[发明专利]微气泡发生器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微机电系统技术领域，更具体地，涉及一种微气泡发生器及其制备方法。

背景技术

微气泡发生器由基底、加热元件和电极三部分组成，固定于电极间的加热元件产生的巨大焦耳热使液体加热而产生气泡。微气泡发生器不仅是热气泡式热喷印系统的核心，而且还可以作为气泡致动器、气泡阀和气泡动力泵等广泛应用于MEMS领域和微流体系统中。例如，微气泡发生器产生气泡驱动液体在毛细管道中流动，作为致动器用于微生物混合系统，以及捕获微生物颗粒等。

现有的微气泡发生器都采用或部分采用金属材料，器件的功耗较高，同时，由于金属材料在液体环境下容易受到电化学腐蚀，器件的使用寿命不长。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种微气泡发生器及其制备方法，以碳纳米管为加热组件，以石墨烯为电极材料，克服了传统金属电极微气泡发生器功耗高、易腐蚀的缺点，降低了微加热器的接触电阻，从而降低了微气泡发生器的功耗，有效延长了微气泡发生器的寿命，且器件结构简单，设计灵活，具有良好的高频响应和密集集成潜力，在先进制造领域具有广泛的应用前景。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种微气泡发生器，其特征在于，包括衬底、两个双层石墨烯电极和碳纳米管；所述两个双层石墨烯电极位于所述衬底上，电极间距为1～8μm，所述碳纳米管连接所述两个双层石墨烯电极，所述碳纳米管用作加热组件。

按照本发明的另一方面，提供了一种微气泡发生器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）在生长有双层石墨烯的金属箔表面旋涂PMMA；（2）去除金属箔，将PMMA保护的双层石墨烯转移至衬底上，热处理使双层石墨烯与衬底紧密结合；（3）除去PMMA；（4）氧等离子体反应刻蚀双层石墨烯，得到两个双层石墨烯电极以及连接两个电极的双层石墨烯纳米带；（5）在真空条件下进行退火处理，使双层石墨烯纳米带边缘闭合形成碳纳米管，完成微气泡发生器的制备。

优选地，所述步骤（2）中，所述热处理的温度为150℃，时间为10min。

优选地，所述步骤（4）中，所述两个双层石墨烯电极的间距为1～8μm，所述双层石墨烯纳米带的宽度为10～40nm。

优选地，所述步骤（5）中，升温速率为130～850℃/ns，最高温度为1300～1700℃。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

（1）避免使用金属材料，分别以碳纳米管和石墨烯为加热组件和电极材料，利用碳纳米管良好的微波传导特性以及石墨烯良好的导电性，形成碳-碳接触，降低了微加热器的接触电阻，从而降低了微气泡发生器的功耗。

（2）碳基材料性质稳定，不易受到电解或腐蚀，有效延长了微气泡发生器的寿命。

（3）碳纳米管和石墨烯均具有良好的高频导电性，且二者接触的肖特基势垒较低，因此，器件具有良好的高频导电性，有利于提高微气泡发生器的频率响应。

（4）器件结构简单，设计灵活，二维结构的生产工艺有利于提高微气泡发生器的加工精度和集成度。

附图说明

图1是本发明实施例的微气泡发生器的制备方法流程图；

图2是本发明实施例的微气泡发生器的制备方法的工艺流程示意图，其中，（a）旋涂PMMA；（b）将PMMA保护的双层石墨烯转移到衬底上；（c）除去PMMA；（d）刻蚀得到两个双层石墨烯电极以及连接两个电极的双层石墨烯纳米带；（e）通过退火使双层石墨烯纳米带的边缘闭合得到碳纳米管。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

碳纳米管（CNT）是一种结构优良的微波导体，一维管状结构引起的径向声子散射限制了碳纳米管的径向散射，轴向热传导使碳纳米管产生高密度的焦耳热。石墨烯作为一种二维单层材料，其带隙为零，电子传输速度快，具有良好的导电性。本发明利用碳纳米管良好的微波传导特性以及石墨烯良好的导电性，形成碳-碳接触，降低了微气泡发生器的功耗，且由于碳基材料性质稳定，不易受到电解或腐蚀，有效延长了微气泡发生器的寿命。此外，制备工艺简单，并具有良好的高频响应和密集集成潜力，在先进制造领域具有广泛的应用前景。