[發(fā)明專利]一種基于微納結(jié)構(gòu)陣列表面的流體壓力傳感器及其制備方法

有效

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• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112326100B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張俊虎;于年祚;楊柏
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: G01L11/02
• 分類號: G01L11/02
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 劉世純

1.一種基于微納結(jié)構(gòu)陣列表面的流體壓力傳感器的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：

(1)、微條帶納米柱復(fù)合結(jié)構(gòu)表面初始基片的處理：將基片置于丙酮中超聲清洗三遍，每次1-2min，再用無水乙醇清洗三遍，每次1-2min，之后用去離子水超聲清洗至無有機(jī)溶劑殘留；隨后對基片進(jìn)行酸性氧化處理，之后用去離子水清洗至無酸液，存放于去離子水中待用；

(2)、將步驟(1)所得的基片置于氧等離子體清洗機(jī)中清洗5-10min，使其表面接枝上羥基，再在基片表面旋涂一層光刻膠；隨后將基片置于微米級條帶陣列掩模板下紫外曝光10-30s，再將基片置于顯影液中浸泡10-30s，得到微米級條帶陣列圖樣的光刻膠表面；將所得的微米級條帶陣列圖樣的光刻膠表面置于等離子刻蝕機(jī)腔體中，刻蝕時間為2-20min；將基片置于無水乙醇中超聲清洗5-10min，再用去離子水超聲清洗5-10min，得到形貌微米級條帶陣列結(jié)構(gòu)表面；

(3)、將步驟(2)所得的微米級條帶陣列結(jié)構(gòu)表面置于氧等離子體清洗機(jī)中清洗5-10min，使其表面接枝為羥基，再將基片置于在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-5％的聚二烯丙基二甲基氯化銨溶液中浸泡2-10min，用去離子水超聲清洗2-5min，使基片表面帶有正電荷；之后將基片放于負(fù)電性納米粒子溶液中浸泡5-60min，得到吸附有致密納米粒子的微條帶表面；將吸附有致密納米粒子的微條帶表面置于等離子刻蝕機(jī)腔體中，刻蝕時間為10-120s，隨后浸泡于金屬納米粒子刻蝕液中2-10min，用去離子水超聲清洗1-3min，得到微條帶納米柱復(fù)合結(jié)構(gòu)表面；再通過氣相沉積法使復(fù)合結(jié)構(gòu)表面接枝疏水材料，便在基片表面上得到疏水的微條帶納米柱復(fù)合結(jié)構(gòu)陣列；

(4)、將帶有均勻鉻膜和光刻膠層的玻璃板置于微孔道掩膜版下紫外燈曝光10-30s，所述光刻膠層在下層，鉻膜在上層，再將玻璃板置于顯影液中浸泡10-30s，得到圖案化光刻膠的旋有鉻層的玻璃表面；之后置于鉻刻蝕液中浸泡2-5min除去表面鉻層，得到帶有圖案化的鉻層的玻璃表面；將帶有圖案化的鉻層的玻璃表面置于玻璃刻蝕液中浸泡20-120min即得到微孔道模具；將聚二甲基硅氧烷預(yù)聚體與固化劑按質(zhì)量比10：0.8-1.0的比例混合均勻，真空脫氣10-30min后，傾倒至微芯片孔道模具表面，置于溫度為60-100℃的烘箱中，固化3-10h，將其揭起便得到了PDMS微流體孔道；將所得到的微流體孔道與步驟(3)中制備的微條帶納米柱復(fù)合結(jié)構(gòu)陣列表面低溫鍵合到一起便得到了基于微條帶納米柱復(fù)合結(jié)構(gòu)陣列表面的流體壓力傳感器，即通過致密的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計實現(xiàn)流體壓力傳感器的制備；

步驟(4)中使用的鉻刻蝕液為硝酸鈰銨和硝酸按體積比為6％的混合溶液；

步驟(4)中使用的微孔道為由梯形、長方形或多邊形相連形狀組成的微芯片孔道模型，各形狀的大小和相對位置是根據(jù)所需要測量流體壓力范圍和靈敏度計算得出的；

步驟(4)中所述的低溫鍵合，鍵合時間不小于2d，鍵合溫度不超過60℃。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于微納結(jié)構(gòu)陣列表面的流體壓力傳感器的制備方法，其特征在于，步驟(1)中使用的基片為玻璃載玻片、石英片、單晶硅片或PDMS基片。

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于微納結(jié)構(gòu)陣列表面的流體壓力傳感器的制備方法，其特征在于，步驟(2)中使用的光刻膠為正性光刻膠BP212-37s、BP212-45或負(fù)性光刻膠SU-8；

步驟(2)中使用的微條帶掩模板為鉻層圖案化和菲林打印掩膜版，其中，微條帶圖案由多條微米級線寬平行線排布構(gòu)成，微米線的數(shù)量和間距是根據(jù)需要計算和實驗測量設(shè)計得出的。

4.如權(quán)利要求1所述的一種基于微納結(jié)構(gòu)陣列表面的流體壓力傳感器的制備方法，其特征在于，步驟(2)和(3)中刻蝕氣壓為0-20mTorr，刻蝕溫度10-20℃，刻蝕基底氣體流速10-50sccm，刻蝕功率為RF為0-400W，ICP為0-400W，刻蝕氣體為氧氣、三氟甲烷/六氟化硫、三氟甲烷/氬氣單獨氣體或多組分混合氣體。