一种可穿戴设备及其制备方法与流程

本技术涉及智能设备，特别是涉及一种可穿戴设备及其制备方法。

背景技术：

1、可穿戴设备近年来发展迅速，用户对表面装饰材料的耐磨性、美观度及功能集成度要求日益提高。目前主流材料如蓝宝石、陶瓷、不锈钢等，虽具有一定硬度，但难以同时兼顾高耐磨性、动态色彩效果及辅助散热、光学传感等综合功能。钻石（金刚石）具有硬度高、热导性好、近红外波段透过率优异等特性，理论上是非常理想的表面材料。然而，现有技术中钻石在可穿戴设备上的应用主要局限于传统珠宝镶嵌方式，存在成本高昂、色彩单一的问题，且无法实现角度依赖的虹彩结构色等动态视觉效果。

2、因此，亟需一种能够以低成本、薄型化方式将合成钻石集成于可穿戴设备表面，并赋予其动态色彩的解决方案。

技术实现思路

1、针对现有技术中难以在消费级成本下将合成钻石集成于可穿戴设备表面并实现动态彩色的技术问题，本技术提供了一种可穿戴设备及其制备方法。

2、本技术的第一方面提供了一种可穿戴设备，包括合成钻石片，其中，合成钻石片的顶面具有表面周期结构，且表面周期结构的周期为150nm-800nm。

3、本技术人发现：通过在合成钻石片的顶面形成表面周期结构，并将该表面周期结构的周期控制在150nm-800nm范围内，能够通过光栅衍射原理在合成钻石片表面实现角度依赖的虹彩结构色效果，无需依赖钻石传统切割产生的内部色散或额外镀膜，即可在合成钻石片表面实现动态流转的虹彩色效果。同时，由于结构色效果不依赖钻石的厚度或切割角度，该合成钻石片可以加工为远薄于传统钻石饰品的厚度，从而大幅降低单位面积钻石的用量，为实现消费级成本下的大面积钻石装饰提供了可行性。

4、在第一方面的任意实施方式中，表面周期结构的周期为200nm-800nm。可选地，表面周期结构的周期为300nm-500nm或500nm-750nm。

5、在第一方面的任意实施方式中，合成钻石片满足以下至少一项：

6、（1）合成钻石片在940nm波长的近红外透过率大于或等于70%；

7、（2）合成钻石片的热导率大于或等于2000w/m·k；

8、（3）合成钻石片的莫氏硬度大于或等于9；

9、（4）合成钻石片中的氮含量小于或等于1ppm。

10、在第一方面的任意实施方式中，合成钻石片满足以下一项或两项：

11、（1）合成钻石片的厚度为0.1mm-0.5mm；（2）合成钻石片为化学气相沉积合成钻石片。

12、在第一方面的任意实施方式中，合成钻石片的顶面至少具有两个不同周期的表面周期结构，和/或，合成钻石片的顶面至少具有两个不同取向的表面周期结构。可选地，不同周期的表面周期结构的周期差为50nm-200nm。可选地，不同取向的表面周期结构的结构取向角度差为45°-90°。

13、在第一方面的任意实施方式中，表面周期结构为平行条纹状表面周期结构、鱼鳞状表面周期结构、螺旋条纹状表面周期结构中的一种或多种。

14、在第一方面的任意实施方式中，表面周期结构的结构取向角为0°-90°，边缘粗糙度为10nm-50nm。

15、在第一方面的任意实施方式中，合成钻石片的顶面还覆盖有透光保护层。可选地，透光保护层包括氧化硅膜或类金刚石膜。可选地，透光保护层的厚度为10nm-50nm。

16、在第一方面的任意实施方式中，可穿戴设备的表面设有凹槽，合成钻石片嵌设在所述凹槽内。可选地，凹槽的底面粗糙度ra1≤5μm。

17、在第一方面的任意实施方式中，凹槽的深度与合成钻石片的厚度之差为0.01mm-0.10mm，和/或，凹槽的内壁与靠近其的合成钻石片的侧边缘之间的间隙为0.01mm-0.10mm。可选地，合成钻石片的顶面与可穿戴设备的表面齐平，或相对于可穿戴设备的表面凸出0.05mm-0.10mm。

18、在第一方面的任意实施方式中，可穿戴设备包括智能戒指、智能手表、智能手环或智能眼镜。

19、本技术的第二方面提供了一种可穿戴设备的制造方法，包括以下步骤：提供合成钻石片；采用飞秒激光对合成钻石片的顶面进行扫描加工，形成表面周期结构，表面周期结构的周期为150nm-800nm；将经飞秒激光加工后的合成钻石片固定于可穿戴设备的表面。

20、采用飞秒激光扫描加工的方式能够在合成钻石片表面形成周期为150nm-800nm的表面周期结构，该方法不仅加工精度高，且能够通过光栅衍射原理在合成钻石片表面实现角度依赖的虹彩结构色效果。此外，由于只需在合成钻石片的顶面形成周期结构，不依赖钻石的厚度或切割角度即可实现动态流转的虹彩色效果，因此可采用厚度远薄于传统钻石饰品的合成钻石片，从而大幅减少钻石原材料用量。

21、在第二方面的任意实施方式中，表面周期结构的周期为200nm-800nm。可选地，表面周期结构的周期为300nm-500nm或500nm-750nm。

22、在第二方面的任意实施方式中，提供合成钻石片的过程包括采用化学气相沉积工艺合成钻石片的过程。可选地合成钻石片的厚度为0.1mm-0.5mm。

23、在第二方面的任意实施方式中，提供合成钻石片的步骤还包括：将合成钻石片的顶面抛光至表面粗糙度ra2≤5nm。可选地，抛光为化学机械抛光。

24、在第二方面的任意实施方式中，飞秒激光的能量密度为0.1j/cm2-5.0j/cm2。可选地，飞秒激光的能量密度为0.5j/cm2-2.0j/cm2。可选地，飞秒激光的能量密度为0.8j/cm2-1.5j/cm2。可选地，飞秒激光满足以下条件中的至少一项：

25、（1）飞秒激光的波长为500nm-1100nm；

26、（2）飞秒激光的脉冲宽度为30fs-500fs；

27、（3）飞秒激光的重复频率为100khz-1mhz；

28、（4）飞秒激光的单脉冲能量为0.1μj -5μj；

29、（5）飞秒激光的光斑直径为10μm -50μm；

30、（6）飞秒激光的扫描方式为逐行栅格扫描；

31、（7）飞秒激光的扫描间距为光斑直径的50%-80%；

32、（8）飞秒激光的扫描速度为10mm/s -500mm/s；

33、（9）飞秒激光的激光偏振方向为0°-180°。

34、在第二方面的任意实施方式中，在合成钻石片的不同区域采用不同的激光能量密度，使得合成钻石片的顶面至少形成两个不同周期的表面周期结构。可选地，不同周期的表面周期结构的周期差为50nm-200nm。可选地，激光能量密度沿扫描方向渐变。

35、在第二方面的任意实施方式中，在合成钻石片的不同区域采用不同的激光偏振方向，使得合成钻石片的顶面至少形成两个不同取向的表面周期结构。可选地，不同的激光偏振方向之间的夹角为45°-90°。

36、在第二方面的任意实施方式中，将经飞秒激光加工后的合成钻石片固定于可穿戴设备表面的步骤包括：在可穿戴设备表面加工凹槽，并将合成钻石片嵌入所述凹槽内。可选地，凹槽的底面粗糙度ra1≤5μm。

37、在第二方面的任意实施方式中，凹槽的深度与合成钻石片的厚度之差为0.01mm-0.10mm，和/或，凹槽的内壁与靠近其的合成钻石片的侧边缘之间的间隙为0.01mm-0.10mm。可选地，合成钻石片的顶面与可穿戴设备的表面齐平，或相对于可穿戴设备的表面凸出0.05mm-0.1mm。

38、在第二方面的任意实施方式中，扫描加工后，还包括在合成钻石片的顶面沉积透光保护层的步骤可选地，所述光保护层包括氧化硅膜或类金刚石膜。可选地，透光保护层的厚度为10nm-50nm。

39、在第二方面的任意实施方式中，可穿戴设备包括智能戒指、智能手表、智能手环或智能眼镜。