[發明專利]一種電沉積書寫系統及直寫式制備金屬微納結構的方法

在審

• 申請號: 202011152080.4
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112458507A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 明平美;李玉婷;周濤;鄭興帥;閆亮;牛屾;張云燕;肖有平;李士成;王文凱;張亞楠
• 申請（專利權）人: 河南理工大學;南通美精微電子有限公司
• 主分類號: C25D5/04
• 分類號: C25D5/04;C25D17/12;C25D21/10;C25D21/12;C25D5/02
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本發明涉及一種電沉積書寫系統，包括書寫筆、電沉積電源、陰極基底、工作臺等。所述的電沉積書寫系統由惰性金屬絲、書寫筆、電解液、電沉積電源、陰極基底構成；所述的書寫筆包括中空狀書寫筆桿、中空狀書寫筆頭、陶瓷球珠；所述的陶瓷球珠為圓球狀，鑲嵌于中空狀書寫筆頭中，電解液隨陶瓷球珠轉動由四周流下。一種直寫式制備金屬微納結構的方法，基于該系統，陶瓷球珠在陰極基底滾過的路徑上電沉積出金屬微納結構。本發明結構簡單、成本低、易于操控。本發明所制備的金屬結構寬度易于調整、沉積質量高。此外，本發明適用性強，可在任意形狀的陰極基底表面上制備復雜形狀的金屬微納結構。

技術領域

本發明涉及一種電沉積系統與電沉積制備微納結構的方法，尤其涉及一種電沉積書寫系統及直寫式制備金屬微納結構的方法。

背景技術

金屬微納結構是微納制造的主要對象之一。在金屬表面構筑微納米結構，能賦予這些表面某些獨特的功能或特性，例如：降摩減阻、提高傳熱效率、改善生物兼容性、改變潤濕狀態，等等。

電化學微納加工技術以其工藝溫度低、可加工材料范圍廣、無熱/力致缺陷等特點，在微納制造領域中有極其重要的地位。按加工原理分，電化學微納加工可分為微細電解加工（基于陽極溶解原理）和電沉積微加工（基于陰極電沉積原理）。電沉積微加工是通過逐層累加金屬層方式實現加工成形的，包括掩膜電沉積微加工與無掩膜電沉積微加工兩種。因為電沉積過程中材料是以離子尺度進行轉移的，理論上，電沉積微加工能獲得極高的加工精度，具備制備極微細金屬結構的潛能。相比而言，無掩膜電沉積微加工在制造復雜形狀微納結構方面更有優勢。其原因是，無掩模電沉積無需掩模和支撐結構，不存在掩模（板）和支撐結構的制作、疊放、去除等工序，因而具有工藝過程簡單且可在導電基板任意位置沉積的優勢。同時，無掩膜電沉積過程中沉積區域內基本不存在電解液傳質問題，其特有的微區域內“直寫”連續電沉積方式，使得該技術更適于制作較高成形精度、高深/寬比、結構復雜的三維金屬微結構。因此，基于無掩模電沉積原理的電化學微增材制造技術是近年來的研究熱點之一。典型的無掩膜電沉積微加工技術有：局域生長電沉積、微液柱電沉積、射流電沉積和月牙形電解液約束三維電沉積成形。