[发明专利]一种三维微纳结构器件的制备装置及方法

权利要求书

1.一种三维微纳结构器件的制备装置，其特征在于：包括微型电镀管、容器、待镀三维微纳结构器件生长的衬底、三轴移动装置、电源以及控制系统；

所述微型电镀管内装有电镀液，所述容器内装有与电镀液不相溶的液体，所述衬底放置在容器内，所述电镀液为待镀三维微纳结构器件的电镀液，所述微型电镀管浸入在容器内的液体中；

所述电镀液和衬底分别与电源连接，通过微型电镀管中的电镀液在衬底上实现三维微纳结构器件的电镀；所述三轴移动装置与控制系统连接，用于控制微型电镀管与衬底之间的相对位置以及移动速度。

2.根据权利要求1所述的一种三维微纳结构器件的制备装置，其特征在于：所述微型电镀管包括微型管、参比电极和对电极，所述微型管内装有电镀液、参比电极和对电极，对电极与电源正极连接；所述衬底可水平放置、倾斜放置或竖直放置，该衬底为工作电极，与电源负极连接；所述微型电镀管与衬底之间相互垂直或成一倾斜的角度。

3.根据权利要求2所述的一种三维微纳结构器件的制备装置，其特征在于：所述微型管的材质采用玻璃、石英、铂、不锈钢、钛、银或待镀金属；所述参比电极为浸入电镀液中的独立电极，采用甘汞电极、银-氯化银电极、铜-硫酸铜电极、醌氢醌电极或固体参比电极；所述对电极为浸入电镀液中的独立电极或镀在微型管内表面的薄膜，对电极采用金、银、铂、不锈钢、钛、石墨或待镀金属制成的电极。

4.根据权利要求2所述的一种三维微纳结构器件的制备装置，其特征在于：所述微型管的管口横切面直径在10nm-1mm之间，管口的类型包括阶梯状管口、平面状管口、斜口管口和尖口管口，管口截面形状包括圆形、椭圆形和多边形。

5.根据权利要求1所述的一种三维微纳结构器件的制备装置，其特征在于：所述电镀液为水相电镀液或油相电镀液，当电镀液为水相电镀液时，容器内的液体为与水相电镀液不相溶的有机液体，当电镀液为油相电镀液时，容器内的液体为与油相电镀液不相溶的水性液体。

6.根据权利要求5所述的一种三维微纳结构器件的制备装置，其特征在于：所述有机液体为烃类液体、醚类液体、酯类液体、硅油、矿物油或油脂。

7.根据权利要求1所述的一种三维微纳结构器件的制备装置，其特征在于：所述电镀液为待镀金属及其合金、半导体材料、高分子材料和复合材料的电镀液；其中，所述复合材料为金属、半导体和高分子之间的复合材料。

8.根据权利要求7所述的一种三维微纳结构器件的制备装置，其特征在于：所述电镀液中加入表面活性剂，表面活性剂的类型包括阴离子型、阳离子型、两性离子型和非离子型活性剂。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种三维微纳结构器件的制备装置，其特征在于：所述控制系统控制微型电镀管与衬底之间的相对移动，具体包括：

a、控制微型电镀管在x、y、z三个相互垂直方向上移动，而衬底保持静止状态；

b、控制衬底在x、y、z三个相互垂直方向上移动，而微型电镀管保持静止状态；

c、控制微型电镀管在相互垂直的x、y、z三轴其中一个方向上移动，而衬底在另外两个方向构成的平面上移动；

d、控制衬底在相互垂直的x、y、z三轴其中一个方向上移动，而微型电镀管在另外两个方向构成的平面上移动；

所述三轴移动装置的移动精度控制在微米和纳米尺度。

10.一种三维微纳结构器件的制备方法，其特征在于：

所述方法包括以下步骤：

1)清洗微型管和待镀三维微纳结构器件生长的衬底，去除油脂、氧化层和附着物；

2)配制与待镀三维微纳结构器件材料对应的电镀液；

3)将衬底放置在容器内的底部，在容器内装入与电镀液不相溶的液体，并将微型管浸入在容器内的液体中；

4)将工作电极连接至衬底，电镀液装入微型管中，参比电极和对电极浸入电镀液中；

5)接通电源，按照待镀三维微纳结构器件的形状移动三轴移动装置，开始电镀三维微纳结构器件；

6)三维微纳结构器件电镀完成后停止通电，取出衬底及衬底上的三维微纳结构器件，对三维微纳结构器件进行剥离，去除三维微纳结构器件上的液体，完成三维微纳结构器件的制备；

或所述方法包括以下步骤：

1)清洗微型管和待镀三维微纳结构生长的衬底，去除油脂、氧化层和附着物；

2)配制与待镀三维微纳结构材料对应的电镀液，并将对电极镀在微型管的内表面；

3)将衬底放置在容器内的底部，在容器内装入与电镀液不相溶的液体，并将微型管浸入在容器内的液体中；

4)将工作电极连接至衬底，电镀液装入微型管中，参比电极浸入电镀液中；

5)接通电源，按照待镀三维微纳结构器件的形状移动三轴移动装置，开始电镀三维微纳结构器件；

6)三维微纳结构器件电镀完成后停止通电，取出衬底及衬底上的三维微纳结构器件，对三维微纳结构器件进行剥离，去除三维微纳结构器件上的液体，完成三维微纳结构器件的制备。