[发明专利]基于MEMS的直接甲醇燃料电池被动式阳极及制作方法

权利要求书

1.基于MEMS的直接甲醇燃料电池被动式阳极，其特征在于：该阳极包括甲醇储存极板和水储存极板两块硅极板，分别用于储存甲醇和水；所述甲醇储存极板的正面为甲醇储存腔，背面设有甲醇输出孔，在甲醇储存腔与甲醇输出孔之间设置一层疏水化的多孔硅膜，传输甲醇并抑制水的反向传输；所述水储存极板的正面为水储存腔，背面为多个长条形沟道，并在水储存极板的背面设置一层电流收集层；所述甲醇储存极板的背面和水储存极板的正面由PDMS膜通过键合工艺组装到一起，构成完整的阳极结构。

2.根据权利要求1所述的基于MEMS技术的直接甲醇燃料电池被动式阳极，其特征在于：所述甲醇储存极板和水储存极板的材料为硅；所述电流收集层由Ti层、Cu层和Au层组成，或者由Ti层和Pt层组成。

3.基于MEMS技术的直接甲醇燃料电池被动式阳极结构制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制作水储存极板：

采用500um-550um厚的双面抛光的n型<100>晶向硅片，进行双面热氧化生长20-50nm厚的SiO₂，然后采用LPCVD双面淀积200-300nm厚的Si₃N₄；

采用双面光刻工艺，在正面生成水储存腔的图形，在背面生成电流收集图形，并用RIE刻蚀去除图形区域的Si₃N₄，用氢氟酸HF去除SiO₂；

采用质量分数为30-40％的KOH溶液在75-85℃，250-350W超声下进行体硅腐蚀，刻蚀直到穿透硅片。

在极板背面溅射金属厚度依次为20-40nm、500-800nm和100-200nm的Ti层、Cu层和Au层，或者溅射金属厚度依次为20-40nm和200-300nm的Ti层和Pt层作为电流收集层；

(2)制作甲醇储存极板：

采用500um-550um厚的双面抛光的n型掺杂的电阻率为0.001-0.02欧姆的<100>晶向硅片，进行双面热氧化生长20-100nm厚的SiO₂，然后采用LPCVD双面淀积200-300nm厚的Si₃N₄；

采用双面光刻工艺，在正面生成甲醇储存腔的图形，在背面生成甲醇输出孔的图形，并用RIE刻蚀去除图形区域的Si₃N₄，用氢氟酸去除SiO₂；

采用质量分数为30-40％的KOH溶液在75-85℃，250-350W超声下进行体硅腐蚀，直到留下的硅膜厚度为50-150um时停止；

采用阳极氧化法生长多孔硅，溶液采用体积比为3∶1-1∶1的氢氟酸与无水乙醇的混合溶液，电流密度为30-300mA/cm²，直到多孔硅产生穿孔；然后对硅片背面用ICP进行刻蚀，将剩余的部分硅刻蚀去除；

用70-100℃的5％-20％的HNO₃水溶液对硅片进行处理，处理时间为10-30分钟，使表面亲水；然后用0.0005mol/L-0.0015mol/L的十八烷基三氯硅烷的甲苯溶液在17.9-18.1℃下对多孔硅膜进行处理，处理时间为20-40分钟，使表面形成自组装单分子膜，从而使其表现为疏水；

(3)借助PDMS膜或者胶带粘合水储存极板和甲醇储存极板，构成完整的阳极结构。