基于液滴泰勒锥的微纳电化学沉积加工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微纳制造技术领域，涉及一种基于液滴泰勒锥的微纳电化学沉积加工方法。
【背景技术】
[0002]纳米技术的深入发展对纳米制造技术提出了越来越高的要求。传统的纳米制造技术可分为掩膜加工技术和无掩膜加工技术两种。LIGA(Lithographie，Galanoformung andAbformung)是一种典型的掩膜加工技术，是一种基于电化学和光刻技术的微细加工技术。掩膜加工技术的加工精度在很大程度上取决于光刻的精度。目前的光刻技术主要有准分子光刻技术、极紫外光刻技术、电子束光刻技术、离子束曝光技术、X射线光刻技术和纳米压印光刻技术等。
[0003]无掩膜加工技术是一种基于扫描探针显微镜和电化学的微纳加工技术。“蘸水笔”是一种典型的无掩膜加工技术。该技术是一种基于原子力显微镜或者扫描隧道显微镜的扫描探针加工技术。该技术虽然可以达到原子级别的精度，但是该技术对设备以及操作条件要求苛刻。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种基于液滴泰勒锥的微纳电化学沉积加工方法，用于微纳米构件和微纳米薄膜等的制造。
[0005]本发明的原理是:所发明的基于液滴泰勒锥的微纳电化学沉积加工方法是先将含有金属离子的液滴置于金属探针与工件之间；金属探针和工件均浸没在绝缘介质中，该绝缘介质与水互不相容;探针和工件分别接直流电源的正极和负极，在金属探针和工件间形成电场;液滴在电场的作用下在探针与工件之间往复运动;液滴在靠近探针和工件时，液滴表面在电场的作用下形成泰勒锥，利用液滴泰勒锥与金属探针和工件接触时的电化学作用，把金属探针的金属原子变为金属阳离子进入液滴，再由液滴携带金属阳离子至工件表面，通过该液滴的泰勒锥把金属阳离子传送至工件表面，金属阳离子在工件表面得到电子变为原子而沉积，从而实现微纳电化学沉积加工。微纳电化学沉积加工所用液滴的尺寸为微米或纳米级，液滴初始时含有的金属离子为被沉积的金属离子，金属探针的材料与被沉积的材料相同。
[0006]本发明的优点如下:
[0007]1.通过控制液滴的带电量可以控制单次沉积在工件表面上的金属原子数量，可以实现原子级沉积加工，具备实现原子级3D打印的潜质；
[0008]2.由于液滴通过泰勒锥与工件接触，而沉积只发生在泰勒锥与工件的接触区域，可实现微纳区域的沉积加工。
【附图说明】
[0009]图1为基于液滴泰勒锥的微纳电化学沉积加工原理示意图。
[0010]图2为液滴在金属探针与工件间运动放大示意图。
[0011 ]图3为液滴泰勒锥与金属探针接触区域放大示意图。
[0012]图4为液滴泰勒锥与工件接触区域放大示意图。
【具体实施方式】
[0013]参见图1。所发明的基于液滴泰勒锥的微纳电化学沉积加工方法是先将含有金属离子的液滴置于金属探针与工件之间；金属探针和工件均浸没在绝缘介质中，该绝缘介质与水互不相容;探针和工件分别接直流电源的正极和负极，在金属探针和工件间形成电场；液滴在电场的作用下在探针与工件之间往复运动;液滴在靠近探针和工件时，液滴表面在电场的作用下形成泰勒锥，利用液滴泰勒锥与金属探针和工件接触时的电化学作用，把金属探针的金属原子变为金属阳离子进入液滴，再由液滴携带金属阳离子至工件表面，通过液滴的泰勒锥把金属阳离子传送至工件表面，金属阳离子在工件表面得到电子变为原子而沉积，从而实现微纳电化学沉积加工。微纳电化学沉积加工所用液滴的尺寸为微米或纳米级，液滴初始时含有的金属离子为被沉积的金属离子，金属探针的材料与被沉积的材料相同。
[0014]参见图2。图2为液滴在金属探针与工件间运动放大示意图，在电场的作用下，当液滴运动接近带正电的探针端面时，靠近探针的液滴端形成泰勒锥，并通过该泰勒锥与探针端部接触；当液滴运动接近带负电的工件表面时，靠近工件表面的液滴端形成泰勒锥，并通过该泰勒锥与工件接触。
[0015]参见图3。图3为液滴泰勒锥与金属探针接触区域放大示意图，在液滴的泰勒锥与金属探针接触时，由电化学作用使探针上的金属原子失去电子，变成金属阳离子离子进入液滴中，液滴由于多余金属阳离子的进入而带正电。
[0016]参见图4。图4为液滴泰勒锥与工件接触区域放大示意图，在图3中得到的含有金属阳离子的液滴，在电场的作用下向工件运动，当该液滴运动接近带负电的工件表面时，靠近工件的液滴端形成泰勒锥，并通过该泰勒锥与工件接触，由电化学作用使液滴中的金属阳离子从工件上得到电子，变成原子沉积在工件表面上，从而实现微纳电化学沉积加工。
【主权项】
1.基于液滴泰勒锥的微纳电化学沉积加工方法，其特征在于:先将含有金属离子的液滴置于金属探针与工件之间；金属探针和工件均浸没在绝缘介质中；探针和工件分别接直流电源的正极和负极，在金属探针和工件间形成电场;液滴在电场的作用下在探针与工件之间往复运动;液滴在靠近探针和工件时，液滴表面在电场的作用下形成泰勒锥，利用液滴泰勒锥与金属探针和工件接触时的电化学作用，把金属探针的金属原子变为金属阳离子进入液滴，再由液滴携带金属阳离子至工件表面，通过该液滴的泰勒锥把金属阳离子传送至工件表面，金属阳离子在工件表面得到电子变为原子而沉积，从而实现微纳电化学沉积加工。2.根据权利要求1所述的绝缘介质，其特征是，绝缘介质与水互不相容。3.根据权利要求1所述的液滴，其特征是，微纳电化学沉积加工所用液滴的尺寸为微米或纳米级，液滴初始时含有的金属离子为被沉积的金属离子。4.根据权利要求1所述的金属探针，其特征是，金属探针的材料与被沉积的材料相同。
【专利摘要】本发明涉及一种基于液滴泰勒锥的微纳电化学沉积加工方法，属于微纳制造技术领域。本发明的方法是先将含有被沉积金属离子的液滴置于金属探针与工件之间，探针材料同被沉积材料；探针和工件均浸没在绝缘介质中，该绝缘介质与水不互容；探针和工件分别接直流电源的正极和负极；液滴在电场的作用下在探针与工件之间往复运动；液滴在靠近探针和工件时，液滴表面在电场的作用下形成泰勒锥，利用液滴泰勒锥与探针和工件接触时的电化学作用，把金属探针的金属原子变为金属阳离子进入液滴，再由液滴携带金属阳离子至工件表面，通过该液滴的泰勒锥把金属阳离子传送至工件表面，金属阳离子在工件表面得到电子变为原子而沉积，从而实现微纳电化学沉积加工。
【IPC分类】C25D1/00
【公开号】CN105420763
【申请号】CN201510875474
【发明人】刘永红, 张彦振, 王晓龙, 申泱, 纪仁杰, 蔡宝平
【申请人】中国石油大学(华东)
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月3日