激光微加工用于聚合物表面形貌设计

我们正在研究激光微加工的新应用和新功能。目前，我们致力于确定加工不同类型材料的条件和参数范围。现阶段的主要研究重点是聚合物表面，特别是磁活性弹性体，这类材料由于具有黏性，使用其他技术加工往往较为困难。

本方案描述了一种无需掩模的表面微结构加工方法，可实现快速原型制备，并能够制造出其他技术无法实现的倾斜结构。首先，将固化后的磁活性弹性体样品放置在扫描头的工作区域，确保其位于焦平面内，并调整至预设的倾斜角度。

使用激光控制软件，通过勾勒需要去除材料的区域来设计扫描轨迹。对于光学显微镜观察，使用加压氮气轻轻吹去样品表面的灰尘或碎屑颗粒以清洁样品。将清洁后的样品放置在显微镜载物台上，并打开反射式显微镜光源。

选择10倍物镜以测量片层之间的间距等横向尺寸。然后切换至40倍物镜，以获取结构高度的数据。随后打开显微镜的视场光阑，以减小景深。

调节千分尺载物台的高度，使结构的上表面聚焦清晰，并记录千分尺螺钉上的读数。随后，通过转动千分尺螺钉逐步升高载物台，直至基底表面聚焦清晰。

然后记录此新数值。戴上手套，使用解剖刀将样品切割至与扫描电子显微镜样品台针大小一致。借助塑料镊子，将裁剪好的样品固定在针上，注意避免损坏样品。

然后用加压的氮气清洁已安装的样品，以去除任何灰尘或碎屑。将带有样品的针插入样品台，并记录其位置。接下来，进行背散射电子测量时，首先将真空室中的空气抽除，以达到高真空状态。

采集样品的光学导航图像，并利用该图像引导载物台，将感兴趣的样品定位在距探测器边缘适当距离的位置。启动电子束，并显示同心背散射探测器的图像。设置电子束参数时，选择30千伏的加速电压、4.0的束斑尺寸和5微秒的停留时间。

进行二次电子测量时，将腔室调节至0.70毫巴的低真空状态。将样品移至约3.5毫米的工作距离处。然后开启电子束，观察低真空二次电子探测器所捕获的图像。

接下来，将一段双面胶带粘贴到电磁铁两极之间样品台的中心位置。将样品放置在胶带上，确保其位于两极中心。在采集图像时，向电磁铁施加4.5安培的直流电流，以在20毫米的极距中产生约340毫特斯拉的均匀磁场。

光学显微镜证实了磁活性弹性体表面具有无缺陷的图案，并呈现出清晰的横向结构，焦距调整验证了其垂直轮廓的可见性。扫描电子显微镜显示，所形成的微柱具有粗糙的表面形貌，其侧壁分布着明显的嵌入式微粒。二次电子成像在高分辨率下揭示了聚合物表面具有崎岖且不规则的结构特征。

磁操控导致微结构随时间推移出现明显的倾斜，该现象在不同磁场作用下的侧视图中可观测到。