基于浮动催化法化学气相反应的微纳米结构直写装置的制作方法

本发明涉及柔性电子制造微纳米结构直写技术领域，尤其是一种基于浮动催化法化学气相反应的微纳米结构直写装置。

背景技术：

柔性电子已经成为当前电子产业发展的一个热点，如柔性显示器、柔性生物器件、智能皮肤及电子服装等柔性电子产品已取得了国内外广泛关注。但传统柔性电子制造技术，如丝网印刷、刻蚀等，在进一步降低线宽和提高电路制造水平等方面都受到了限制，这些都已成为限制柔性电子制造产业快速发展的瓶颈问题。

浮动催化法化学气相反应是纳米纤维制造中公认的方法，具有工艺简单、成本低廉的突出优势，可实现制备过程的连续化与稳定化，采用此方法制备的碳纳米管薄膜具有非常良好的应用前景。利用浮动催化法化学气相反应制备的纤维具有比表面积大、机械性能和表面特性良好等优点，并且可制造出直径为50-500nm、排列有序的可控纳米纤维，这样的纤维如果能够直接沉积到柔性电子芯片上，就能够实现纳米到微米量级结构的连续可控制备。但是目前的浮动催化法化学气相反应系统比较复杂庞大，出丝后先是被纺绕成卷，并未能直接沉积在所需的电路板上。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，针对现有柔性电子制造中线宽这一技术问题，本发明提供一种基于浮动催化法化学气相反应的微纳米结构直写装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于浮动催化法化学气相反应的微纳米结构直写装置，包括微型反应器，所述微型反应器底端连接有喷嘴，喷嘴下方设有收集微纳米结构的收集板，微型反应器顶端安装有进料管，进料管顶部连接有加入反应原料的注料微管，还具有加热微型反应器内部的电热丝。

优选地，所述的微型反应器为直径微米级的玻璃管或刚玉管，所述的收集板可作前后左右方向的移动。

为提高加热效果，所述的电热丝设在微型反应器内部。

还可以：所述的直写装置具有支架，收集板安装在支架的底板上并可作前后左右方向的移动，微型反应器侧面通过撑杆与支架的侧板连接。

所述的电热丝缠绕在微型反应器外周壁上。

所述的注料微管包括加入载气的载气微管和加入微纳米液的液料微管，载气微管连接有内存氮气或氩气的气瓶，液料微管连接有注液泵。

本发明的有益效果是：本发明通过利用微型反应器，将整个浮动催化法化学气相反应微缩在微型反应器中，可以直接将线宽小于十纳米到几十微米的纳米结构写在电路板上，相比于传统的浮动催化法化学气相反应，省去了纺丝收集，再转移到电子基板等的中间环节，并且这样直写的微纳米结构具有表面光滑、导电良好和线宽更小等优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明第一种实施例的结构示意图。

图2是本发明第二种实施例的结构示意图。

图中：1.微型反应器，2.喷嘴，3.收集板，4.进料管，5.注料微管，5-1.载气微管，5-2.液料微管，6.电热丝，7.支架，8.撑杆，9.气瓶，10.注液泵

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1：

如图1所示的一种基于浮动催化法化学气相反应的微纳米结构直写装置，包括直角形的支架和微型反应器1，所述的微型反应器1为直径微米级的玻璃管，微型反应器1侧面通过撑杆8与支架7的侧板连接。

所述微型反应器1底端连接有喷嘴2，喷嘴2下方设有收集微纳米结构的收集板3，所述收集板3为电路板，收集板3置于支架7的底板上可根据直写需要作前后左右方向的移动。

微型反应器1顶端安装有进料管4，进料管4顶部连接有加入反应原料的注料微管5，微型反应器1外周壁上缠绕有对微型反应器1内部微纳米液料进行加热的电热丝6。

所述的注料微管5包括加入载气的载气微管5-1和加入微纳米液的液料微管5-2，载气微管5-1连接有内存氮气或氩气的气瓶9，液料微管5-2连接有注液泵10。

实施例2：

如图2所示的一种基于浮动催化法化学气相反应的微纳米结构直写装置，具有采用直径为微米级刚玉管制作的微型反应器1，所述微型反应器1底端连接有喷嘴2，喷嘴2下方设有收集微纳米结构的收集板3，所述收集板3为可按直写要求作自由移动的电路板，微型反应器1顶端连接有加入反应原料的注料微管5，所述反应原料包含有载气和纳米液，位于微型反应器1内部设有加热微型反应器1内部反应原料的电热丝6。

本发明将微型反应器1、注料微管5以及收集板3集成于一体，将反应原料集中在微米量级的微型反应器1中，实现高温微流反应，从而在收集板3写出直径可控的碳纳米管纤维及薄膜结构，是本发明的主要创新点。

其主要包含有：

其一为利用载气吹动作用，将微型反应器1中的碳筒吹出，在电路板需要位置直写碳纳米管薄膜，其宽度可以通过载气及反应物多少来调控。

其二为利用载气吹动作用，将微型反应器1中的碳筒吹出，在电路板需要位置上预先铺好液体形状，直写在液体形状中的碳纳米管薄膜收缩变为碳纳米管纤维，其宽度可以通过不同表面能液体来调控。

本发明将整个浮动催化法化学气相反应微缩在微型反应器1中，可以直接将线宽小于十纳米到几十微米的纳米结构写在电路板上。其制备方法简单，制备的纳米结构线宽更小，且尺寸连续可调。

本发明的技术相比于传统的浮动催化法化学气相反应，省去了纺丝收集，再转移到电子基板等的中间环节，并且这样直写的微纳米结构具有表面光滑、导电良好和线宽更小等优点。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种基于浮动催化法化学气相反应的微纳米结构直写装置，包括微型反应器，所述微型反应器底端连接有喷嘴，喷嘴下方设有收集微纳米结构的收集板，微型反应器顶端安装有进料管，进料管顶部连接有加入反应原料的注料微管，还具有加热微型反应器内部的电热丝。本发明通过利用微型反应器，将整个浮动催化法化学气相反应微缩在微型反应器中，可以直接将线宽小于十纳米到几十微米的纳米结构写在电路板上，相比于传统的浮动催化法化学气相反应，省去了纺丝收集，再转移到电子基板等的中间环节，并且这样直写的微纳米结构具有表面光滑、导电良好和线宽更小等优点。

技术研发人员：弓晓晶;李亚利
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：2019.03.27
技术公布日：2019.06.28