[发明专利]一种基于激光诱导空化的纳尺度薄膜孔制备装置及其方法有效

专利信息
申请号: 201910270000.6 申请日: 2019-04-04
公开(公告)号: CN110078019B 公开(公告)日: 2021-06-29
发明(设计)人: 沙菁㛃;张志诚;陈云飞;傅方舟;孙倩怡;司伟;章寅 申请(专利权)人: 东南大学
主分类号: B81C1/00 分类号: B81C1/00
代理公司: 南京经纬专利商标代理有限公司 32200 代理人: 马严龙
地址: 210096 *** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 激光 诱导 尺度 薄膜 制备 装置 及其 方法
【说明书】:

发明公开了一种基于激光诱导空化的纳尺度薄膜孔制备装置及其方法,所述装置包括高精度移动平台、盛有较高浓度盐溶液的大容器、载物支架平台、盛有较低浓度盐溶液的小容器、高透玻璃、橡胶垫圈、二维材料薄膜芯片、用于通过激光的透镜组、膜片钳电流放大器、电源及置于盐溶液中的Ag/AgCl电极。本发明还提供了采用所述装置制备纳尺度薄膜孔的方法,该方法能够稳定地在固态薄膜靶材上制备纳尺度微孔,尤其适用于阵列纳米孔结构的制造。

技术领域

本发明涉及一种纳尺度薄膜成孔技术,尤其涉及一种基于激光诱导空化的纳尺度薄膜孔制备装置及其方法。

背景技术

随着第四代测序技术的兴起,纳米孔检测技术的研究对于生物分子传感与检测领域的发展具有深远的影响。对于固态纳米孔而言,不断探索新的纳尺度薄膜成孔方法对于提高实验效率、降低研究成本、加速研究进程具有十分重要的意义。

目前,用于单个纳米孔制备的主要技术及方法可分为:离子、电子束钻孔及刻蚀、化学刻蚀与电化学合成、纳米孔缩孔技术,以及近几年新提出的介电击穿方法四种。离子、电子束钻孔及刻蚀包括聚焦离子束钻孔、离子束刻蚀、电子束刻蚀、聚焦电子束钻孔等;化学刻蚀与电化学合成方法包括离子径迹刻蚀、各向异性湿法刻蚀、电子束刻蚀辅助的反应离子刻蚀等;纳米孔缩孔技术包括材料沉积诱导缩孔和热处理诱导缩孔等。

但以上纳尺度薄膜孔的制备方法都存在有很多问题。普遍存在的问题是仪器设备昂贵使研究成本提高,操作难度大,对操作人员的素质要求高,此外还有其他问题。比如,用FIB钻孔方式精确控制孔的尺寸大小是很困难的,加工结果受到离子束直径、离子束形状与再沉积的影响,尤其对于厚的薄膜更是如此;利用各向异性湿法刻蚀和反应离子刻蚀目前很难得到足够小的纳米孔;电子束诱导缩孔技术一次只能生成一个纳米孔,所以这一过程的制造时间非常长(约12小时),制造效率较低;材料沉积诱导缩孔有时会将材料沉积到整个膜上从而导致膜的性能发生改变,同时使膜的厚度增加,导致分辨率降低;热处理诱导缩孔只能在孔直径小于膜厚度的情况下才能进行,这意味着形成的纳米孔通道较长,不利于生物分子检测等相关应用;利用介电击穿方法虽然成本较低且简单便捷,可较稳定地制备小尺度纳米孔,但孔的位置不能确定,而且很难确定生成孔的数量,更不容易得到阵列孔。

以上问题使得实验过程复杂繁琐,研究成本提高,对人员的操作要求较高,极大地影响了实验效率,拖慢了研究进程。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足,而提供一种基于激光诱导空化的纳尺度薄膜孔制备装置及其方法。

为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:

一种基于激光诱导空化的纳尺度薄膜孔制备装置,包括高精度移动平台,高精度移动平台上设有大容器,所述大容器内设置有悬空的载物支架平台,载物支架平台上安装有上部开口的小容器,所述小容器的底部和载物支架平台均开设有孔,小容器的底面与载物支架平台贴合,小容器的孔与载物支架平台的孔处于贯通状态,小容器的孔与载物支架平台的孔内嵌有橡胶垫圈,所述橡胶垫圈的中心也开设有孔,橡胶垫圈的孔内设有二维材料薄膜芯片,所述二维材料薄膜芯片上可产生空化泡;所述小容器的开口覆盖有高透玻璃,高透玻璃上部具有透镜组和激光发射器,激光发射器射出激光束,激光束穿过透镜组聚焦于二维材料薄膜芯片;所述大容器内盛有高浓度盐溶液,大容器内的高浓度盐溶液的漫过二维材料薄膜芯片的高度,所述小容器内盛有低浓度盐溶液;所述高浓度盐溶液内设有正电极, 低浓度盐溶液内设置有负电极,正电极与负电极之间具有线路,线路上具有膜片钳电流放大器和电源。

作为进一步的优选方案,所述二维材料薄膜芯片采用SiNx薄膜、石墨烯薄膜或MoS2薄。

作为进一步的优选方案,所述高浓度盐溶液为1M KCl溶液,所述低浓度盐溶液为0.1M KCl溶液。

作为进一步的优选方案,所述低浓度盐溶液的液面高度提紧贴高透玻璃。

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