[发明专利]一种石墨烯基双晶态微执行器的制备方法

说明书

本发明涉及微执行器技术领域，具体涉及一种石墨烯基双晶态微执行器的制备方法，包括以下步骤：a)在Ni/SiO₂/Si衬底上合成石墨烯薄膜；b)在石墨烯上通过热蒸发沉积金层；c)采用常规光刻技术，在Ni层上刻蚀出石墨烯蛇纹状微加热器；d)采用环氧光刻在金层与石墨烯蛇纹状微加热器上形成悬臂梁；e)采用环氧光刻在悬臂梁上形成支撑体；f)使用缓冲氧化蚀刻剂浸泡处理去除SiO₂/Si层；g)将环氧/石墨烯/金/镍层转移到氯化铁溶液中浸泡5分钟；h)将得到的悬臂芯片用去离子水清洗；本发明制造的微执行器具有能耗低、位移大和响应快的优点；此外，该微执行器的制备工艺合理，与传统的批量微加工步骤兼容性好，易于实施，适于批量生产。

技术领域

本发明涉及微执行器技术领域，具体涉及一种石墨烯基双晶态微执行器的制备方法。

背景技术

石墨烯是最薄的弹性材料，具有优异的电学和力学性能，是各种设备应用的理想宿主相比于常规材料，石墨烯还具有特殊热膨胀系数(CTE)(加热收缩)，因此，当薄薄的石墨烯与二元材料耦合的地方构件受热，不对称的热机械响应可能会导致大的双晶形驱动。

微执行器，它可以将电能直接转换成机械能在仿生应用包括昆虫型运动，飞行机器人，鱼型机械手方面引起人们的广泛关注。这些微执行器是为了复制自然的重要肌肉特征，如反应速度、位移和可控性。目前出现的微执行器需在高温度和高压的条件下才能运行，该种特殊条件限制了他们的应用范围。另一方面，聚合物基软致动器，包括介电弹性体、共轭聚合物和聚合物凝胶有一些优点，如适应性强，重量轻，透光性好。然而，聚合体软致动器的响应速度慢，寿命周期短，能量转换效率低，限制了其性能。更重要的是，它们的制造方法存在困难。大多数列出的材料需要后处理步骤或组装方法，这些步骤与传统的批量微加工步骤不兼容。因此，在低电压下开发大位移和快速响应的致动器材料以及开发一种兼容的制造方法具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种石墨烯基双晶态微执行器的制备方法，所制备出的微执行器具有能耗低、位移大和响应快的优点；此外，该微执行器的制备工艺合理，与传统的批量微加工步骤兼容性好，易于实施，适于批量生产。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种石墨烯基双晶态微执行器的制备方法，包括以下步骤：

a)在Ni/SiO₂/Si衬底上合成厘米级石墨烯薄膜；

b)在石墨烯上通过热蒸发沉积20-100nm金层，确定四个电极；

c)采用常规光刻技术，用O₂等离子体进行离子刻蚀(RIE)，在Ni层上刻蚀出石墨烯蛇纹状微加热器；

d)采用环氧光刻在金层与石墨烯蛇纹状微加热器上形成悬臂梁；

e)采用环氧光刻在悬臂梁上形成支撑体；

f)使用缓冲氧化蚀刻剂(BOE)浸泡处理去除SiO₂/Si层，得到环氧/石墨烯/金/镍层；

g)将除去SiO₂/Si层后的环氧/石墨烯/金/镍层转移到FeCl₃溶液中浸泡5分钟，除去镍层，得到石墨烯-有机薄膜结构的悬臂芯片；

h)将得到的悬臂芯片用去离子化(DI)水清洗；

i)将清洗后的悬臂芯片金层朝上放置于玻璃基片上进行测量。

优选的，步骤a)石墨烯薄膜的平均层数为2-12层。

优选的，步骤a)中Ni层与SiO₂/Si层的厚度均为300nm。

优选的，步骤d)中悬臂梁的长、宽、高分别为180μm、200μm、3.4μm。