[發明專利]一種石墨烯基雙晶態微執行器的制備方法

在審

• 申請號: 201810893331.0
• 申請日: 2018-08-07
• 公開（公告）號: CN108900111A
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 朱授恩
• 申請（專利權）人: 同天（福建）石墨烯科技有限公司
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00
• 代理公司: 北京和聯順知識產權代理有限公司 11621
• 代理人: 李素紅

本發明涉及微執行器技術領域，具體涉及一種石墨烯基雙晶態微執行器的制備方法，包括以下步驟：a)在Ni/SiO₂/Si襯底上合成石墨烯薄膜；b)在石墨烯上通過熱蒸發沉積金層；c)采用常規光刻技術，在Ni層上刻蝕出石墨烯蛇紋狀微加熱器；d)采用環氧光刻在金層與石墨烯蛇紋狀微加熱器上形成懸臂梁；e)采用環氧光刻在懸臂梁上形成支撐體；f)使用緩沖氧化蝕刻劑浸泡處理去除SiO₂/Si層；g)將環氧/石墨烯/金/鎳層轉移到氯化鐵溶液中浸泡5分鐘；h)將得到的懸臂芯片用去離子水清洗；本發明制造的微執行器具有能耗低、位移大和響應快的優點；此外，該微執行器的制備工藝合理，與傳統的批量微加工步驟兼容性好，易于實施，適于批量生產。

技術領域

本發明涉及微執行器技術領域，具體涉及一種石墨烯基雙晶態微執行器的制備方法。

背景技術

石墨烯是最薄的彈性材料，具有優異的電學和力學性能，是各種設備應用的理想宿主相比于常規材料，石墨烯還具有特殊熱膨脹系數(CTE)(加熱收縮)，因此，當薄薄的石墨烯與二元材料耦合的地方構件受熱，不對稱的熱機械響應可能會導致大的雙晶形驅動。

微執行器，它可以將電能直接轉換成機械能在仿生應用包括昆蟲型運動，飛行機器人，魚型機械手方面引起人們的廣泛關注。這些微執行器是為了復制自然的重要肌肉特征，如反應速度、位移和可控性。目前出現的微執行器需在高溫度和高壓的條件下才能運行，該種特殊條件限制了他們的應用范圍。另一方面，聚合物基軟致動器，包括介電彈性體、共軛聚合物和聚合物凝膠有一些優點，如適應性強，重量輕，透光性好。然而，聚合體軟致動器的響應速度慢，壽命周期短，能量轉換效率低，限制了其性能。更重要的是，它們的制造方法存在困難。大多數列出的材料需要后處理步驟或組裝方法，這些步驟與傳統的批量微加工步驟不兼容。因此，在低電壓下開發大位移和快速響應的致動器材料以及開發一種兼容的制造方法具有重要的意義。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種石墨烯基雙晶態微執行器的制備方法，所制備出的微執行器具有能耗低、位移大和響應快的優點；此外，該微執行器的制備工藝合理，與傳統的批量微加工步驟兼容性好，易于實施，適于批量生產。

為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：

一種石墨烯基雙晶態微執行器的制備方法，包括以下步驟：

a)在Ni/SiO₂/Si襯底上合成厘米級石墨烯薄膜；

b)在石墨烯上通過熱蒸發沉積20-100nm金層，確定四個電極；

c)采用常規光刻技術，用O₂等離子體進行離子刻蝕(RIE)，在Ni層上刻蝕出石墨烯蛇紋狀微加熱器；

d)采用環氧光刻在金層與石墨烯蛇紋狀微加熱器上形成懸臂梁；

e)采用環氧光刻在懸臂梁上形成支撐體；

f)使用緩沖氧化蝕刻劑(BOE)浸泡處理去除SiO₂/Si層，得到環氧/石墨烯/金/鎳層；

g)將除去SiO₂/Si層后的環氧/石墨烯/金/鎳層轉移到FeCl₃溶液中浸泡5分鐘，除去鎳層，得到石墨烯-有機薄膜結構的懸臂芯片；

h)將得到的懸臂芯片用去離子化(DI)水清洗；

i)將清洗后的懸臂芯片金層朝上放置于玻璃基片上進行測量。

優選的，步驟a)石墨烯薄膜的平均層數為2-12層。

優選的，步驟a)中Ni層與SiO₂/Si層的厚度均為300nm。

優選的，步驟d)中懸臂梁的長、寬、高分別為180μm、200μm、3.4μm。