[发明专利]一种利用激光技术制备微纳米线的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种利用激光技术制备微纳米线的方法及其应用，属于微纳传感器制备技术领域，通过将微量的金属氧化物纳米粒子颗粒分散在去离子水溶剂中，在强力超声30分钟下，纳米颗粒形成具有一定稳定性的胶体溶液，激光与胶体溶质纳米颗粒作用，最终在电极上形成编程可控的具有高纵横比的金属氧化物微米线。其主要原理为，利用激光与纳米颗粒作用，使得激光的动量发生改变，最终形成的效果是纳米颗粒聚集在激光焦点附近，由于纳米颗粒吸收光能后大部分以热量的形式散发，使得颗粒熔接在电极衬底上。利用激光诱导沉积的方法能够快速获得可控的、均匀的高纵横比金属氧化物微米线，在微机械器件的应用方面具有巨大的应用潜力。

技术领域

本发明属于微纳传感器制备技术领域，具体涉及通过将金属氧化物纳米粒子诱导沉积成任意二维图案化的、具有高纵横比的金属氧化物微纳米线以及多纳米孔微纳米结构，从而获得具有对被检测物的快速响应和高灵敏度的化学电阻式传感器元件。

背景技术

随着微纳传感器件的迅速发展，微纳传感器作为无人机高空气体探测、电子胶囊，植入式微传感和可穿戴器件等的基础组件，显示出越来越重要的应用价值。基于金属氧化物制备气体传感器是当前主流的、成熟的材料，这是由于金属氧化物稳定的理化性质，价格低廉等优点。然而目前利用金属氧化物制备微纳传感器缺少相关研究，主要是由于缺乏灵活的加工手段和简单的制备流程。

目前，化学气相沉积法利用高温将金属蒸发并氧化，使得蒸汽冷凝沉积于附有掩膜版的的电极上，再除去掩膜版得到单根微纳米线结构金属氧化物传感器。聚焦离子束法(FIB)可以将化学合成的纤维形貌的金属氧化物固定在电极上，可以实现单根微纳米线的气体传感器。静电纺丝法通过在接收电极上加上纵向高电压，使得单根纤维恰好落在接收电极之间，或者利用步进电机操控接收板的位置达到控制纤维沉积位置，在后期涂上一层电极来实现微纳传感器的制备。然而，现有技术主要过于依赖材料的化学合成和制备，面临着制备过程能耗高、操作复杂、反应时间长、成本高等问题限制基于金属氧化物微纳传感器可选择的种类和应用，无法满足生物医药和机械上对多种气体检测的要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种利用激光技术制备微纳米线的方法。即利用激光诱导沉积作用精准直写金属氧化物微纳米线。通过将微量的金属氧化物纳米粒子颗粒分散在去离子水溶剂中，在强力超声30分钟下，纳米颗粒形成具有一定稳定性的胶体溶液，激光与胶体溶质纳米颗粒作用，最终在电极上形成编程可控的具有高纵横比的金属氧化物微纳米线。其主要原理为，利用激光与纳米颗粒作用，使得激光的动量发生改变，最终形成的效果是纳米颗粒聚集在激光焦点附近，由于纳米颗粒吸收光能后大部分以热量的形式散发，使得颗粒熔接在电极衬底上。

本发明通过如下技术方案实现：

一种利用激光技术制备微纳米线的方法，具体步骤如下：

(1)、电极的制备；

具体步骤为：首先，将干净的玻璃使用去离子水和无水乙醇交替用棉球擦拭六次，在封闭空间内自然阴干；然后在其上烘烤蒸发贵金属纳米层，再使用尖锐刀片划开贵金属层使其形成一道沟道，宽度为80-120微米；随后检测沟道两侧是否导电，确认不导电后便得到可用电极；

(2)、纳米颗粒胶体溶液形成；

具体步骤为：首先，将适量的金属氧化物纳米颗粒分散在去离子水中置于超声机中超声30min；然后，对获得的胶体溶液进行封装处理备用；

(3)、激光诱导；

具体步骤为：首先，取微量0.03-0.1mL金属氧化物纳米颗粒胶体溶液滴在预先制备好的电极上，使胶体溶液落在电极沟道两端之间；然后，利用电脑程序控制激光直接与胶体溶质作用，诱导制备微纳米线；最后，用去离子水冲洗四到六次，在衬底上可得到由金属氧化物纳米颗粒组装成的编程可控的高纵横比金属氧化物微纳米线。