本發(fā)明涉及一種表面處理技術(shù)，特別涉及一種基于超短脈沖激光微加工的玻璃碳電極表面粗化制備方法。

背景技術(shù)：

玻璃碳電極在電化學(xué)實(shí)驗(yàn)或電分析化學(xué)中有著日益廣泛的應(yīng)用，例如用伏安測(cè)定法測(cè)定鉛的含量，用玻璃碳電極作基體制作的化學(xué)修飾電極用來(lái)測(cè)定銀等元素。目前對(duì)玻璃碳電極活性提高的方法主要有球磨細(xì)化【在先技術(shù)1：徐順建，玻璃碳球磨細(xì)化對(duì)催化還原碘三離子的影響，電源技術(shù)，vol.39,no.9,1820-1823(2015)】，電化學(xué)法【在先技術(shù)2：徐金瑞，電化學(xué)法修飾玻璃碳電極及其銅的陽(yáng)極溶出伏安法測(cè)定，電化學(xué)，vol.1,209-213】等，然而這些方法耗時(shí)長(zhǎng)，過(guò)程繁雜，有污染，這也使其不能完全滿(mǎn)足工業(yè)需要。

隨著人們對(duì)激光技術(shù)的不斷研究，超短脈沖激光得以迅速發(fā)展。在20世紀(jì)60年代中期發(fā)展起來(lái)的紅寶石激光鎖模和釹玻璃激光鎖模，使得人們對(duì)皮秒激光開(kāi)始進(jìn)行研究。1976年亞皮秒的超短激光脈沖輸出得以實(shí)現(xiàn)?；诔堂}沖激光微加工的技術(shù)具有多種優(yōu)勢(shì)，比如超短脈沖激光微加工是“冷加工”。傳統(tǒng)的激光加工技術(shù)(包括納米激光)因其熱效應(yīng)大通常會(huì)使加工材料熔化。超短脈沖激光使得材料能夠不經(jīng)過(guò)液化直接氣化。通過(guò)冷消融可以實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃、金屬、陶瓷和聚合物的逐層去除。掃描振鏡對(duì)復(fù)合材料的切割和鉆孔不會(huì)造成任何的熱影響區(qū)，因而產(chǎn)生的表面和邊緣質(zhì)量較高。比如皮秒(一皮秒等于秒)激光產(chǎn)生的局部溫度可達(dá)6000攝氏度，比太陽(yáng)表面溫度還高，受作用材料表面來(lái)不及產(chǎn)生熱擴(kuò)散就被直接汽化。另一優(yōu)勢(shì)為實(shí)現(xiàn)加工的“超精細(xì)”。超短脈沖激光能將高能激光脈沖非常精確地導(dǎo)向微小的加工位置，材料受熱范圍直徑僅約10納米。超短脈沖激光能夠聚焦到超細(xì)微空間區(qū)域，同時(shí)具有極高峰值功率和極短的激光脈沖，加工時(shí)切面整齊、無(wú)微裂紋、無(wú)材料損傷、無(wú)熔融區(qū)域。目前，還未有基于超短脈沖激光，特別是皮秒激光的玻璃碳電極表面處理的技術(shù)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對(duì)表面處理質(zhì)量和環(huán)保要求高的問(wèn)題，提出了一種基于超短脈沖激光微加工的玻璃碳電極表面粗化制備方法，相關(guān)粗化方法簡(jiǎn)單快捷，經(jīng)濟(jì)高效，無(wú)污染，使玻璃碳電極可以滿(mǎn)足工業(yè)的發(fā)展需要。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于超短脈沖激光微加工的玻璃碳電極表面粗化制備方法，皮秒脈沖激光器出射光對(duì)準(zhǔn)振鏡，經(jīng)過(guò)振鏡反射后反射光對(duì)固定加工平臺(tái)上的碳玻璃碳電極表面進(jìn)行掃描，實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃碳電極表面的粗化。

所述基于超短脈沖激光微加工的玻璃碳電極表面粗化制備方法，具體步驟包括如下：

1）先用百分之九十五的乙醇將玻璃碳電極進(jìn)行超聲清洗五分鐘，之后再用動(dòng)態(tài)純水清洗五分鐘，最后用氮?dú)獯蹈桑?/p>

2）選取功率、頻率、脈沖數(shù)可調(diào)的皮秒脈沖激光器，調(diào)整皮秒脈沖激光器的出射光路，使光路無(wú)偏差進(jìn)入振鏡中，調(diào)整振鏡焦點(diǎn)，使焦點(diǎn)位于加工平臺(tái)表面；

3）對(duì)加工平臺(tái)進(jìn)行坐標(biāo)標(biāo)刻，之后將玻璃碳電極按照坐標(biāo)位置準(zhǔn)確放在加工平臺(tái)上；

4）利用軟件調(diào)整皮秒脈沖激光器的參數(shù)，使脈沖頻率為100k赫茲，雙脈沖數(shù)，功率為1.73瓦，對(duì)玻璃碳電極表面固定區(qū)域掃描兩次。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明基于超短脈沖激光微加工的玻璃碳電極表面粗化制備方法，使用皮秒脈沖激光對(duì)玻璃碳電極粗化處理，熱效應(yīng)小，加工精細(xì)，清潔環(huán)保，經(jīng)濟(jì)高效，經(jīng)粗化處理后的玻璃碳電極在電化學(xué)檢測(cè)、氧化還原反應(yīng)方面的應(yīng)用前景更加廣泛。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明處理玻璃碳電極的裝置示意圖；

圖2為本發(fā)明經(jīng)過(guò)皮秒脈沖激光加工后的玻璃碳電極的檢測(cè)圖。

具體實(shí)施方式

利用不同脈沖寬度、脈沖頻率、脈沖功率以及加工時(shí)間對(duì)玻璃碳表面進(jìn)行粗化處理。超短脈沖激光對(duì)玻璃碳電極表面進(jìn)行粗化，會(huì)使其表面產(chǎn)生微納結(jié)構(gòu)，使電極催化效率得到很大增強(qiáng)，信噪比得以極大提高。

如圖1所示處理玻璃碳電極的裝置示意圖，激光器出射光對(duì)準(zhǔn)振鏡，振鏡反射光直接打在固定加工平臺(tái)上的碳玻璃碳電極上，使用1064納米、20皮秒，功率、頻率、脈沖數(shù)可調(diào)的皮秒脈沖激光器對(duì)玻璃碳電極進(jìn)行粗化。具體玻璃碳電極表面粗化制備方法如下：

1、在使用皮秒脈沖激光處理玻璃碳電極之前，先用百分之九十五的乙醇將電極進(jìn)行超聲清洗五分鐘，之后再用動(dòng)態(tài)純水清洗五分鐘，最后用氮?dú)獯蹈桑?/p>

2、調(diào)整皮秒脈沖激光器的光路，使光路無(wú)偏差進(jìn)入振鏡中，調(diào)整焦點(diǎn)，使焦點(diǎn)位于加工平臺(tái)表面；

3、對(duì)加工平臺(tái)進(jìn)行坐標(biāo)標(biāo)刻，之后將玻璃碳電極按照坐標(biāo)位置準(zhǔn)確放在加工平臺(tái)上；

4、利用軟件調(diào)整皮秒脈沖激光器的參數(shù)，使脈沖頻率為100k赫茲，雙脈沖數(shù)，功率為1.73瓦，對(duì)玻璃碳電極表面固定區(qū)域掃描兩次。

5、對(duì)處理后的電極進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如圖2。信噪比提高13倍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于超短脈沖激光微加工的玻璃碳電極表面粗化制備方法利用不同脈沖寬度、脈沖頻率、脈沖功率以及加工時(shí)間對(duì)玻璃碳表面進(jìn)行粗化處理。超短脈沖激光對(duì)玻璃碳電極表面進(jìn)行粗化，會(huì)使其表面產(chǎn)生微納結(jié)構(gòu)，使電極催化效率得到很大增強(qiáng)，信噪比得以極大提高。使用皮秒脈沖激光對(duì)玻璃碳電極粗化處理，熱效應(yīng)小，加工精細(xì)，清潔環(huán)保，經(jīng)濟(jì)高效，經(jīng)粗化處理后的玻璃碳電極在電化學(xué)檢測(cè)、氧化還原反應(yīng)方面的應(yīng)用前景更加廣泛。

技術(shù)研發(fā)人員：馮吉軍;曹啟普;曾和平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.16
技術(shù)公布日：2017.07.07