微器械加工革新：飞秒激光技术在微机械装置制造中的应用

发布时间：2024-11-06 来源：单色科技

在微纳米技术领域，制造精密微器械是一项极具挑战性的任务，尤其是在要求极高的尺寸精度和表面质量的情况下。最近，清华大学的研究团队在《Extreme Mechanics Letters》上发表的论文《An integrated push-to-pull micromechanical device: Design, fabrication, and in-situ experiment》中，展示了一种集成的推拉式微机械装置，该装置的设计、制造和原位实验为微纳米尺度机械实验提供了新的可能性。这项研究中，飞秒激光超精细冷加工技术为在不锈钢上切割最小筋宽为5μm的精密微器械提供了一种高效、的解决方案。这一成果不仅展示了秒激光超精细冷加工技术在微纳米尺度精密制造中的潜力，也为未来的微机械装置设计和制造提供了新的思路和方法。

传统的微机械装置制造技术，如光刻和聚焦离子束（FIB）刻蚀，虽然能够实现高精度的加工，但往往成本高昂、效率低下，且在处理硬质材料如不锈钢时存在一定的局限性。飞秒激光超精细冷加工技术的出现，以其独特的超短脉冲宽度及超高的峰值功率特性，能够在不损伤材料表面的情况下，实现亚微米级别的精细切割。在该团队的研究中，飞秒激光超精细冷加工技术被用于制造一个集成的微机械装置，该装置能够同步测量测试样品的力和形变。其装置的设计基于高分辨率图像序列，使得无需外部商业力传感器即可进行的力和形变测量。这种设计不仅提高了测量的准确性，还大大降低了装置的复杂性和成本。

样品图片（测量数据）

在实际的制造过程中，飞秒激光超精细冷加工技术展现出了其独特的优势。首先，飞秒激光的脉冲持续时间远小于热弛豫时间，加工过程中没有热量产生，俗称“冷”加工，可以利用飞秒激光对任何材料进行超精细切割、打孔、刻蚀等加工，可直接避免常规长脉冲激光加工过程中，材料由于热量累积导致的过热开裂、氧化、熔化等现象。其次，飞秒激光加工无需掩模，这不仅简化了加工流程，还降低了制造成本。此外，飞秒激光超高的峰值功率，使得其对加工材料无选择性，能够处理人任何材料，如金属、非金属、高温合金、半导体、陶瓷和高分子聚合物等，这为微机械装置的设计和制造提供了更大的灵活性。