[發明專利]一種捕獲微納米顆粒的仿生表面結構

有效

• 申請號: 201710241701.8
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN106990025B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 韓志武;張卡;陳文娜;張俊秋;陳道兵;王可軍;牛士超
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01N1/22
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

本發明公開了一種捕獲微納米顆粒的仿生表面結構，其是在元件表面上分布有仿生碗狀凸起單元體和沙漏狀內嵌凹坑結構的復合結構，仿生碗狀凸起單元體具有凹坑，凹坑的下部連通孔隙，孔隙與沙漏狀內嵌凹坑結構的下部連通；仿生碗狀凸起單元體中心位置具有孔隙；仿生碗狀凸起單元體呈傾斜狀態設置，沙漏狀內嵌凹坑結構頸部具有間隙。本發明的仿生碗狀凸起單元體中心部位的微小尺度的孔隙和漏狀內嵌凹坑結構與仿生碗狀凸起單元體底部的間隙，有利于捕獲微納米顆粒，并使該物質進入到沙漏狀內嵌凹坑結構底部。本發明能提高微納顆粒的收集效率。

技術領域

本發明涉及一種表面結構，特別涉及一種捕獲微納米顆粒的仿生表面結構。

背景技術

隨著我國經濟的快速發展，近年來全國多地被霧霾籠罩，二氧化硫、氮氧化物和揮發性有機物等細顆粒物PM2.5(大氣中直徑小于等于2.5微米的顆粒物)排放量大幅增加。霧霾天氣易使空氣的能見度變低，進而產生交通堵塞、交通事故頻發等問題。同時，空氣中的部分微納尺度的有害物質可以通過呼吸道和肺進入血液，嚴重危害人體健康。目前消除霧霾主要是通過人工降雨、空氣中噴灑霧霾吸附材料、建通風長廊等方法來降低空氣中懸浮物顆粒物的含量。但這些方法都有一定的缺點，如人工降雨影響市民的正常生活，空氣中噴灑霧霾吸附材料使用成本高、不能大規模推廣，建通風長廊除霧霾效果不明顯等。

同時通過傳感器對環境中有毒有害固體顆粒進行實時監測也很必要。傳感器技術一直是國際學術界研究的難點和熱點，穩定性好和靈敏度高是傳感器的兩大性能追求。市場上的傳感器的穩定性和靈敏度都不能滿足使用需求。研究表明，影響傳感器性能的主要因素是被測微納米顆粒與傳感器感應元件的接觸量以及接觸時間。目前國內外相關研究人員主要是從材料的角度出發，來提高傳感器感應元件的捕獲被測物質能力。但其制備工藝復雜，制備條件苛刻，不宜大范圍推廣。

發明內容

本發明的目的是提供一種捕獲微納米顆粒的仿生表面結構，本發明是基于蝎子櫛器表面的有序微納結構形態，該表面結構有利于提高微納顆粒的收集效率。

本發明是在元件表面上分布有仿生碗狀凸起單元體和沙漏狀內嵌凹坑結構的復合結構，仿生碗狀凸起單元體具有凹坑，凹坑的下部連通孔隙，孔隙與沙漏狀內嵌凹坑結構的下部連通；仿生碗狀凸起單元體中心位置具有孔隙；仿生碗狀凸起單元體呈傾斜狀態設置，；沙漏狀內嵌凹坑結構頸部具有間隙。

所述的仿生碗狀凸起單元體和沙漏狀內嵌凹坑結構的復合結構的排布方式為交錯陣列排布。

所述的仿生碗狀凸起單元體的凹坑的上口直徑為2～2.5um，仿生碗狀凸起單元體的高度H₃為2～2.5um；所述的沙漏狀內嵌凹坑結構的直徑為5～10um，沙漏狀內嵌凹坑結構的深度H₁為7～15um，沙漏狀內嵌凹坑結構的下部深度H₂為5～13um。

所述仿生碗狀凸起單元體的孔隙的直徑為0.6～0.8um。

所述仿生碗狀凸起單元體的中心軸線與水平方向的夾角θ為60～80°。

所述沙漏狀內嵌凹坑結構的間隙的寬度L₁為0.5～0.7um。

所述的仿生碗狀凸起單元體和沙漏狀內嵌凹坑結構的復合結構為交錯陣列排列時，相鄰復合結構之間的距離為，前后間距A為5～10um，左右間距B為5～10um。

本發明的仿生碗狀凸起單元體和沙漏狀內嵌凹坑結構的結構尺寸均為微米級；所述的仿生碗狀凸起單元體呈傾斜狀態排列，其傾斜方向與帶有微納米顆粒流動方向相反；仿生碗狀凸起單元體中心部位具有微納尺度的孔隙，且該孔隙與沙漏狀內嵌凹坑結構頸部相連；沙漏狀內嵌凹坑結構頸部和仿生碗狀凸起單元體底部有一定的間隙，該間隙能夠通過納米顆粒物質。

本發明的工作過程：