文章导读

微纳结构器件在微光学和光学工程、摩擦学和表面工程、生物和生物医学工程等领域发挥着重要作用。精密玻璃成形(PGM)技术是制造微纳结构玻璃器件的最有效方法，其前提是具有与玻璃器件微纳结构形状互补的微纳模具的制造。研究人员已经开发了许多用于制造极小尺寸和高质量的微纳结构的模具制造方法，以满足微纳结构玻璃器件在各种应用中的功能要求。此外，由于模具服役性能会极大地影响玻璃模压的精度及生产成本，提升微纳模具服役性能也是模具制造研究的重点。近期，北京理工大学先进加工研究所的周天丰教授、博士生贺裕鹏、硕士生王添星等在《极端制造》期刊（International Journal of Extreme Manufacturing, IJEM）上发表《用于精密玻璃成形的微纳结构模具制造技术综述》，作者全面地总结了用于模具制造的模具材料的极端要求、非机械和机械法制造微纳米结构的技术原理、适应材料、技术特征及应用范围。此外，作者对镍化磷(Ni-P)微纳结构模具服役性能进行了进一步讨论。最后，作者对于未来微纳结构模具的特征及制造技术做了进一步地展望。

精密玻璃模压成形，模具制造，微纳结构，模具材料，极端特征

02研究背景

由于在疏水性、减摩、光学反射和衍射等方面具有重要功能，微纳结构被广泛应用于光学成像和传感、生物医学等领域。常用的微纳阵列包括透镜阵列、柱状阵列、凹槽阵列和金字塔阵列，如图1所示。微纳结构玻璃器件具有小型化、集成化、轻量化等优势，被广泛用于微系统，这些微系统的规模缩小和性能提升很大程度上取决于微纳结构玻璃器件的质量，这需要克服制造具有极小尺寸和高质量特征的微纳结构的挑战。微纳结构玻璃器件的超精密制造技术具有广阔的应用前景和小规模、高质量的极端特点，已成为许多国家的发展战略方向。

图1典型的微纳结构：(a) 微透镜阵列、(b) 沟槽、(c) 柱面镜阵列、(d) 金字塔阵列。

微纳结构是通过某些方法在表面上生成的一系列微纳米尺度的几何单元。目前各种各样的微纳结构制造技术旨在提高在尺寸、精度、一致性和效率方面的极端制造能力。玻璃模压成形技术是在高温下施加适当的压力，将模具表面的微纳结构阵列复制到玻璃上，被认为是在玻璃表面制造微纳结构的最佳技术。在成形过程中，玻璃通过加热软化，然后通过退火固化。玻璃成形具有成形精度高、效率高、一致性好、加工成本低等优点，适合微纳结构阵列的批量生产。由于微纳结构完全从模具表面复制而来，因此在模具上精确制造具有小尺寸、高质量等极端特征的微纳米结构是玻璃模压成形技术的前提。最近，机械和非机械方法在微纳结构加工方面得到迅速发展，不断地突破极小尺寸、极高质量微纳结构制造的极限。