[发明专利]基于微区电化学沉积的三维合金微纳结构打印装置及方法

说明书

本发明公开了基于微区电化学沉积的三维合金微纳结构打印装置及方法，属于电化学领域，其中装置包括用于填充镀液的中空微管，镀液中含有至少一种适于电镀的第一类型金属离子；用于承载可导电的试样的电控位移台，且电控位移台还用于带动试样按照预设的轨迹运动；用于通过导线将中空微管中的镀液以及试样连接成电回路的电压源；用于在电控位移台按照预设的轨迹相对中空微管运动时，控制电压源并使试样上的偏压值处于使至少一种第一类型金属的离子均能够进行沉积的电压范围内的控制器。本发明通过电源控制器对电压源的控制，使至少一种第一类型金属离子在电镀电压作用下，进行沉积以实现对三维合金微纳结构的打印操作。

技术领域

本发明涉及电化学领域，特别涉及基于微区电化学沉积的三维合金微纳结构打印装置及方法。

背景技术

金属基材的三维打印技术是当前研究的热点。当前主流的已经商业化的金属三维打印技术主要有五种：激光选区烧结、纳米颗粒喷射金属成型、激光选区熔化、激光近净成型和电子束选区熔化技术。这些技术相对来说都属于宏观的金属三维制造技术，其打印精度一般在几十微米甚至百微米量级，无法实现更小尺寸的金属微纳结构打印。

而电化学沉积是指在外电场作用下电流通过电解质溶液中正负离子的迁移并在电极上发生得失电子的氧化还原反应而形成镀层的技术。近年来基于中空微管的三维微区电化学沉积技术受到产业界和学术界的广泛关注，可实现各类单质金属三维微纳结构的精准打印，如铜、铂等复杂三维微纳结构的打印。

例如公开号为CN111088518A的中国发明专利申请，其公开了一种三维微区电化学沉积的闭环控制系统，其能够用于制造具有三维微纳结构的金属单质。

但是，合金组分的三维微纳结构的打印仍未实现。其难点在于，不同金属的电化学沉积工艺参数完全不同，简单地将几种不同的金属盐溶液混合并进行三维打印会导致部分金属无法沉积，最终无法制作材质均匀的合金微纳三维结构。并且对于难以进行电镀的金属，则该装置难以进行制造，使用局限性较大。

发明内容

针对现有技术存在三维合金微纳结构难以制造的问题，本发明的目的在于提供基于微区电化学沉积的三维合金微纳结构打印装置及方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

基于微区电化学沉积的三维合金微纳结构打印装置，包括，

中空微管，所述中空微管用于填充镀液，所述镀液中含有至少一种第一类型金属的离子，所述第一类型金属适于电镀；

电控位移台，所述电控位移台用于承载可导电的试样，且所述电控位移台还用于带动所述试样按照预设的轨迹运动；

电压源，所述电压源用于通过导线将所述中空微管中的镀液以及所述试样连接成电回路；

控制器，所述控制器与所述电压源以及所述电控位移台电连接，且所述控制器用于在控制所述电控位移台按照预设的轨迹相对所述中空微管运动时，控制所述电压源并使所述试样上的偏压值处于使所述至少一种第一类型金属的离子均能够进行沉积的电压范围内。

进一步的，还包括手动调节台，所述手动调节台与所述电控位移台固定安装。

本发明还提供一种三维合金微纳结构的制备方法，所述方法基于上述的打印装置，所述三维合金微纳结构在组分上包含至少一种第一类型金属，所述第一类型金属适于电镀，所述方法包括，

将包含有至少一种所述第一类型金属的离子的镀液填充到中空微管内；

试样靠近中空微管的尖端，直至所述试样的表面与所述镀液接触；

通过控制器控制所述电压源，使所述试样上的偏压值处于使所述至少一种第一类型金属的离子均能够进行沉积的电压范围内；