[發(fā)明專利]微流通道及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110248442.4
• 申請(qǐng)日: 2011-08-26
• 公開（公告）號(hào): CN102423722A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 弓曉晶;劉爭(zhēng)暉;徐耿釗;鐘海艦;徐科;楊輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類號(hào): B01L3/00
• 分類號(hào): B01L3/00
• 代理公司: 上海翼勝專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 31218
• 代理人: 孫佳胤;翟羽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微納流器件與工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及微流通道及其制備方法。

背景技術(shù)

微納流器件中各種新穎的特性源于納米空間中的尺度效應(yīng)。納米通道限域空間中的水分子納米結(jié)構(gòu)對(duì)于實(shí)現(xiàn)微納流器件的新奇特性至關(guān)重要。眾所周知，常用碳納米管作為納米管道，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，微流通道不但可以形成類似半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管、PN結(jié)，應(yīng)用于微流控集成電路中，還可以廣泛用于納米流體電池，分子級(jí)的化學(xué)分析、分離，傳感器及純水凈化當(dāng)中。

但是目前最小的碳納米管直徑大約2nm，限域空間的新奇特性未能完全體現(xiàn)出，制備直徑更小的納米管道，形成準(zhǔn)一維水分子以及利用外場(chǎng)控制納米管道內(nèi)準(zhǔn)一維水分子的傳輸行為仍是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。此外，碳管端口開口工藝復(fù)雜，形成尺寸均一的兩端開口的管道陣列相當(dāng)有難度，制備過程復(fù)雜，成本高，大規(guī)模的集成這些由碳納米管或者其他納米管道的微納流器件還存在很多問題。由于納米碳管的機(jī)械性質(zhì)，較難實(shí)現(xiàn)直接利用原子顯微鏡探針測(cè)得納米碳管內(nèi)部水分子的微觀結(jié)構(gòu)。同時(shí)無論表面還是納米管內(nèi)水分子的結(jié)構(gòu)及相關(guān)傳輸行為均很難直接觀測(cè)。由于熱擾動(dòng)作用和毛細(xì)吸附作用，表面水分子結(jié)構(gòu)只能采用超高真空掃描隧道顯微鏡來研究，并不適合研究室溫下的水分子納米結(jié)構(gòu)，納米管道中的水分子結(jié)構(gòu)就更加無法利用普通的形貌測(cè)試手段來獲得。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供簡(jiǎn)易方法獲得尺寸可調(diào)的納米通道結(jié)構(gòu)。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種微流通道，包括一具有原子臺(tái)階的支撐面，以及覆蓋于所述支撐面的石墨烯覆蓋層；所述微流通道由支撐面表面的原子臺(tái)階和石墨烯覆蓋層所圍攏的空間構(gòu)成。

本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種上述結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：提供一支撐襯底，所述支撐襯底由晶體材料構(gòu)成；對(duì)支撐襯底實(shí)施退火，在其表面形成具有原子臺(tái)階的支撐面；在支撐面表面形成石墨烯覆蓋層，從而獲得由支撐面表面的原子臺(tái)階和石墨烯層所圍攏的空間構(gòu)成的微流通道。

作為可選的技術(shù)方案，所述在支撐面表面形成石墨烯覆蓋層進(jìn)一步包括如下步驟：提供一生長(zhǎng)襯底；采用化學(xué)氣相沉積的方法在生長(zhǎng)襯底上制備石墨烯薄膜層；將生長(zhǎng)襯底置于生長(zhǎng)襯底的腐蝕液中，使石墨烯薄膜層從生長(zhǎng)襯底上剝離并漂浮在液面上；用支撐襯底的具有原子臺(tái)階的支撐面將石墨烯薄膜從溶液中撈起，石墨烯材料的表面張力使得石墨烯薄膜層鋪展并吸附在支撐襯底的具有原子臺(tái)階的支撐面上。

作為可選的技術(shù)方案，所述在支撐面表面形成石墨烯覆蓋層進(jìn)一步包括如下步驟：將石墨薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作，于是薄片越來越薄，最后，得到石墨烯薄膜層；將石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到支撐襯底的具有原子臺(tái)階的支撐面，從而在支撐面上覆蓋石墨烯層。

作為可選的技術(shù)方案，所述在支撐面表面形成石墨烯覆蓋層進(jìn)一步包括如下步驟：提供一生長(zhǎng)襯底；選用化學(xué)氣相沉積的方法在生長(zhǎng)襯底上制備石墨烯薄膜層；在石墨烯薄膜層上涂敷粘附層，形成粘附層與石墨烯的復(fù)合薄膜層；將生長(zhǎng)襯底置于能夠腐蝕生長(zhǎng)襯底的化學(xué)腐蝕液中，使石墨烯薄膜與粘附層從生長(zhǎng)襯底上剝離并漂浮在液面上；將石墨烯薄膜與粘附層的復(fù)合薄膜層壓印在支撐襯底的具有原子臺(tái)階的支撐面上；將粘附層去除，從而在支撐襯底的具有原子臺(tái)階的支撐面上形成石墨烯層。

石墨烯是由碳原子組成的極薄層狀材料，最薄可到單原子層，可利用化學(xué)氣相沉積，機(jī)械解理等特定條件制得，是一種零帶隙、半金屬的二維材料。具有原子臺(tái)階的半導(dǎo)體材料可以通過退火控制原子臺(tái)階個(gè)數(shù)，表面覆蓋石墨烯可以與半導(dǎo)體表面的原子臺(tái)階形成可調(diào)控的納米通道，并且可保證納米通道軸向的原子光滑度。此外，由于石墨烯是較柔軟的材料，通道中充滿一維水分子之后，不但對(duì)水分子結(jié)構(gòu)起到穩(wěn)定作用，還使得直接利用原子力顯微鏡觀測(cè)納米通道中水分子結(jié)構(gòu)和傳輸特性變成可能。?

利用表面具有原子臺(tái)階或者納米級(jí)凹槽的半導(dǎo)體，與覆蓋其上的石墨烯片層之間存在納米級(jí)縫隙，這個(gè)縫隙就是我們可以利用的納米級(jí)管道。形成此納米尺寸管道的原子臺(tái)階可以通過控制斜切角，退火形成。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，通過在具有原子臺(tái)階的晶體表面覆蓋石墨烯片層來獲得和晶體表面原子臺(tái)階之間構(gòu)成的納米孔道，不同的晶體表面臺(tái)階可以通過不同方式獲得，比如可以通過控制斜切角，退火時(shí)間、溫度來改變表面原子臺(tái)階層數(shù)來控制納米孔道的有效直徑。

附圖說明

附圖1A至附圖1D是本發(fā)明實(shí)施例的工藝示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明一種基于石墨烯與原子臺(tái)階的納米通道結(jié)構(gòu)及其制備方法的具體實(shí)施方式做詳細(xì)說明。