[發明專利]一種利用激光技術制備微納米線的方法及其應用

有效

• 申請號: 202010045587.3
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111175353B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 孫洪波;代云志;夏虹
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;B82Y15/00;B82Y40/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純

本發明公開了一種利用激光技術制備微納米線的方法及其應用，屬于微納傳感器制備技術領域，通過將微量的金屬氧化物納米粒子顆粒分散在去離子水溶劑中，在強力超聲30分鐘下，納米顆粒形成具有一定穩定性的膠體溶液，激光與膠體溶質納米顆粒作用，最終在電極上形成編程可控的具有高縱橫比的金屬氧化物微米線。其主要原理為，利用激光與納米顆粒作用，使得激光的動量發生改變，最終形成的效果是納米顆粒聚集在激光焦點附近，由于納米顆粒吸收光能后大部分以熱量的形式散發，使得顆粒熔接在電極襯底上。利用激光誘導沉積的方法能夠快速獲得可控的、均勻的高縱橫比金屬氧化物微米線，在微機械器件的應用方面具有巨大的應用潛力。

技術領域

本發明屬于微納傳感器制備技術領域，具體涉及通過將金屬氧化物納米粒子誘導沉積成任意二維圖案化的、具有高縱橫比的金屬氧化物微納米線以及多納米孔微納米結構，從而獲得具有對被檢測物的快速響應和高靈敏度的化學電阻式傳感器元件。

背景技術

隨著微納傳感器件的迅速發展，微納傳感器作為無人機高空氣體探測、電子膠囊，植入式微傳感和可穿戴器件等的基礎組件，顯示出越來越重要的應用價值。基于金屬氧化物制備氣體傳感器是當前主流的、成熟的材料，這是由于金屬氧化物穩定的理化性質，價格低廉等優點。然而目前利用金屬氧化物制備微納傳感器缺少相關研究，主要是由于缺乏靈活的加工手段和簡單的制備流程。

目前，化學氣相沉積法利用高溫將金屬蒸發并氧化，使得蒸汽冷凝沉積于附有掩膜版的的電極上，再除去掩膜版得到單根微納米線結構金屬氧化物傳感器。聚焦離子束法(FIB)可以將化學合成的纖維形貌的金屬氧化物固定在電極上，可以實現單根微納米線的氣體傳感器。靜電紡絲法通過在接收電極上加上縱向高電壓，使得單根纖維恰好落在接收電極之間，或者利用步進電機操控接收板的位置達到控制纖維沉積位置，在后期涂上一層電極來實現微納傳感器的制備。然而，現有技術主要過于依賴材料的化學合成和制備，面臨著制備過程能耗高、操作復雜、反應時間長、成本高等問題限制基于金屬氧化物微納傳感器可選擇的種類和應用，無法滿足生物醫藥和機械上對多種氣體檢測的要求。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明要解決的技術問題是：提供一種利用激光技術制備微納米線的方法。即利用激光誘導沉積作用精準直寫金屬氧化物微納米線。通過將微量的金屬氧化物納米粒子顆粒分散在去離子水溶劑中，在強力超聲30分鐘下，納米顆粒形成具有一定穩定性的膠體溶液，激光與膠體溶質納米顆粒作用，最終在電極上形成編程可控的具有高縱橫比的金屬氧化物微納米線。其主要原理為，利用激光與納米顆粒作用，使得激光的動量發生改變，最終形成的效果是納米顆粒聚集在激光焦點附近，由于納米顆粒吸收光能后大部分以熱量的形式散發，使得顆粒熔接在電極襯底上。

本發明通過如下技術方案實現：

一種利用激光技術制備微納米線的方法，具體步驟如下：

(1)、電極的制備；

具體步驟為：首先，將干凈的玻璃使用去離子水和無水乙醇交替用棉球擦拭六次，在封閉空間內自然陰干；然后在其上烘烤蒸發貴金屬納米層，再使用尖銳刀片劃開貴金屬層使其形成一道溝道，寬度為80-120微米；隨后檢測溝道兩側是否導電，確認不導電后便得到可用電極；

(2)、納米顆粒膠體溶液形成；

具體步驟為：首先，將適量的金屬氧化物納米顆粒分散在去離子水中置于超聲機中超聲30min；然后，對獲得的膠體溶液進行封裝處理備用；

(3)、激光誘導；

具體步驟為：首先，取微量0.03-0.1mL金屬氧化物納米顆粒膠體溶液滴在預先制備好的電極上，使膠體溶液落在電極溝道兩端之間；然后，利用電腦程序控制激光直接與膠體溶質作用，誘導制備微納米線；最后，用去離子水沖洗四到六次，在襯底上可得到由金屬氧化物納米顆粒組裝成的編程可控的高縱橫比金屬氧化物微納米線。