CN107378231A - 利用金属纳米墨汁在透明材料表面制备金属结构的方法 - Google Patents

利用金属纳米墨汁在透明材料表面制备金属结构的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107378231A
CN107378231A CN201710718692.7A CN201710718692A CN107378231A CN 107378231 A CN107378231 A CN 107378231A CN 201710718692 A CN201710718692 A CN 201710718692A CN 107378231 A CN107378231 A CN 107378231A
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal
chinese ink
prepared chinese
transparency carrier
metal nano
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710718692.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107378231B (zh
Inventor
张�杰
王晧智
秦国双
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu Micro Nano Laser Application Technology Research Institute Co Ltd
Innovo Laser Polytron Technologies Inc
Original Assignee
Jiangsu Micro Nano Laser Application Technology Research Institute Co Ltd
Innovo Laser Polytron Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu Micro Nano Laser Application Technology Research Institute Co Ltd, Innovo Laser Polytron Technologies Inc filed Critical Jiangsu Micro Nano Laser Application Technology Research Institute Co Ltd
Priority to CN201710718692.7A priority Critical patent/CN107378231B/zh
Priority to PCT/CN2017/106249 priority patent/WO2019037213A1/zh
Publication of CN107378231A publication Critical patent/CN107378231A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107378231B publication Critical patent/CN107378231B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • B23K26/355—Texturing

Abstract

本发明公开了一种利用金属纳米墨汁在透明材料表面制备金属结构的方法，将透明基板置于金属纳米墨汁中，利用激光辐照基板，通过控制激光的参数、墨汁的材质和浓度，从而使金属纳米墨汁中的金属材料选择性地析出于基板表面的激光焦点处，最终在透明基板表面制得金属微纳结构。这种制备方法直接在液相中制备，激光可直达透明基板表面，并将金属纳米墨汁中的金属颗粒烧结为稳定导电的金属层，简化了制备过程，制备过程中金属氧化率低，并且仅在激光聚焦处选择性地形成了尺寸可控的金属层，防止了基材表面整体沉积吸附金属颗粒的问题，节省了原材料，降低了能耗，进而降低了生产成本，具有极大的市场前景和经济价值。

Description

利用金属纳米墨汁在透明材料表面制备金属结构的方法
技术领域
本发明属于激光加工领域，涉及一种激光印刷方法，具体地说，涉及一种利用金属纳米墨汁对透明材料表面进行激光印刷的方法。
背景技术
目前，以透明材料为基材的器件在光学、消费电子，生物医学和微光电子机械***等技术领域中得到愈来愈广泛的应用。在透明材料表面制备金属结构是一种较为常见的改性手段，采用的方法主要有：(1)常规沉积法和(2)激光沉积制备法。在透明材料的表面微纳结构制备中，激光直接书写有着独特的优势，例如不需要真空，可降低成本和简化加工过程。
目前直接和间接激光固相制备的方法主要有以下几种：激光转移法(laserinduced forward transfer)：激光束1穿过透明基板，照射在源基板2(透明材质)的金属薄膜3上，激光与薄膜材料发生相互作用，金属薄膜由于激光的作用从源基板2上剥离，转移到与源基板很近的目标基板4上，发生转移的源薄膜在目标基板上发生沉积，形成表面金属图形5，如图1所示；激光直接烧结法(laser induced annealing):用激光直接烧结透明基板6上设置的烘干的金属溶液膜7，利用激光能量局部照射，透明基板6或者烘干的金属溶液膜7中的金属离子选择性地吸收能量，激光可将基板表面活化，或者金属离子被快速还原出来沉积在源基板表面，形成表面金属图形5，如图2所示。以上两种方法都需要制备“前体”，在激光液相制备的方法中，含金属的溶液就是金属层的前体。但是现有的两种方法中，激光转移法存在制备过程较为复杂，生产效率低的问题，常用的激光直接烧结法则存在氧化率高、需要增加烘干的步骤，从而导致原材料损耗大、能耗大、成本高。
发明内容
为此，本发明正是要解决上述技术问题，从而提出一种生产效率高、材料损耗低、能耗低、经济便捷的利用金属纳米墨汁对透明材料表面进行激光印刷的方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
本发明提供一种利用金属纳米墨汁在透明材料表面制备金属结构的方法，所述方法包括如下步骤：
a、取金属纳米墨汁；
b、取透明基板，将其放置于金属纳米墨汁中；
c、设置激光加工参数及焦点位置，使激光光束照射到所透明基板表面；
d、金属墨汁在激光作用下于激光焦点处析出并选择性烧结在基板表面；
e、控制激光参数在基板表面得到所需要的金属微纳结构。
作为优选，所述金属纳米墨汁的溶质为金属或合金的纳米颗粒，所属金属纳米墨汁的溶剂为水或醇类有机溶剂，所述金属纳米墨汁的质量浓度为10-90％。
作为优选，所述步骤c中，激光加工的参数为：激光波长为355nm、532nm、1064nm；功率为0.1-100W；频率为1Hz-1MHz。
作为优选，所述步骤b中，所述透明基板浸没于所述金属纳米墨汁中或者浮于金属纳米墨汁表面。
作为优选，当所述透明基板浸没于所述金属纳米墨汁内时，控制激光参数使激光束穿过透明基板顶部的金属纳米墨汁辐照于透明基板顶面，金属纳米墨汁在透明基板顶面的激光焦点处选择性析出，制得金属微纳结构；或者控制激光参数使激光束穿过透明基板顶部的金属纳米墨汁和透明基板，辐照于透明基板底面，金属纳米墨汁在透明基板底面的激光焦点处选择性析出，制得金属微纳结构。
作为优选，当所述透明基板浮于所述金属纳米墨汁表面时，控制激光参数使激光束穿过所述透明基板，辐照于透明基板底面，金属纳米墨汁在透明基板底面的激光焦点处选择性析出，制得金属微纳结构。
作为优选，所述金属微纳结构为三维结构，其尺寸为微米、纳米级别。
作为优选，所述透明基板为低熔点聚合物透明基板、玻璃基板、蓝宝石基板或复合基板。
作为优选，所述金属为铝、铜、金或银。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明所述的利用金属纳米墨汁在透明材料表面制备金属结构的方法，将透明基板置于金属纳米墨汁中，利用激光辐照基板，通过控制激光的参数、墨汁的材质和浓度，从而使金属纳米墨汁中的金属材料选择性地析出于基板表面的激光焦点处，从而在透明基板表面制得金属微纳结构。这种制备方法直接在液相中制备，激光可直达透明基板表面，并将金属纳米墨汁中的金属颗粒烧结为稳定导电的金属层，工艺简单、简化了制备过程，由于加工过程是在金属纳米墨汁中进行，所以制备过程中金属氧化率低，并且仅在激光聚焦处选择性地形成了尺寸可控的金属层，防止了基材表面整体沉积吸附金属颗粒的问题，节省了原材料，降低了能耗，进而降低了生产成本，具有极大的市场前景和经济价值。
(2)本发明所述的利用金属纳米墨汁在透明材料表面制备金属结构的方法，可根据金属纳米墨汁的对激光吸收的强弱，将透明基板浸没于金属纳米墨汁内部或者使透明基板浮于金属纳米墨汁表面，通过调节激光参数，使激光束穿透金属纳米墨汁溶液辐照于透明基板顶面或使激光束穿透透明基板顶部的墨汁和透明基板辐照于基板底面，或者使激光束穿过透明基板辐照于透明基板底面，通过这种设置和调节，使得该方法可用于加工多种类金属墨汁，使该方法的应用范围更广，针对制备不同的金属纳米微纳结构，通过采用这两种不同的加工方式即可，无需更换加工设备，进一步降低了生产成本。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是现有技术中激光转移法的制备过程示意图；
图2是现有技术中激光直接烧结法的制备过程示意图；
图3是本发明实施例1所述的方法的示意图；
图4是本发明实施例2所述的方法的示意图；
图5是本发明实施例3所述的方法的示意图。
图中附图标记表示为：1-激光束；2-源基板；3-金属薄膜；4-目标基板,5-表面金属图形；6-透明基板；7-金属溶液膜；8-金属纳米墨汁；9-金属微纳结构。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种利用金属纳米墨汁在透明材料表面制备金属结构的方法，如图3所示，所述方法包括如下步骤：
a、取金属纳米墨汁8，所述金属纳米墨汁8的溶质为金属银纳米颗粒，溶剂为醇类有机溶剂，本实施例中为乙醇，所述金属纳米墨汁的质量浓度为70％。
b、取透明基板6，所述透明基板6为低熔点透明聚合物基板，将其放置于金属纳米墨汁8中，并使金属纳米墨汁8浸没所述透明基板6；
c、设置激光加工参数及焦点位置，使激光束1穿透透明基板6顶部的金属纳米墨汁8照射到所透明基板6的顶面，本实施例中所述激光为波长为355nm的短脉冲激光，其功率为0.1W，频率为1Hz；
d、金属纳米墨汁在激光作用下于激光焦点处析金属纳米颗粒出并选择性烧结在透明基板6的上表面；
e、控制激光参数在透明基板6表面得到所需要尺寸的金属微纳结构9(金属膜)层，所述金属微纳结构9为尺寸为微纳米级别，例如直径800nm，高1μm的圆柱形结构。
实施例2
本实施例提供了一种利用金属纳米墨汁在透明材料表面制备金属结构的方法，如图4所示，所述方法包括如下步骤：
a、取金属纳米墨汁8，所述金属纳米墨汁8的溶质为镁合金纳米颗粒，溶剂为水，所述金属纳米墨汁8的质量浓度为50％；
b、取透明基板6，所述透明基板6为玻璃基板，将其放置于金属纳米墨汁8中，并使透明基板6浮于金属纳米墨汁8表面；
c、设置激光加工参数及焦点位置，使激光束1穿透透明基板6，照射到所透明基板6的底面，所述激光的功率为1W，频率为1MHz,且本实施例中所述激光为波长为532nm的超短脉冲激光；
d、金属纳米墨汁8在激光作用下于激光焦点处析并选择性烧结在透明基板6的下表面；
e、控制激光参数在透明基板6表面得到所需要尺寸的金属微纳结构9，所述金属微纳结构9是尺寸为200*500*1000nm的立方体结构。
实施例3
本实施例提供了一种利用金属纳米墨汁在透明材料表面制备金属结构的方法，如图4所示，所述方法包括如下步骤：
a、取金属纳米墨汁8，所述金属纳米墨汁8的溶质为金属铝纳米颗粒，溶剂为醇类有机溶液，本实施例中为乙二醇，所述金属纳米墨汁8的浓度为15％；
b、取透明基板6，所述透明基板6为蓝宝石基板，将其放置于金属纳米墨汁8中，并使金属纳米墨汁8浸没所述透明基板6；
c、设置激光加工参数及焦点位置，使激光束1穿透透明基板6上方的金属墨汁照射到所透明基板6的上表面,本实施例中所述激光为波长为1064nm的连续激光，其功率为5W，频率为500Hz；
d、金属纳米墨汁8在激光作用下于激光焦点处析出并选择性烧结在透明基板6的上表面；
e、控制激光参数在透明基板6的下表面得到所需要尺寸的金属微纳结构9，所述金属微纳结构9为厚度为2μm的金属膜。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种利用金属纳米墨汁在透明材料表面制备金属结构的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
a、取金属纳米墨汁；
b、取透明基板，将其放置于金属纳米墨汁中；
c、设置激光加工参数及焦点位置，使激光光束照射到所透明基板表面；
d、金属墨汁在激光作用下于激光焦点处析出并选择性烧结在基板表面；
e、控制激光参数在基板表面得到所需要的金属微纳结构。
2.根据权利要求1所述的利用金属纳米墨汁在透明材料表面制备金属结构的方法，其特征在于，所述金属纳米墨汁的溶质为金属或合金的纳米颗粒，所属金属纳米墨汁的溶剂为水或醇类有机溶剂，所述金属纳米墨汁的质量浓度为10-90％。
3.根据权利要求2所述的利用金属纳米墨汁在透明材料表面制备金属结构的方法，其特征在于，所述步骤c中，激光加工的参数为：激光波长为355nm、532nm、1064nm；功率为0.1-100W；频率为1Hz-1MHz。
4.根据权利要求3所述的利用金属纳米墨汁在透明材料表面制备金属结构的方法，其特征在于，所述步骤b中，所述透明基板浸没于所述金属纳米墨汁中或者浮于金属纳米墨汁表面。
5.根据权利要求4所述的利用金属纳米墨汁在透明材料表面制备金属结构的方法，其特征在于，当所述透明基板浸没于所述金属纳米墨汁内时，控制激光参数使激光束穿过透明基板顶部的金属纳米墨汁辐照于透明基板顶面，金属纳米墨汁在透明基板顶面的激光焦点处选择性析出，制得金属微纳结构；或者控制激光参数使激光束穿过透明基板顶部的金属纳米墨汁和透明基板，辐照于透明基板底面，金属纳米墨汁在透明基板底面的激光焦点处选择性析出，制得金属微纳结构。
6.根据权利要求4所述的利用金属纳米墨汁在透明材料表面制备金属结构的方法，其特征在于，当所述透明基板浮于所述金属纳米墨汁表面时，控制激光参数使激光束穿过所述透明基板，辐照于透明基板底面，金属纳米墨汁在透明基板底面的激光焦点处选择性析出，制得金属微纳结构。
7.根据权利要求5或6所述的利用金属纳米墨汁在透明材料表面制备金属结构的方法，其特征在于，所述金属微纳结构为三维结构，其尺寸为微米、纳米级别。
8.根据权利要求7所述的利用金属纳米墨汁在透明材料表面制备金属结构的方法，其特征在于，所述透明基板为低熔点聚合物透明基板、玻璃基板、蓝宝石基板或复合基板。
9.根据权利要求8所述的利用金属纳米墨汁在透明材料表面制备金属结构的方法，其特征在于，所述金属为铝、铜、金或银。
CN201710718692.7A 2017-08-21 2017-08-21 利用金属纳米墨汁在透明材料表面制备金属结构的方法 Active CN107378231B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710718692.7A CN107378231B (zh) 2017-08-21 2017-08-21 利用金属纳米墨汁在透明材料表面制备金属结构的方法
PCT/CN2017/106249 WO2019037213A1 (zh) 2017-08-21 2017-10-16 利用金属纳米墨汁在透明材料表面制备金属结构的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710718692.7A CN107378231B (zh) 2017-08-21 2017-08-21 利用金属纳米墨汁在透明材料表面制备金属结构的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107378231A true CN107378231A (zh) 2017-11-24
CN107378231B CN107378231B (zh) 2019-06-07

Family

ID=60353619

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710718692.7A Active CN107378231B (zh) 2017-08-21 2017-08-21 利用金属纳米墨汁在透明材料表面制备金属结构的方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN107378231B (zh)
WO (1) WO2019037213A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112024877A (zh) * 2020-09-08 2020-12-04 常州英诺激光科技有限公司 一种提高3d打印微流道零件表面质量的方法
CN113005433A (zh) * 2019-12-20 2021-06-22 香港中文大学 光致材料沉积方法及相应的设备
CN114160975A (zh) * 2021-12-30 2022-03-11 中南大学 异种材料的大幅面高强度激光焊接方法及装备

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013001108A (ja) * 2011-06-13 2013-01-07 Dynic Corp 複写防止積層材
CN103407296A (zh) * 2013-07-29 2013-11-27 南京鼎科纳米技术研究所有限公司 一种激光熔融辅助纳米墨水实现高熔点材料3d打印的方法
CN103455179A (zh) * 2012-05-28 2013-12-18 东元奈米应材股份有限公司 触控面板的透明导电层的高解析度激光蚀刻方法
CN103996454A (zh) * 2014-04-30 2014-08-20 天津宝兴威科技有限公司 一种纳米金属网格透明导电基板的制造方法
CN104750311A (zh) * 2015-03-16 2015-07-01 深圳市宇顺电子股份有限公司 金属网格导电膜的制作方法、金属网格导电膜及触控面板
CN106328252A (zh) * 2016-10-24 2017-01-11 昆山峰实电子科技有限公司 一种纳米银线导电透明薄膜及其制作方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007037079A1 (de) * 2006-10-25 2008-04-30 Bayer Materialscience Ag Silberhaltige wässrige Formulierung und ihre Verwendung zur Herstellung von elektrisch leitenden oder spiegelnden Beschichtungen
TWI505894B (zh) * 2011-11-24 2015-11-01 Mitsuboshi Diamond Ind Co Ltd 雷射加工方法及雷射加工裝置
CN102787333B (zh) * 2012-08-22 2015-02-04 江苏大学 光纤激光与电化学复合纳秒脉冲沉积的制造方法和装置
US9499909B2 (en) * 2013-03-15 2016-11-22 Applied Materials, Inc. Methods for photo-excitation of precursors in epitaxial processes using a rotary scanning unit
CN204078424U (zh) * 2014-09-12 2015-01-07 广西容县风采印业有限公司 一种使用激光标刻印刷油墨层的塑料软包装制品
JP6956489B2 (ja) * 2016-02-05 2021-11-02 一般財団法人ファインセラミックスセンター 焼結方法及び焼結物の製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013001108A (ja) * 2011-06-13 2013-01-07 Dynic Corp 複写防止積層材
CN103455179A (zh) * 2012-05-28 2013-12-18 东元奈米应材股份有限公司 触控面板的透明导电层的高解析度激光蚀刻方法
CN103407296A (zh) * 2013-07-29 2013-11-27 南京鼎科纳米技术研究所有限公司 一种激光熔融辅助纳米墨水实现高熔点材料3d打印的方法
CN103996454A (zh) * 2014-04-30 2014-08-20 天津宝兴威科技有限公司 一种纳米金属网格透明导电基板的制造方法
CN104750311A (zh) * 2015-03-16 2015-07-01 深圳市宇顺电子股份有限公司 金属网格导电膜的制作方法、金属网格导电膜及触控面板
CN106328252A (zh) * 2016-10-24 2017-01-11 昆山峰实电子科技有限公司 一种纳米银线导电透明薄膜及其制作方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113005433A (zh) * 2019-12-20 2021-06-22 香港中文大学 光致材料沉积方法及相应的设备
CN113005433B (zh) * 2019-12-20 2024-02-13 香港中文大学 光致材料沉积方法及相应的设备
CN112024877A (zh) * 2020-09-08 2020-12-04 常州英诺激光科技有限公司 一种提高3d打印微流道零件表面质量的方法
CN112024877B (zh) * 2020-09-08 2022-05-03 常州英诺激光科技有限公司 一种提高3d打印微流道零件表面质量的方法
CN114160975A (zh) * 2021-12-30 2022-03-11 中南大学 异种材料的大幅面高强度激光焊接方法及装备

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019037213A1 (zh) 2019-02-28
CN107378231B (zh) 2019-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107378231B (zh) 利用金属纳米墨汁在透明材料表面制备金属结构的方法
Hirt et al. Additive manufacturing of metal structures at the micrometer scale
Zeng et al. Nanomaterials via laser ablation/irradiation in liquid: a review
CN107243697B (zh) 一种无掩膜的飞秒激光制造超疏水及抗反射表面的方法
Porel et al. In situ synthesis of metal nanoparticles in polymer matrix and their optical limiting applications
CN105220117B (zh) 一种金属纳米粒子有序微结构的制备方法
CN101121575B (zh) 利用飞秒激光实现玻璃表面选择性金属化的方法
CN111085773A (zh) 金属膜辅助脆性材料的激光打孔装置及方法
Ruffino et al. Formation of nanoparticles from laser irradiated Au thin film on SiO2/Si: Elucidating the Rayleigh-instability role
KR20120023714A (ko) 반도체 기판을 접촉시키는 방법
CN106735947A (zh) 一种高效可控加工大面积硅微纳结构的方法
Lin et al. Rapid synthesis of metallic and alloy micro/nanoparticles by laser ablation towards water
CN106552997B (zh) 基于超短脉冲激光烧蚀原理对金属薄板砂目化处理的方法
CN105728945A (zh) 一种飞秒激光双脉冲一步法制备表面增强拉曼基底
CN105945435A (zh) 一种环形微孔的激光加工装置及方法
CN111496384A (zh) 一种脆性材料表面纳米孔阵列的加工装置及方法
Chung et al. Nanosecond laser ablation of silver nanoparticle film
CN105036118B (zh) 基于飞秒激光技术的Cu/石墨烯剥离方法
DE102006029941A1 (de) Verfahren zum indirekten Beschriften transparenter Materialien
CN108441843B (zh) 材料表面金属图案的激光直写预成形光催化镀制备方法
Castelo et al. Laser backwriting process on glass via ablation of metal targets
Das et al. A review on critical challenges in additive manufacturing via laser-induced forward transfer
CN212217441U (zh) 金属膜辅助脆性材料的激光打孔装置
Yin et al. Ablation enhancement by femtosecond laser irradiation assisted with a microtorch for microgrooves fabrication in PMMA
Li et al. Femtosecond laser drilling of alumina wafers

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant