[發明專利]一種三維微納結構器件的制備裝置及方法

有效

• 申請號: 201710063600.6
• 申請日: 2017-02-03
• 公開（公告）號: CN106801248B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 任山;孟嘉欣;洪瀾;孟躍中;肖敏;王拴緊;韓冬梅
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C25D19/00
• 分類號: C25D19/00;C25D3/02;C25D5/04;C25D21/12
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳燕嫻

1.一種三維微納結構器件的制備裝置，其特征在于：包括微型電鍍管、容器、待鍍三維微納結構器件生長的襯底、三軸移動裝置、電源以及控制系統；

所述微型電鍍管內裝有電鍍液，所述容器內裝有與電鍍液不相溶的液體，所述襯底放置在容器內，所述電鍍液為待鍍三維微納結構器件的電鍍液，所述微型電鍍管浸入在容器內的液體中；

所述電鍍液和襯底分別與電源連接，通過微型電鍍管中的電鍍液在襯底上實現三維微納結構器件的電鍍；所述三軸移動裝置與控制系統連接，用于控制微型電鍍管與襯底之間的相對位置以及移動速度。

2.根據權利要求1所述的一種三維微納結構器件的制備裝置，其特征在于：所述微型電鍍管包括微型管、參比電極和對電極，所述微型管內裝有電鍍液、參比電極和對電極，對電極與電源正極連接；所述襯底可水平放置、傾斜放置或豎直放置，該襯底為工作電極，與電源負極連接；所述微型電鍍管與襯底之間相互垂直或成一傾斜的角度。

3.根據權利要求2所述的一種三維微納結構器件的制備裝置，其特征在于：所述微型管的材質采用玻璃、石英、鉑、不銹鋼、鈦、銀或待鍍金屬；所述參比電極為浸入電鍍液中的獨立電極，采用甘汞電極、銀-氯化銀電極、銅-硫酸銅電極、醌氫醌電極或固體參比電極；所述對電極為浸入電鍍液中的獨立電極或鍍在微型管內表面的薄膜，對電極采用金、銀、鉑、不銹鋼、鈦、石墨或待鍍金屬制成的電極。

4.根據權利要求2所述的一種三維微納結構器件的制備裝置，其特征在于：所述微型管的管口橫切面直徑在10nm-1mm之間，管口的類型包括階梯狀管口、平面狀管口、斜口管口和尖口管口，管口截面形狀包括圓形、橢圓形和多邊形。

5.根據權利要求1所述的一種三維微納結構器件的制備裝置，其特征在于：所述電鍍液為水相電鍍液或油相電鍍液，當電鍍液為水相電鍍液時，容器內的液體為與水相電鍍液不相溶的有機液體，當電鍍液為油相電鍍液時，容器內的液體為與油相電鍍液不相溶的水性液體。

6.根據權利要求5所述的一種三維微納結構器件的制備裝置，其特征在于：所述有機液體為烴類液體、醚類液體、酯類液體、硅油、礦物油或油脂。

7.根據權利要求1所述的一種三維微納結構器件的制備裝置，其特征在于：所述電鍍液為待鍍金屬及其合金、半導體材料、高分子材料和復合材料的電鍍液；其中，所述復合材料為金屬、半導體和高分子之間的復合材料。

8.根據權利要求7所述的一種三維微納結構器件的制備裝置，其特征在于：所述電鍍液中加入表面活性劑，表面活性劑的類型包括陰離子型、陽離子型、兩性離子型和非離子型活性劑。

9.根據權利要求1-8任一項所述的一種三維微納結構器件的制備裝置，其特征在于：所述控制系統控制微型電鍍管與襯底之間的相對移動，具體包括：

a、控制微型電鍍管在x、y、z三個相互垂直方向上移動，而襯底保持靜止狀態；

b、控制襯底在x、y、z三個相互垂直方向上移動，而微型電鍍管保持靜止狀態；

c、控制微型電鍍管在相互垂直的x、y、z三軸其中一個方向上移動，而襯底在另外兩個方向構成的平面上移動；

d、控制襯底在相互垂直的x、y、z三軸其中一個方向上移動，而微型電鍍管在另外兩個方向構成的平面上移動；

所述三軸移動裝置的移動精度控制在微米和納米尺度。

10.一種三維微納結構器件的制備方法，其特征在于：

所述方法包括以下步驟：

1)清洗微型管和待鍍三維微納結構器件生長的襯底，去除油脂、氧化層和附著物；

2)配制與待鍍三維微納結構器件材料對應的電鍍液；

3)將襯底放置在容器內的底部，在容器內裝入與電鍍液不相溶的液體，并將微型管浸入在容器內的液體中；

4)將工作電極連接至襯底，電鍍液裝入微型管中，參比電極和對電極浸入電鍍液中；

5)接通電源，按照待鍍三維微納結構器件的形狀移動三軸移動裝置，開始電鍍三維微納結構器件；

6)三維微納結構器件電鍍完成后停止通電，取出襯底及襯底上的三維微納結構器件，對三維微納結構器件進行剝離，去除三維微納結構器件上的液體，完成三維微納結構器件的制備；

或所述方法包括以下步驟：

1)清洗微型管和待鍍三維微納結構生長的襯底，去除油脂、氧化層和附著物；

2)配制與待鍍三維微納結構材料對應的電鍍液，并將對電極鍍在微型管的內表面；

3)將襯底放置在容器內的底部，在容器內裝入與電鍍液不相溶的液體，并將微型管浸入在容器內的液體中；

4)將工作電極連接至襯底，電鍍液裝入微型管中，參比電極浸入電鍍液中；

5)接通電源，按照待鍍三維微納結構器件的形狀移動三軸移動裝置，開始電鍍三維微納結構器件；

6)三維微納結構器件電鍍完成后停止通電，取出襯底及襯底上的三維微納結構器件，對三維微納結構器件進行剝離，去除三維微納結構器件上的液體，完成三維微納結構器件的制備。