[发明专利]基于铝和三氧化二铝复合电极的电润湿微流体系统

说明书

本发明公开了一种基于铝和三氧化二铝复合电极的电润湿微流体系统，属于电润湿数字微流体技术领域。提供一种工艺简单且成本低廉的铝和三氧化二铝复合电极及其组成的电润湿数字微流体系统，以及制造工艺方法。采用具有良好的导电性的铝(Al)材料作为电极体，包括基底，嵌入基底内的电极、电极连接线和电极工作面的介电层，以及封闭基底上部的导电盖子，其特征是所述的电极为铝质材料，所述的介电层为与电极一体的三氧化二铝纳米层。本发明的有益效果是极大降低电极制备工艺复杂度和制造成本；介电层兼具绝缘和疏水性质，复合电极表面化学性质稳定；三氧化二铝氧化层结构可以根据需要进行人工控制。

技术领域

本发明公开了一种基于铝和三氧化二铝复合电极的电润湿微流体系统，属于电润湿数字微流体技术领域。

背景技术

微流体和微全分析系统领域在过去十年中取得了巨大的发展。传统的微流控器件，该技术诞生于上世纪九十年代，主要行业先驱包括美国哈弗大学GeorgeM.Whitesides，瑞士Andreas Manz等。其主要是通过在单晶硅、玻璃、有机物等基底上通过半导体加工技术，形成液体流动沟道，并通过机械泵等外部推力形成对液体的驱动，利用沟道图形设计组合，以及大量机械泵等。此类微流控芯片有能力实现复杂液体样本处理、反应以及检测等功能。

以此为基础，逐渐衍生出微全分析系统(micro total analysis system,μTAS)、片上实验室(lab-on-chips,LoC)。基于此类技术的产品类型丰富，并逐步得到开发人员及用户的重视。目前，市场上常见的基于微流控技术的检测系统，均采用此类技术。

电润湿数字微流体，是一种利用电势调控液体与固体表面张力而改变接触角，并产生切向推力的方法控制微液滴运动的数字微流技术。其主要特点为：一、液滴不在受限制与预定义的微沟道中，而可以实现在二维空间(平面)内的移动；二、液体驱动力来自于位于芯片内的导电电极，不再依赖于机械泵等外设，降低了系统的复杂度。此项技术由于其适用范围广，应用前景巨大，一经面世便得到了业界的重视。具体的技术方案是在像素化的电极上需要制备一层介电层以及一层超疏水层以实现液滴的操控，介电层与超疏水层的材料和制备工艺对于电润湿系统的液滴操控能力至关重要。目前介电层的制备通常采用CVD(化学气相沉积)、ALD(原子层沉积)、旋涂液体介电材料等方法，沉积法制备的介电层均一性较好但工艺较为复杂且制备成本高，旋涂法成本低廉但材料损耗严重且均一性较差。超疏水层的材料主要为特氟龙或CYTOP，主要采用旋涂法，易造成材料损耗且均一性较差。飞秒激光加工的方法可通过激光将材料表面塑造成纳米结构，以达到疏水的效果，但该方法制备工艺较为复杂且成本高昂。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种工艺简单且陈本低廉的铝和三氧化二铝复合电极及其组成的电润湿数字微流体系统，以及制造工艺方法。

本发明的技术方案表现为以下几个方面：

采用具有良好的导电性的铝(Al)材料作为电极体，在其工作面上附着一层绝缘的致密性介电层，该介电层由纳米三氧化二铝(Al2O3)俗称氧化铝组成，能够有效的覆盖电极表面，是理想的介电层材料，因此铝/三氧化二铝电极能够满足电润湿系统的要求；

铝具有较低的密度和高可塑性，可通过多种加工手段制备电极阵列，电极表面需略高于基底以保证电极表面有足够的材料和空间生长(三氧化二铝)氧化层。

所述的纳米三氧化二铝层采用电化学腐蚀法制成，即将像素化的铝电极置于阳极氧化系统中，将所有铝电极连接至阳极，通过氧化使铝电极表面形成三氧化二铝层；

通过调节电解液种类(如硫酸、磷酸溶液)浓度、电流大小、氧化时间等参数，可以制备出表面具有多孔纳米结构或棒状结构的三氧化二铝介电层，其表面的纳米结构将使三氧化二铝介电层在起到绝缘作用的同时兼具疏水的性质。