[发明专利]一种电沉积书写系统及直写式制备金属微纳结构的方法

说明书

本发明涉及一种电沉积书写系统，包括书写笔、电沉积电源、阴极基底、工作台等。所述的电沉积书写系统由惰性金属丝、书写笔、电解液、电沉积电源、阴极基底构成；所述的书写笔包括中空状书写笔杆、中空状书写笔头、陶瓷球珠；所述的陶瓷球珠为圆球状，镶嵌于中空状书写笔头中，电解液随陶瓷球珠转动由四周流下。一种直写式制备金属微纳结构的方法，基于该系统，陶瓷球珠在阴极基底滚过的路径上电沉积出金属微纳结构。本发明结构简单、成本低、易于操控。本发明所制备的金属结构宽度易于调整、沉积质量高。此外，本发明适用性强，可在任意形状的阴极基底表面上制备复杂形状的金属微纳结构。

技术领域

本发明涉及一种电沉积系统与电沉积制备微纳结构的方法，尤其涉及一种电沉积书写系统及直写式制备金属微纳结构的方法。

背景技术

金属微纳结构是微纳制造的主要对象之一。在金属表面构筑微纳米结构，能赋予这些表面某些独特的功能或特性，例如：降摩减阻、提高传热效率、改善生物兼容性、改变润湿状态，等等。

电化学微纳加工技术以其工艺温度低、可加工材料范围广、无热/力致缺陷等特点，在微纳制造领域中有极其重要的地位。按加工原理分，电化学微纳加工可分为微细电解加工（基于阳极溶解原理）和电沉积微加工（基于阴极电沉积原理）。电沉积微加工是通过逐层累加金属层方式实现加工成形的，包括掩膜电沉积微加工与无掩膜电沉积微加工两种。因为电沉积过程中材料是以离子尺度进行转移的，理论上，电沉积微加工能获得极高的加工精度，具备制备极微细金属结构的潜能。相比而言，无掩膜电沉积微加工在制造复杂形状微纳结构方面更有优势。其原因是，无掩模电沉积无需掩模和支撑结构，不存在掩模（板）和支撑结构的制作、叠放、去除等工序，因而具有工艺过程简单且可在导电基板任意位置沉积的优势。同时，无掩膜电沉积过程中沉积区域内基本不存在电解液传质问题，其特有的微区域内“直写”连续电沉积方式，使得该技术更适于制作较高成形精度、高深/宽比、结构复杂的三维金属微结构。因此，基于无掩模电沉积原理的电化学微增材制造技术是近年来的研究热点之一。典型的无掩膜电沉积微加工技术有：局域生长电沉积、微液柱电沉积、射流电沉积和月牙形电解液约束三维电沉积成形。