[发明专利]制造微纳尺寸同轴管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微纳材料制造领域，具体讲是一种制造微纳尺寸同轴管的方法。

背景技术

微纳结构是一种微米或纳米尺度的材料结构，微纳结构阵列是一种微米或纳米尺度的排列有序的材料结构，材料可以是金属、陶瓷、半导体或有机材料，具有特定的电学、磁学、光学和力学特性及功能，应用于各种微电子和光电芯片制造、精密机械加工及医学器材领域。而微纳尺寸同轴管特指在微米和纳米尺度的金属、半导体或陶瓷同轴管结构。

     微区电解沉积技术是一种基于扫描探针技术（SPT）的微纳加工技术，其原理是采用口径在微纳尺寸的微电解导管作为电解液的补给源，实现微区电化学沉积生长。微区电解沉积系统由计算机和电路放大器、压电杆（或精密马达和驱动轴）、微电解导管及充于微电解导管中的电解液组成。计算机和电路放大器提供并控制三路电压输出, 每路电压驱动一个压电杆（或精密马达）,改变三路电压输出值就可以使固定于X、Y、Z轴的三根压电杆（或马达驱动轴）交点处的微电解导管作三维运动，同时控制微电解导管中电解液的电位进行材料的微区电沉积，实现三维微纳结构的电沉积生长；工作原理类似于3D打印机，可参考专利US7955486。

微区电解沉积技术由于结合了SPT 类似的压电控制技术，可以对材料生长位置（即微电解导管出口点）在三维空间进行高精度控制, 如: 在导电的硅衬底上生长有序排列的纳米金属柱等。因此，微区电解沉积技术是一种新颖的三维直写式微纳结构生长技术，可用于制造三维微纳结构及其阵列。

 微电解导管是微区电解沉积系统（采用了微区电解沉积技术的系统）的关键部件，目前使用的微电解导管均为玻璃拉制的普通单层管，生长过程中直接形成的是实心的柱状或丝状微纳结构。当用上述技术制备管状结构时，目前采用三维书写丝状绕制的方法，其效率和控制精度低。

 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服以上现有技术的不足，提供一种高效率、高控制精度的用普通单层玻璃微电解导管直接制备微纳尺寸同轴管的方法。

本发明的技术解决方案如下：一种制造微纳尺寸同轴管的方法，它包括以下步骤:

1）提供一个导电基板和三个不同尺寸内径(D1, D2, D3) 的用于微区电解沉积的微电解导管，且D1<D2<D3；

2）采用微区电解沉积系统，用内径为D1 的微电解导管在导电基板上电沉积A材料的柱状结构，柱的直径为D1； 

3）围绕直径为D1的A材料的柱状结构，用内径为D2的微电解导管在导电基板上电沉积与直径为D1的A材料的柱状结构同轴的B材料的直管状微纳结构；由于内芯有直径为D1的A材料的柱状结构, 所以单独看B材料的结构为直管状微纳结构,整体上看B材料的直管状微纳结构包覆在A材料的柱状结构上形成外层为B材料内芯为A材料的实心柱结构。

4）围绕步骤3）中制得的外径为D2的B材料直管状微纳结构，用内径为D3的微电解导管在导电基板上用材料A电沉积与B材料直管状微纳结构同轴的直管状微纳结构，即得到微纳尺寸同轴管。由于内芯有外层为B材料内芯为A材料的实心柱结构, 所以单独看A材料的结构为直管状微纳结构,整体上看是含有B材料夹心层的A材料的实心柱结构。

所述的D1为10nm-200μm；所述D2为50nm-200μm， D3为100nm-500μm，其中D1<D2<D3。

作为优选，微纳尺寸同轴管端部平整，所述微纳尺寸同轴管的长度为100nm-1cm。

作为优选，可根据需要利用A材料和B材料的可溶性差异将B材料的直管状微纳结构溶解或利用A材料和B材料的化学特性差异将B材料的直管状微纳结构腐蚀，得到由材料A内芯柱、空心层以及与材料A内芯柱同轴的材料A套管组成的带空心层的微纳尺寸同轴管。

作为优选，可根据需要采用由多个微电解导管排列而成的阵列按照步骤1）至步骤4）的方法，在导电基板上同步制造出微纳尺寸同轴管阵列。

本发明的有益效果是：与三维书写丝状绕制的方法制备管状结构相比，该技术有更高的效率和控制精度，可应用于制备微纳尺寸的同轴电缆传输线等微型电子部件。可采用由多个微电解导管排列而成的微电解导管阵列同时按照步骤1）至步骤5）的方法，在导电基板上生长制造微纳尺寸同轴管阵列，进一步提高了效率和控制精度；本发明还可以根据本技术方案的方法制造包含更多层结构的微纳尺寸同轴管及其阵列满足不同需求。

附图说明

图1为本发明微电解导管的结构示意图。

图2为本发明导电基板和A材料柱状结构示意图。