金属薄膜；利用飞秒激光对金属薄膜进行加工，得到表面具有微纳米结构金属阵列的调波柔性薄膜。6.进一步的，具体包括如下步骤：7.步骤(1)：按需称取pmma即聚甲基丙烯酸甲酯颗粒，量取有机溶剂，配制聚甲基丙烯酸甲酯混合液体；8.步骤(2)：将步骤(1)配制聚甲基丙烯酸甲酯混合液体，置于磁力搅拌器中搅拌；9.步骤(3)：选择金属薄板、预处理之后作为金属衬底；10.步骤(4)：将金属衬底吸附在匀胶机吸盘上，使其预处理面朝上，将步骤(2)搅拌得到的混合液体滴到金属衬底上进行旋涂，形成均匀厚度的柔性薄膜；11.步骤(5)：在步骤(4)制备的柔性薄膜上镀一层金属薄膜；12.步骤(6)：对步骤(5)所得的薄膜使用飞秒激光加工，得到表面具有微纳米结构的调波柔性薄膜。13.进一步的，步骤(1)中的聚甲基丙烯酸甲酯pmma颗粒分子量为25000～200000g/mol，颗粒的粒径为100-2000μm。14.进一步的，所述步骤(1)中称取的聚甲基丙烯酸甲酯pmma颗粒为1～10g，量取的有机溶剂的体积为5～15ml；有机溶剂为甲苯、丙酮或乙醇。15.进一步的，所述步骤(2)搅拌的转速为100～500rpm，搅拌时间为6～12h。16.进一步的，步骤(3)中的金属衬底的电阻率1～5ω·m，金属衬底的厚度小于2cm；预处理具体为：用95％的乙醇清洗1～3h，在自然环境下干燥。17.进一步的，步骤(4)中的旋涂的转速为1000～3000rpm；步骤(5)金属薄膜的材质满足电磁波吸收峰位置在所调控波段的电磁波±50nm，金属薄膜的厚度为1±0.2μm，金属薄膜的厚度为1～500nm。18.进一步的，步骤(6)飞秒激光波长为500nm～50000nm，加工功率为10～40w，振镜扫描速度为10～1000mm/s。19.进一步的，步骤(6)飞秒激光加工后调波柔性薄膜的金属薄膜的形状为长方体、圆柱体或棱台形状。20.一种调波柔性薄膜，采用上述的方法制备。21.本发明与现有技术相比，其显著优点在于：22.(1)本发明基于一种飞秒激光加工的调波柔性薄膜复合材料制备方法，通过在金属薄板上采用旋涂的方法制备了厚度均匀pmma薄膜，在pmma薄膜上设置了厚度小于调控电磁波波长的金属薄膜；因飞秒激光加工热效应低，瞬时功率高，以及极短的脉冲宽度的特点，实现高分辨、高精度的表面微纳米结构加工。相比于纳米刻蚀、光刻蚀等微纳结构的加工其过程简易，所耗费的资源少，可以实现产品机械化生产；加工效率高，路径灵活多样，可实现复杂微纳结构的制备。23.(2)相比于纳米刻蚀、光刻蚀等微纳结构的制备过程，采用飞秒激光加工微纳结构的程序简易，所耗费资源少，加工效率高；路径灵活多样，可实现复杂微纳结构的制备。24.(3)本发明制备的薄膜复合材料，所采用的pmma具有高电磁波透过性，柔软易弯曲；结合衬底金属和镀层金属形成了具备吸收一定波长电磁波的近似“微腔”结构的场增强区域具有调控电磁波的性能。附图说明25.图1为本发明飞秒激光器在加工过程中的加工路径示意图26.图2为本发明基于飞秒激光加工制备的柔性调波薄膜材料示意图27.图3为本发明制备调波柔性薄膜复合材料的方法流程图28.附图标记说明：29.1-加工路径的竖直方向，2-加工路径的水平方向，3-脉冲激光，4-调波柔性薄膜表面具体实施方式30.下面结合附图对本发明作进一步详细描述。31.如图1-3所示，一种基于飞秒激光加工的调波柔性薄膜制备方法，将pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)颗粒与有机溶剂混合，采用磁力搅拌器加速pmma的溶解，待pmma颗粒完全溶解。利用匀胶机在金属衬底上旋涂得到均匀厚度的柔性薄膜。随后在所得膜的表面镀一层金属薄膜；最后，使用飞秒激光器按照一定的路径加工得到具备调节电磁波的柔性薄膜。32.进一步的，具体包括如下步骤：33.步骤(1)：称量一定量的pmma颗粒，量取一定体积的有机溶剂，得到混合液体；34.步骤(2)：将步骤(1)所称取的pmma颗粒和有机溶剂混合后，置于磁力搅拌器中搅拌；35.步骤(3)：选择一定的金属薄板，对该薄板进行去清洗、干燥预处理；36.步骤(4)：将预处理后的金属薄板吸附在匀胶机吸盘上，使其预处理面朝上，将步骤(2)所得的混合液体滴入金属薄板上进行旋涂；37.步骤(5)：在步骤(4)所得的复合薄板上的聚合物层上再镀一层金属薄膜；该金属薄膜的选择依调控电磁波波长范围选择、确定；选择的镀层金属吸收特性在所调控电磁波波段附近±50nm。镀层金属的厚度在500nm左右，当镀层金属厚度的变化使得相应得到的镀层金属阵列单元形状、大小发生变化，其对电磁波的吸收系数和峰值位置会发生改变，实现对电磁波的调控；38.步骤(6)：对步骤(5)所得的薄膜使用飞秒激光器加工，飞秒激光的热效应低，瞬时功率高，以及极短的脉冲宽度，能够实现高分辨、高精度的表面微纳米结构加工，即得到调波柔性薄膜。39.当采用步骤(5)所述在所制备的薄膜表面镀一层一定厚度的金属薄膜，该镀膜金属与衬底金属形成了一个具备吸收一定波长电磁波的近似“微腔”结构的场增强区域，该“微腔”的大小由步骤(4)所述旋涂pmma层的厚度控制。所述旋涂层为pmma，对衬底金属与镀层金属所形成的场效应无影响。衬底金属与镀层金属所形成的场效应，对入射的一定波长的电磁波具有一定的调节作用。40.步骤(1)中所述的pmma颗粒分子量在25000～200000g/mol，颗粒的粒径100-2000μm。步骤(1)混合过程中，pmma量为1～10g，有机溶剂的体积为5～15ml。有机溶剂包括甲苯、丙酮、乙醇等。41.步骤(2)中磁子的转速为100～500rpm；搅拌时间为6～12h。42.步骤(3)中所述金属薄板其电阻率1～5ω·m，如铜、银、金等金属。步骤(3)中所述金属与权利要求1所述的镀层金属相耦合，金属薄板的厚度小于2cm，在95％的乙醇下清洗1～3h，在自然环境下干燥。43.步骤(4)旋涂转速1000～3000rpm。44.步骤(5)镀层金属的选择导电性较好的金属，镀膜金属厚度为1～500nm。45.步骤(6)飞秒激光器波长为500nm～50000nm，加工功率为10～40w，振镜扫描速度为10～1000mm/s。46.步骤(6)所述飞秒激光器加工后调波柔性薄膜的镀层金属的形状为，长方体、圆柱体、棱台等形状。47.所述调波柔性薄膜一共由3层组成，从底层到表层依次是衬底金属、pmma、镀膜金属。48.步骤(6)飞秒激光器加工过程中，首先设计一定的加工路径，该加工路径由设计的镀层金属形状确定。确定路径后，选择合适的飞秒激光器参数，在选择飞秒激光器功率密度这一参数时，应考虑到材料的损伤阈值。每一种材料都有一定的损伤阈值，只有飞秒激光器提供的能量密度大于等于该材料的损伤阈值时，材料才能被飞秒激光器烧蚀，从而加工一定结构的微纳结构。49.实施例150.具体包括如下步骤：51.步骤(1)：称量5.9g的pmma颗粒，量取15ml的甲苯的溶液；52.步骤(2)：将步骤(1)所称取的pmma颗粒和甲苯溶液混合后放入2cm的磁子，用玻璃瓶密封，将该玻璃瓶放入磁力搅拌器上搅拌8h；53.步骤(3)：选择3*3cm厚度1mm的铜板，对该薄板用95％的酒精清洗、自然干燥等预处理。54.步骤(4)：将预处理后的铜金属薄板吸附在匀胶机吸盘上，使其预处理面朝上，将步骤(2)所得的混合液体滴入薄板上进行旋涂，其中旋涂的过程分为两个阶段的第一阶段的时间和转速分别为60s和1500rpn，第二阶段的时间和转速风别为43s和800rpn；55.步骤(5)：将步骤(4)所得的薄膜镀上150nm厚的金属ag薄膜；56.步骤(6)：对步骤(5)所得的薄膜使用飞秒激光器加工，其中加工的路径如图1所示，激光器功率16w，扫描速度240mm/s，激光器波长1035nm。加工结束后制备的调波柔性薄膜如图2所示。各层参数a为2000mm；b为2000mm；c为0.01mm；p为460nm；h为150nm；m为300nm；其中镀膜金属薄膜单元边长p-m为160nm。57.该实施例的制备调波柔性薄膜复合材料的方法流程图如图3所示。制备的调波柔性薄膜可实现对电磁波的吸收光谱调节，对电磁波的吸收率从原来的10.2％增加到了65.1％。