一种离子束加工聚合物微球的方法

技术领域

本发明涉及离子束加工技术领域，具体指一种离子束加工聚合物微球的方法。

背景技术

现代制造技术向着精密化，信息化及小型化一体化的趋势发展，对高精度制造提出了更高的要求，复杂微小构件是装备系统的核心关键构件，复杂微小构件制造构型及精度的实现性即制造能力，直接影响其使用性能，最终影响设备系统的性能，对于装备的升级起到决定性作用。

微小构件的尺寸在毫米至厘米级，待加工的微结构尺寸为微米至纳米级，制造精度要求亚微米级，表面质量达纳米级，聚焦离子束可实现微纳加工。但聚焦离子束一般应用于材料的透射样品的制备，用于微纳加工的离子束多加工金属构件，金属材料具有导电率较高，便于电子束观察分析。具体可参见专利申请号为CN202121262297.0(公布号为CN214842039U)的中国发明专利《一种用于金属表面处理的离子束加工单元》。

目前对于聚合物材料的聚焦离子束研究较少，一方面，因为聚合物材料本身的特性，在加工过程中由于自身不导电特性，会产生电荷累积，荷电效应严重，导致无法继续加工；另一方面，微球的尺寸特征，一般为毫米级，材料本身微小及脆性，难于通过夹持的方式实现固定，容易引起碎裂。

如果采用真空吸附的方式不会引起碎裂，但因为聚焦离子束加工系统本身是在真空条件下进行加工，再采用真空吸附系统进行固定微球，很难实现。

如果采用导电胶与基台连接的方法，既可以实现样品固定，又可以实现导电的功能，但其使用后样品底端在使用导电胶带一侧会发生粘附，引入杂质，导致微球底端无法继续使用。每次操作都针对一个样品逐一粘附加工，也无法实现批量化加工。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种离子束加工聚合物微球的方法，该方法既能实现样品固定又能实现导电功能，且能够实现批量化加工。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种离子束加工聚合物微球的方法，其特征在于：采用样品台对聚合物微球进行定位，该样品台包括有基台以及能拆卸地盖设在基台上方的背板，所述的基台和背板均采用导电材料制成，所述基台的顶部开设有至少两个间隔布置的第一凹槽，所述背板的底部开设有至少两个间隔布置的第二凹槽，在所述背板盖设在所述基台上的状态下，所述的第二凹槽与所述的第一凹槽一一对应，且第二凹槽与对应的第一凹槽组成有用于限位聚合物微球的腔室；

所述离子束加工聚合物微球的方法包括有以下步骤：

S1、将待加工的聚合物微球依次装入基台的第一凹槽中，放置完成后，各聚合物微球的底面抵接在对应第一凹槽的内壁上，此时聚合物微球上半部外露的球面记为A面；

S2、通过离子束依次对各聚合物微球的A面进行加工；

S3、待所有聚合物微球的A面加工完成后，将背板盖设在基台上方，直到各聚合物微球的顶面抵接在对应第二凹槽的内壁上；

S4、通过翻转机构将整个样品台上下翻转，以使基台朝上、背板朝下；

S5、移走基台，此时聚合物微球上半部外露的球面记为B面；

S6、通过离子束依次对各聚合物微球的B面进行加工，完成聚合物微球整个球面的加工。

为了方便基台和背板的统一加工，所述第一凹槽和第二凹槽的尺寸一致。

为了方便与聚合物微球充分接触，所述的第一凹槽和第二凹槽的内壁为球面。

为了与聚合物微球的尺寸相匹配，所述聚合物微球的直径为2mm，所述第一凹槽和第二凹槽的直径为2±0.01mm。

为了保证聚合物微球在凹槽内的稳定性，所述的第一凹槽沿竖直方向贯穿开设在所述的基台上，所述的第二凹槽沿竖直方向贯穿在所述的背板上。

为了方便第一凹槽和第二凹槽的形成，所述第一凹槽和第二凹槽采用激光加工方法制得。

为了实现导电功能且方便凹槽加工，所述的基台和背板均采用石墨材料制成。

为了对比加工前后表面质量，S1中，在待加工的聚合物微球依次装入基台前，使用轮廓仪及原子力显微镜对聚合物微球进行加工前全表面表征与检测评价。

为了提高加工效率，S3和S6中，按加工顺序，各聚合物微球之间的连线呈蛇形迂回延伸。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供了一种离子束加工聚合物微球的方法，该方法能够对多颗聚合物微球进行精确定位，消除聚合物材料加工过程中电荷累积效应，实现了聚合物微球的批量化加工，提高加工效率，加工过程样品无需移动位置，保证加工精度。

附图说明

图1为本发明实施例中样品台的基台的立体结构示意图；

图2为本发明实施例中样品台的基台和背板组装后的局部纵向剖视图。

图3为本发明实施例中离子束加工聚合物微球的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本实施例中，采用如图1和图2所示的样品台对聚合物微球进行定位，该样品台包括有基台1以及能拆卸地盖设在基台1上方的背板2，基台1和背板2均呈圆盘状，并采用加工低溅射率并且导电的石墨材料制成，基台1的顶部开设有至少两个间隔布置的第一凹槽11，背板2的底部开设有至少两个间隔布置的第二凹槽21，在背板2盖设在基台1上的状态下，第二凹槽21与第一凹槽11一一对应，且第二凹槽21与对应的第一凹槽11组成有用于限位聚合物微球的腔室。

本实施例中，聚合物微球的直径为2mm，采用激光加工方法在石墨材料圆盘坯体上沿竖直方向贯穿开设微孔制得上述的第一凹槽11和第二凹槽21；第一凹槽11和第二凹槽21的尺寸一致，其内壁为球面，且直径为2±0.01mm。

如图3所示，上述离子束加工聚合物微球的方法包括有以下步骤：

S1、使用轮廓仪及原子力显微镜对聚合物微球进行加工前全表面表征与检测评价后，将待加工的聚合物微球依次装入基台1的第一凹槽11中，放置完成后，各聚合物微球的底面抵接在对应第一凹槽11的内壁上，此时聚合物微球上半部外露的球面记为A面；

S2、通过离子束依次对各聚合物微球的A面进行加工；

具体地，按照图中所示的微球批量化离子束加工路径，用电子束观测，在微球上选择合适的加工位置及特征结构，先加工第N个微球，之后是N+1，N+2……，按加工顺序，各聚合物微球之间的连线呈蛇形迂回延伸；

S3、待所有聚合物微球的A面加工完成后，将背板2盖设在基台1上方，直到各聚合物微球的顶面抵接在对应第二凹槽21的内壁上；

S4、通过翻转机构将整个样品台上下翻转，以使基台1朝上、背板2朝下；

S5、移走基台1，此时聚合物微球上半部外露的球面记为B面；

S6、通过离子束依次对各聚合物微球的B面进行加工，具体地，按加工顺序，各聚合物微球之间的连线呈蛇形迂回延伸，最终完成聚合物微球整个球面的加工，待加工微特征区域的大小、深度等参数可根据需求进行设置。