一种辅助缩小纳米点阵加工间距的弹性衬底拉伸装置

1.本发明属于飞秒激光直写加工技术领域，具体涉及一种辅助缩小纳米点阵加工间距的弹性衬底拉伸装置。


背景技术：

2.基于双光子聚合基本原理的飞秒激光直写技术可以将聚合物纳米点、纳米线特征尺寸进一步压缩到百纳米以下，但由于光刻胶“记忆效应”的存在，使得材料内部可引发单体交联聚合的自由基浓度会在多次曝光下积累，从而使一些不希望聚合的区域也发生了聚合，尤其是在高密度的周期性结构加工过程中，曝光位置之间的缝隙内会也会产生多余的聚合反应，使本该独立的结构单元“融合”在一起，影响了周期阵列结构中独立单元之间可分辨的最小极限，限制了分辨率的提升。
3.现有双光束超分辨激光加工技术的出现并不能解决材料“记忆效应”对亚衍射极限尺寸结构单元间距的问题，即便压缩了独立单元特征尺寸低于100nm，还是无法将像素间距压缩在100nm以内，脱离了间距存在的独立单元特征尺寸是没有意义的，尤其在光存储领域内，在现有加工技术极限尺寸条件下，借助其他方法实现可分辨的sub-100nm间距无疑具有更大的实际意义，基于此，在此提出一种辅助缩小纳米点阵加工间距的弹性衬底拉伸装置。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种辅助缩小纳米点阵加工间距的弹性衬底拉伸装置，以将激光直写技术实现的极限纳米点阵间距进一步压缩，提升加工点阵的密度。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种辅助缩小纳米点阵加工间距的弹性衬底拉伸装置，包括：
6.金属框架，所述金属框架的上端面下凹形成方形槽；
7.第一拉伸组件，所述第一拉伸组件具有相对处于方形槽两侧的第一拉伸部和第二拉伸部，所述第一拉伸部和第二拉伸部通过第一驱动件可相靠近或远离；
8.第二拉伸组件，所述第二拉伸组件具有相对处于方形槽另外两侧的第三拉伸部和第四拉伸部，所述第三拉伸部和第四拉伸部通过第二驱动件可相靠近或远离；
9.其中，所述第一拉伸部、第二拉伸部、第三拉伸部和第四拉伸部上均可拆卸设有抵压件；
10.弹性衬底，所述弹性衬底通过衬底压片可固定在第一拉伸组件和/或第二拉伸组件上。
11.优选地，所述第一拉伸部为第一衬底固定架，所述第二拉伸部为第二衬底固定架，所述第一衬底固定架和第二衬底固定架分别可移动地贯穿方形槽相对的两侧。
12.优选地，所述第一驱动件为第一正反牙丝杆，所述第一正反牙丝杆通过正反牙螺母穿过第一衬底固定架和第二衬底固定架。
13.优选地，所述第三拉伸部为第三衬底固定架，所述第四拉伸部为第四衬底固定架，所述第三衬底固定架和第四衬底固定架分别可移动地贯穿方形槽相对的另外两侧。
14.优选地，所述第二驱动件为第二正反牙丝杆，所述第二正反牙丝杆通过正反牙螺母穿过第三衬底固定架和第四衬底固定架。
15.优选地，所述抵压件为衬底压片，所述衬底压片的上端面两端均开设有螺纹孔。
16.优选地，所述衬底压片的下端面一体成型有防滑凸纹。
17.优选地，所述第一衬底固定架、第二衬底固定架、第三衬底固定架和第四衬底固定架上均刻有刻度。
18.优选地，所述第一正反牙丝杆和第二正反牙丝杆的一端均固定有连接板。
19.优选地，所述第一正反牙丝杆位于第二正反牙丝杆的上方，且第一衬底固定架、第二衬底固定架、第三衬底固定架和第四衬底固定架的上端面齐平。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
21.(1)本发明通过简单灵活的机械拉伸调节，实现弹性衬底上激光直写技术加工一维、二维点阵密度的进一步提升，在光学加工极限的基础上，通过物理拉伸方式将纳米点阵加工密度进一步提升，对于柔性衬底上阵列化光学器件、光存储等领域都有重要的参考价值。
22.(2)本发明利用第一正反牙丝杆转动时即可带动第一衬底固定架和第二衬底固定架同轴相向拉伸运动，利用第二正反牙丝杆转动时可以带动第三衬底固定架和第四衬底固定架同轴相向拉伸运动，弹性衬底的拉伸操作方便快捷。
附图说明
23.图1为本发明的立体图；
24.图2为本发明的俯视图；
25.图3为本发明正视图；
26.图4为本发明的侧视图；
27.图中：1、金属框架；2、第一正反牙丝杆；3、第二正反牙丝杆；4、第一衬底固定架；5、第二衬底固定架；6、第三衬底固定架；7、第四衬底固定架；8、连接板；9、衬底压片；10、螺纹孔；11、方形槽。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.图1为本发明的立体图，如图所示，该辅助缩小纳米点阵加工间距的弹性衬底拉伸装置包括金属框架1、第一拉伸组件、第二拉伸组件以及弹性衬底，其中，金属框架1的上端面下凹形成方形槽11；
30.结合图1-图2以及图4所示，第一拉伸组件具有相对处于方形槽11两侧的第一拉伸部和第二拉伸部，第一拉伸部和第二拉伸部通过第一驱动件可相靠近或远离；
31.结合图1-图3所示，第二拉伸组件具有相对处于方形槽11另外两侧的第三拉伸部和第四拉伸部，第三拉伸部和第四拉伸部通过第二驱动件可相靠近或远离；
32.在第一拉伸组件、第二拉伸组件单独使用时为一维拉伸，第一拉伸组件、第二拉伸组件配合使用时为二维拉伸。
33.其中，参阅图1-图2所示，第一拉伸部、第二拉伸部、第三拉伸部和第四拉伸部上均可拆卸设有抵压件。
34.抵压件优选的为衬底压片9，衬底压片9的上端面两端均开设有螺纹孔10。
35.由上，弹性衬底通过衬底压片9固定在第一拉伸组件和/或第二拉伸组件上，可以通过螺丝穿过螺纹孔10进行固定，一维拉伸需固定在第一拉伸组件的第一拉伸部和第二拉伸部上或者第二拉伸组件的第三拉伸部和第四拉伸部上，二维拉伸则需固定在第一拉伸组件和第二拉伸组件上。其中，通过第一驱动件可实现第一拉伸部与第二拉伸部相远离，以实现弹性衬底的拉伸，利用第二驱动件可实现第一拉伸部与第二拉伸部相远离，以实现弹性衬底的拉伸。在弹性衬底安全拉伸极限内，可以实现二维拉伸。
36.进一步地，所说的弹性衬底可以是任意形状、任意材料类型的聚合物材质薄膜，尺寸大小保证可完整固定即可。
37.在具体实施方式中，弹性衬底采用的是pdms薄膜，通过将固化剂和预聚剂按照1：10比例混和均匀后，静置与恒温干燥箱中，65℃温度条件下6小时后制得，裁剪后固定在第一拉伸组件和/或第二拉伸组件上。
38.在本发明的一具体实施方式中，参阅图1-图2所示，第一拉伸部为第一衬底固定架4，第二拉伸部为第二衬底固定架5，第一衬底固定架4和第二衬底固定架5分别可移动地贯穿方形槽11相对的两侧。
39.第一驱动件为第一正反牙丝杆2，第一正反牙丝杆2通过正反牙螺母穿过第一衬底固定架4和第二衬底固定架5。
40.在本发明的一具体实施方式中，参阅图1-图2所示，第三拉伸部为第三衬底固定架6，第四拉伸部为第四衬底固定架7，第三衬底固定架6和第四衬底固定架7分别可移动地贯穿方形槽11相对的另外两侧。
41.第二驱动件为第二正反牙丝杆3，第二正反牙丝杆3通过正反牙螺母穿过第三衬底固定架6和第四衬底固定架7。
42.另外，第一衬底固定架4、第二衬底固定架5、第三衬底固定架6和第四衬底固定架7的上端面齐平，以保证弹性衬底处于同一水平面上。
43.第一正反牙丝杆2和第二正反牙丝杆3的一端均固定有连接板8，连接板8用于连接驱动件，驱动件可为电机。
44.由上，第一正反牙丝杆2和第二正反牙丝杆3通过螺纹固定在外部的正方形金属框架1的正交方向上，第一正反牙丝杆2位于第二正反牙丝杆3的上方，其中，第一正反牙丝杆2上设有两个正反牙螺母，正反牙螺母分别与第一衬底固定架4和第二衬底固定架5相连接，第二正反牙丝杆3上也设有两个正反牙螺母，正反牙螺母分别与第三衬底固定架6和第四衬底固定架7相连接，第一正反牙丝杆2转动时可以带动第一衬底固定架4和第二衬底固定架5同轴相向拉伸运动，第二正反牙丝杆3转动时可以带动第三衬底固定架6和第四衬底固定架7同轴相向拉伸运动。
45.在弹性衬底固定好后，在衬底的破坏极限范围内，从正交的两个方向分别同步拉伸，之后通过激光直写加工方式将纳米点阵加工在弹性衬底的表面，加工结束后，反向调节使弹性衬底恢复到正常状态，实现纳米点阵间距的压缩。
46.具体实施方式中，拉伸后的弹性衬底连同整个装置放置在激光直写加工系统中，通过双光子聚合方式在衬底表面加工纳米点阵，加工过程完成后，通过反向调节第一正反牙丝杆2和第二正反牙丝杆3，将衬底恢复到正常状态，将纳米点阵的间距做进一步压缩，实现纳米点阵加工密度的进一步提升。
47.进一步地，衬底压片9的下端面一体成型有防滑凸纹，设置的防滑凸纹可提高衬底压片9抵压弹性衬底的稳定性，避免发生滑脱。
48.进一步地，第一衬底固定架4、第二衬底固定架5、第三衬底固定架6和第四衬底固定架7上均刻有刻度。
49.具体，通过读取刻度值可以来反映拉伸长度。
50.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种辅助缩小纳米点阵加工间距的弹性衬底拉伸装置，其特征在于，包括：金属框架(1)，所述金属框架(1)的上端面下凹形成方形槽(11)；第一拉伸组件，所述第一拉伸组件具有相对处于方形槽(11)两侧的第一拉伸部和第二拉伸部，所述第一拉伸部和第二拉伸部通过第一驱动件可相靠近或远离；第二拉伸组件，所述第二拉伸组件具有相对处于方形槽(11)另外两侧的第三拉伸部和第四拉伸部，所述第三拉伸部和第四拉伸部通过第二驱动件可相靠近或远离；其中，所述第一拉伸部、第二拉伸部、第三拉伸部和第四拉伸部上均可拆卸设有抵压件；弹性衬底，所述弹性衬底通过所述衬底压片(9)可固定在所述第一拉伸组件和/或所述第二拉伸组件上。2.根据权利要求1所述的一种辅助缩小纳米点阵加工间距的弹性衬底拉伸装置，其特征在于：所述第一拉伸部为第一衬底固定架(4)，所述第二拉伸部为第二衬底固定架(5)，所述第一衬底固定架(4)和第二衬底固定架(5)分别可移动地贯穿方形槽(11)相对的两侧。3.根据权利要求2所述的一种辅助缩小纳米点阵加工间距的弹性衬底拉伸装置，其特征在于：所述第一驱动件为第一正反牙丝杆(2)，所述第一正反牙丝杆(2)通过正反牙螺母穿过第一衬底固定架(4)和第二衬底固定架(5)。4.根据权利要求3所述的一种辅助缩小纳米点阵加工间距的弹性衬底拉伸装置，其特征在于：所述第三拉伸部为第三衬底固定架(6)，所述第四拉伸部为第四衬底固定架(7)，所述第三衬底固定架(6)和第四衬底固定架(7)分别可移动地贯穿方形槽(11)相对的另外两侧。5.根据权利要求4所述的一种辅助缩小纳米点阵加工间距的弹性衬底拉伸装置，其特征在于：所述第二驱动件为第二正反牙丝杆(3)，所述第二正反牙丝杆(3)通过正反牙螺母穿过第三衬底固定架(6)和第四衬底固定架(7)。6.根据权利要求1所述的一种辅助缩小纳米点阵加工间距的弹性衬底拉伸装置，其特征在于：所述抵压件为衬底压片(9)，所述衬底压片(9)的上端面两端均开设有螺纹孔(10)。7.根据权利要求6所述的一种辅助缩小纳米点阵加工间距的弹性衬底拉伸装置，其特征在于：所述衬底压片(9)的下端面一体成型有防滑凸纹。8.根据权利要求5所述的一种辅助缩小纳米点阵加工间距的弹性衬底拉伸装置，其特征在于：所述第一衬底固定架(4)、第二衬底固定架(5)、第三衬底固定架(6)和第四衬底固定架(7)上均刻有刻度。9.根据权利要求5所述的一种辅助缩小纳米点阵加工间距的弹性衬底拉伸装置，其特征在于：所述第一正反牙丝杆(2)和第二正反牙丝杆(3)的一端均固定有连接板(8)。10.根据权利要求5所述的一种辅助缩小纳米点阵加工间距的弹性衬底拉伸装置，其特征在于：所述第一正反牙丝杆(2)位于第二正反牙丝杆(3)的上方，且第一衬底固定架(4)、第二衬底固定架(5)、第三衬底固定架(6)和第四衬底固定架(7)的上端面齐平。

技术总结
本发明属于飞秒激光直写加工技术领域，且公开了一种辅助缩小纳米点阵加工间距的弹性衬底拉伸装置，包括金属框架、第一拉伸组件和第二拉伸组件，所述金属框架的上端面下凹形成方形槽，所述第一拉伸组件具有相对处于方形槽两侧的第一拉伸部和第二拉伸部，所述第一拉伸部和第二拉伸部通过第一驱动件可相靠近或远离，所述第二拉伸组件具有相对处于方形槽另外两侧的第三拉伸部和第四拉伸部，本发明通过简单灵活的机械拉伸调节，实现弹性衬底上激光直写技术加工一维、二维点阵密度的进一步提升，在光学加工极限的基础上，通过物理拉伸方式将纳米点阵加工密度进一步提升，对于柔性衬底上阵列化光学器件、光存储等领域都有重要的参考价值。价值。价值。


技术研发人员：谢飞 梁丽丽 李燕 李国玉 贾素梅 杨康 王智慧
受保护的技术使用者：邯郸学院
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/13