[發明專利]一種基于二維材料的微流通道的制備方法和微流控制器件

有效

• 申請號: 202110280105.7
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN113058665B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 郭玉拓;張廣宇;時東霞;楊蓉
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 北京市正見永申律師事務所 11497
• 代理人: 黃小臨;馮玉清

提供了一種基于二維材料的微流通道的制備方法及微流控制器器件。根據一實施例，該制備方法包括如下步驟：在襯底上生長二維材料薄膜，然后在二維材料薄膜上沉積保護層，最后通過磁控濺射繼續沉積一定厚度的無機薄膜。當遇到水等激發源時，薄膜中的應力將得以部分釋放并產生形變，從而在二維材料和襯底的界面處產生中空結構的微流通道。不僅操作簡便而且制備的微流通道內壁具有原子級平整的表面，有利于液體在微流管道中的傳輸。

技術領域

本申請屬于微流器件與工藝技術領域，更具體地，涉及一種基于二維材料的微流通道制備方法和在微流控制器件的具體應用。

背景技術

微流控系統在分析領域有巨大的應用前景，通過微流控系統對樣品進行分析和處理具有高分辨率和高靈敏度的優勢，同時通過微流控系統可以大幅節省樣品和試劑的用量，降低分析成本及縮短分析時間。具有這些優勢的微流控系統目前已經在生命科學、化工、以及環境監測和國防科學等領域發揮了重大作用。

微流通道是微流控系統的重要組成部分，目前多使用高聚物如PDMS以及氧化硅、氮化硅等硅基材料作為微流通道的組成材料，但是基于這些材料構建微流通道時往往需要使用光刻、離子束加工等較為復雜的加工方法。此外，通過傳統方法加工的微流通道的內壁比較粗糙，當微流通道的尺寸較小時，這些粗糙的微流通道壁將對流體在微流通道中的傳輸造成不利影響。另外，目前也有利用碳管以及刻蝕出的石墨烯溝道作為流體傳輸通道的方法，但是面臨著可控性差，加工過程繁瑣的問題。

發明內容

鑒于此，本發明的目的在于提供一種微流通道的制備方法，其利用二維材料而制備出具有原子級平整內壁的微流通道。通過本發明的方法可方便快捷地構建一種微流控制器件。

本發明的一方面提供了一種基于二維材料的微流通道的制備方法，該方法包括以下步驟：

在襯底上獲得二維材料；

在所述二維材料上沉積無機薄膜；以及

釋放所述無機薄膜中的應力使得所述二維材料產生形變，從而在所述二維材料和所述襯底的界面之間形成微流通道。

在一些示例中，所述襯底包括藍寶石、氮化硅或銅箔。

在一些示例中，所述方法還可包括：在所述生長二維材料前，對所述襯底進行預處理，以使得所述襯底的表面平整。

在一些示例中，所述二維材料包含單層或多層的二維材料。

在一些示例中，所述在襯底上獲得二維材料包括：通過沉積方法、外延方法或析出方法在所述襯底上生長二維材料，或者將二維材料轉移到所述襯底上。

在一些示例中，所述無機薄膜包含硅、金屬或金屬氧化物。

在一些示例中，所述方法還可包括：在所述二維材料上沉積無機薄膜之前，在所述二維材料上沉積保護層。

在一些示例中，所述方法還可包括：對所述無機薄膜進行圖案化處理以控制所述微流通道形成的區域和方向。

在一些示例中，所述釋放所述無機薄膜中的應力使得所述二維材料產生形變包括：將所述薄膜置于潮濕環境中或者將所述薄膜與水接觸從而激發所述二維材料產生形變。

本發明的另一方面提供了一種微流控制器件，其包括：襯底；二維材料，其布置在所述襯底上；無機薄膜，其布置在所述二維材料上方；以及微流通道，該微流通道形成在所述二維材料和所述襯底的界面之間。