[发明专利]一种基于双向脉冲电源的微纳米电极制备装置及制备方法

说明书

本发明提供了一种基于双向脉冲电源的微纳米电极制备装置及制备方法。制备装置包括：工作台板、电解液槽、凸形支架块、双向脉冲电源、连接轴、铂金属环、横向支架臂以及竖直支架臂。制备方法步骤包括：在电解液槽装载氢氧化钾溶液，且使氢氧化钾溶液的液面高于铂金属环的安装高度；将电极棒的上端装夹在夹头上，且电极棒的下端贯穿铂金属环的中心环孔，电极棒与铂金属环的中心环孔同轴心设置；利用双向脉冲电源周期交替向夹头发送脉宽为100ns‑150ns的正向脉冲以及向铂金属环发送脉宽为150ns‑160ns的反向脉冲，从而对电极棒进行刻蚀。该微纳米电极制备装置及制备方法在于不施加任何外界的运动情况下，仅仅采用双向脉冲电源即可实现减小制备出纳米电极的锥度。

技术领域

本发明创造涉及一种微纳米电极制备装置及制备方法，尤其是一种基于双向脉冲电源的微纳米电极制备装置及制备方法。

背景技术

微纳米尺度的电极是进行微细加工的必要条件，目前制备微纳米电极的方法主要有机械剪切、聚焦离子铣削、电解加工等。机械剪切制备出的电极主要为尖锥状电极，成功率低且制备精度很难保证。聚焦离子铣削可以制备出各种形貌的电极，但是聚焦离子铣削设备昂贵，加工效率低，制备电极成本高。电解加工是目前制备微纳米电极最常用的方法，电极尺寸可控且较为简捷。

采用电解加工方法，在加工过程中由于电解产物的积聚状态使得加工出的工具电极呈上大下小尖锥状，这种锥状电极在一定程度上限制了其用于加工的精度。若采用此种形状电极进行电解打孔，那么加工出的孔的侧壁则具有很大的锥度。为了减少制备出的电极的锥度，增加电极的长径比，也常将各种运动施加于加工过程中，使得电解产物分布趋于均匀。利用在电解加工过程中采用压电陶瓷对电解液膜进行频率为35H_Z上下振动，减小扩散层对电极形貌的影响，从而减小纳米电极的锥度，但是这需要在电极制备装置中额外配备振动系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的制备装置及制备方法需要额外的辅助装置，增加的制备成本。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于双向脉冲电源的微纳米电极制备装置，包括工作台板、电解液槽、凸形支架块、双向脉冲电源、连接轴、铂金属环、横向支架臂以及竖直支架臂；电解液槽设置于工作台板上，竖直支架臂竖向固定安装在工作台板上；横向支架臂的一端通过第一安装螺栓固定安装竖直支架臂上；连接轴的一端通过第二安装螺栓固定安装在横向支架臂的另一端上；连接轴与竖直支架臂相平行；凸形支架块固定安装在电解液槽内，铂金属环通过悬臂水平安装在凸形支架块上，且铂金属环位于电解液槽内；连接轴的下端指向铂金属环的中心环孔；在连接轴的下端上设有用于夹持固定电极棒的夹头；双向脉冲电源的正极端通过防水导线与夹头电连接；双向脉冲电源的负极端通过防水导线与铂金属环电连接。

进一步地，铂金属环的环片厚度为2-3mm，中心环孔的直径为6-7mm。

进一步地，包括如下步骤：

步骤1，在电解液槽装载氢氧化钾溶液，且使氢氧化钾溶液的液面高于铂金属环的安装高度；

步骤2，将电极棒的上端装夹在夹头上，且电极棒的下端贯穿铂金属环的中心环孔，电极棒与铂金属环的中心环孔同轴心设置；

步骤3，利用双向脉冲电源周期交替向夹头发送脉宽为100ns-150ns的正向脉冲以及向铂金属环发送脉宽为150ns-160ns的反向脉冲，从而对电极棒进行刻蚀。

进一步地，在电解液槽中装载的氢氧化钾溶液的溶度为1.5mol/L。