[發明專利]一種金屬納米顆粒微陣列芯片的制備裝置及方法

有效

• 申請號: 201110378204.5
• 申請日: 2011-11-24
• 公開（公告）號: CN102424356A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 周駿;陽明仰;林豪;顏承恩;張琪
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;G03F7/00
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 程曉明;周玨

技術領域

本發明涉及一種微納加工技術，尤其是涉及一種金屬納米顆粒微陣列芯片的制備裝置及方法。

背景技術

近年來，納米材料因其具有獨特的物理化學性能，以及在光、電、催化、存儲、醫療和傳感等領域具有重要應用價值，從而引起廣大科技工作者的研究興趣。迄今，人們已經制備出多種形貌和結構的納米材料，如聚苯乙烯納米球、金納米桿、硅納米線、碳納米管和氧化鋅納米盤等。隨著科學技術的進步，微納制造技術已經從納米材料的合成與性質表征，發展到人們能夠按照自己的意愿利用納米材料來設計和制造具有一定功能的微納結構器件。

目前，制備微納結構器件主要有兩種方法：第一種是利用弱的和方向性較小的非共價鍵，如氫鍵、范德瓦爾鍵和弱的離子鍵協同作用，把原子、離子或分子連接組裝成特定的微/納米結構。這種方法簡單方便，但是可控性及重復性方面有待提高；第二種是通過光刻、電子束刻蝕、反應離子刻蝕、聚焦離子束刻蝕、納米壓印、電化學沉積、真空蒸鍍等方法，制備特定的微/納米結構。這些方法可以制備出精度高、形貌復雜的微/納米結構，但是需要復雜和昂貴的微納加工設備，且耗時長、成本高，制備面積小、不能進行大規模生產。盡管人們在微納結構器件制備的許多方面已經取得了一些成果，但仍然不能滿足實現大規模、高效率、低成本的制備要求，因此很有必要發展一種操作簡單、成本低廉的微/納米結構的制備方法。

另一方面，激光直寫技術是一種發展迅速的新型微加工技術，它將激光束經過特定的光學整形系統后直接對樣品表面進行曝光或燒蝕，通過計算機控制樣品臺的移動來實現在樣品表面形成所需的浮雕輪廓。該技術屬于一次成形技術，無需復雜的后續處理工藝，具有成本低、加工周期短、使用靈活、環境要求低等諸多優點，已在微電子、集成光學、微機電系統等的制作方面獲得廣泛應用。因此，利用激光直寫技術進行金屬納米顆粒微陣列芯片的制備具有重要的發展前景。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種操作簡便、成本低廉，且效率高、重復性好，能夠實現大規模生產的金屬納米顆粒微陣列芯片的制備裝置及方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種金屬納米顆粒微陣列芯片的制備裝置，其特征在于包括激光器、電控開關、空間濾波器、光束整形系統、反射鏡、聚焦物鏡、樣品夾、精密電控三維位移平臺和觀察屏，所述的電控開關用于控制所述的激光器發射的激光光束的開通與閉合，所述的空間濾波器主要由設置于所述的激光器與所述的光束整形系統的光入射端之間的第一光闌和設置于所述的光束整形系統的光出射端與所述的反射鏡之間的第二光闌組成，所述的樣品夾與所述的精密電控三維位移平臺連接，所述的樣品夾上的樣品位于所述的聚焦物鏡與所述的觀察屏之間，所述的樣品夾上的樣品通過所述的樣品夾在所述的精密電控三維位移平臺上的上下位移實現位置粗調，所述的樣品夾上的樣品通過所述的精密電控三維位移平臺位置的細調后處于所述的聚焦物鏡的焦平面；所述的電控開關開啟時所述的激光器發射的激光光束通過所述的第一光闌、所述的光束整形系統和所述的第二光闌入射到所述的反射鏡上，所述的反射鏡反射的激光光束通過所述的聚焦物鏡照射到樣品的激光直寫點上，當所述的觀察屏上的衍射圖案穩定時該激光直寫點已完成激光直寫。

所述的激光器采用小功率激光器；所述的第一光闌和所述的第二光闌的孔徑大小均可調，最小孔徑大小均為0.5mm，最大孔徑大小均為4mm；所述的光束整形系統的擴束倍數為4；所述的反射鏡的反射率為0.95；所述的聚焦物鏡的放大倍數為10～100倍。

所述的電控開關設置于所述的激光器、所述的第一光闌、所述的光束整形系統、所述的第二光闌、所述的反射鏡和所述的聚焦物鏡的任意兩者之間。

所述的精密電控三維位移平臺主要由X軸方向移動組件、Y軸方向移動組件和Z軸方向移動組件組成，所述的X軸方向移動組件、所述的Y軸方向移動組件和所述的Z軸方向移動組件均采用手動的微調位移器或電動微調位移器。

一種金屬納米顆粒微陣列芯片的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

①制備平均粒徑為1～20nm的金屬納米粒子顆粒；

②將步驟①所制備的金屬納米粒子顆粒均勻分散于有機溶劑中，制備成濃度為20～100mg/ml的金屬納米粒子顆粒溶膠；

③選取聚合物材料，并將聚合物材料完全溶解于有機溶劑中，制備成濃度為20～100mg/ml的聚合物溶膠；

④按1:1～1:4的體積比混合金屬納米粒子顆粒溶膠和聚合物溶膠，再通過攪拌、超聲處理得到金屬納米粒子顆粒均勻分散的復合溶膠；