[發(fā)明專利]微色譜柱及制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110087284.2
• 申請(qǐng)日: 2021-01-22
• 公開（公告）號(hào): CN112816608A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮飛;陳泊鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G01N30/60
• 分類號(hào): G01N30/60
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

本發(fā)明提供一種微色譜柱及制備方法，微色譜柱包括襯底、微溝道及橢圓微柱陣列，可使得微柱后的“準(zhǔn)零流速區(qū)”的區(qū)域大大縮小；可在增加橢圓微柱數(shù)量的同時(shí)調(diào)整橢圓微柱的短軸長(zhǎng)度q，以在保持微溝道的寬度w及微溝道的有效寬度d不變的前提下，可有效提高柱內(nèi)表面積，同時(shí)可有效解決因微柱數(shù)量的增加而帶來的柱前壓力升高的問題；通過在沿微溝道的寬度方向上，將n列橢圓微柱之間、橢圓微柱與微溝道的側(cè)壁之間設(shè)計(jì)成具有不同的間距，可進(jìn)一步的緩解載氣流速不均的問題，以進(jìn)一步的使得柱內(nèi)的流速分布均勻；本發(fā)明的微色譜柱結(jié)構(gòu)和制備工藝簡(jiǎn)單，可提高微色譜柱的功效、減小供氣系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，有利于便攜式應(yīng)用，使得微色譜柱具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及一種微色譜柱及制備方法。

背景技術(shù)

色譜柱是氣相色譜儀的重要部件之一，在整個(gè)系統(tǒng)中起到對(duì)混合氣體分離的作用，其性能的優(yōu)劣直接影響整個(gè)分析儀器的分析效果。色譜柱的分離效果主要依靠溝道內(nèi)表面涂敷的固定相，固定相對(duì)不同氣體的吸附和脫附能力不同，導(dǎo)致不同的待測(cè)氣體組分在溝道中的流動(dòng)速度不同，最終不同氣體組分在不同時(shí)間到達(dá)色譜柱出口，實(shí)現(xiàn)混合氣體的分離。

傳統(tǒng)的氣相色譜柱包括毛細(xì)管柱、填充柱等，由于體積較大，需要專門的柱溫箱為其加熱，其功耗達(dá)幾千瓦，因此為了實(shí)現(xiàn)氣相色譜儀的微型化，氣相色譜柱的微型化至關(guān)重要。

隨著微電子技術(shù)的提高，在硅片上制備微型色譜柱的技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，解決了傳統(tǒng)的色譜柱體積大、功耗高等問題。由于微色譜體積較小，可涂敷固定相的表面積也很小，分離性能有所下降，因此一種被命名為半填充柱的新型微色譜柱結(jié)構(gòu)被提出，所謂半填充柱即是在微色譜柱的溝道中植入規(guī)則排列的微柱結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)能夠大幅提高微色譜柱的內(nèi)表面積，但為了進(jìn)一步的提高半填充柱的柱內(nèi)表面積，研究人員通常采用增加微柱數(shù)量的方式，但該方式由于增加了微柱的數(shù)量，從而會(huì)導(dǎo)致半填充柱的柱前壓力大幅增加，從而需要額外的增大柱前壓力才能讓氣體良好的通過微色譜柱的溝道，這無疑增加了載氣需求，而在便攜式應(yīng)用中需要盡可能降低對(duì)載氣的需求。

因此，提供一種微色譜柱及制備方法，實(shí)屬必要。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種微色譜柱及制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中微色譜柱難以滿足柱內(nèi)表面積與柱前壓力的協(xié)調(diào)的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種微色譜柱，所述微色譜柱包括：

襯底；

微溝道，所述微溝道位于所述襯底中，所述微溝道的寬度為w，所述微溝道的有效寬度為d；

橢圓微柱，所述橢圓微柱位于所述微溝道中，在沿所述微溝道的寬度方向上包括間隔排布的n列所述橢圓微柱，在沿所述微溝道的延伸方向上包括間隔排布的m行所述橢圓微柱，以構(gòu)成n×m橢圓微柱陣列，且所述橢圓微柱的長(zhǎng)軸方向與所述微溝道的延伸方向平行，所述橢圓微柱的短軸方向與所述微溝道的寬度方向平行，所述橢圓微柱的短軸長(zhǎng)度q＝(w-d)/n。

可選地，在沿所述微溝道的寬度方向上，相鄰的n列所述橢圓微柱等間距排布。

可選地，在沿所述微溝道的寬度方向上，n列所述橢圓微柱之間具有不同的間距，且沿所述微溝道的中心向所述微溝道的側(cè)壁的延伸方向上所述間距逐漸減小。

可選地，在沿所述微溝道的寬度方向上，相鄰的n列所述橢圓微柱的間距小于位于邊緣的所述橢圓微柱與所述微溝道的側(cè)壁間的間距。

可選地，所述微溝道的寬度w為100μm～600μm，所述微溝道的有效寬度d為50μm～300μm，所述橢圓微柱的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度p為10μm～150μm，所述橢圓微柱的短軸長(zhǎng)度q為5μm～75μm，所述橢圓微柱的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度p與所述橢圓微柱的短軸長(zhǎng)度q的比為3:2～30:1。