CN108562544B - 可拉伸柔性液池及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可拉伸柔性液池，包括上液池和下液池，上液池和下液池之间依次设有石墨烯层和衬底，衬底为柔性衬底，柔性衬底内设用于离子流动的通道；该可拉伸柔性液池的制作方法为：在基底上制作石墨烯层，在石墨烯层上制备柔性衬底，之后在柔性衬底中制作通道，去除基底，最后组装即得。本发明选用PDMS/PMMA双层膜或PDMS/SU‑8双层膜作为柔性衬底，能够在应变下有效进行石墨烯的离子电流检测，具有简单实用、成本较低等特点；使用电子束刻蚀法来实现石墨烯悬空在PDMS/PMMA双层膜或PDMS/SU‑8双层膜上的结构，既能保证石墨烯不会出现损伤，也能保证整个液池的完整性，不会出现渗漏。

Description

可拉伸柔性液池及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种柔性液池，具体涉及一种可拉伸柔性液池，同时还涉及该可拉伸柔性液池的制作方法。

背景技术

石墨烯材料引起全世界科学家们广泛的研究，主要是因为它目前是最薄材料，它能实现对气体、液体、溶解的离子等有选择的抓取，然而，一个完美的单层石墨烯在常态下不能通过任何原子和分子：即便是最小的原子氢预计在几十亿年内也不会穿过石墨烯致密的电子云。这个特点被认为可以延伸到其他二维晶体，如六角形氮化硼和二硫化钼。最近，sheng hu及同事发现，石墨烯和六角氮化硼的单层对质子具有高度可穿透性。为了研究应变对质子传输的影响，需要设计出一种可拉伸柔性液池。目前为止，尚未发现这种可拉伸柔性液池结构。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种应变下能够有效进行石墨烯的离子电流检测的可拉伸柔性液池；本发明的另一目的是提供该可拉伸柔性液池的制作方法。

技术方案：包括上液池和下液池，所述上液池和下液池之间依次设有石墨烯层和衬底，所述衬底为柔性衬底，所述柔性衬底内设用于离子流动的通道。

本发明的柔性衬底优选为PDMS和PMMA的双层膜或PDMS和SU-8的双层膜，其中，所述石墨烯层分别与PMMA或SU-8接触；由于PDMS具有粘性，所以PDMS很容易与PMMA或SU-8粘附在一起形成双层复合膜，且PMMA和SU-8均与石墨烯具有很强的范德华力；若是将PDMS与石墨烯层接触，由于石墨烯与PDMS之间的结合力不强且PDMS中的用于离子流动的通道很难达到微米级，从而实现不了本发明的目的。所述PMMA或SU-8的厚度优选为0.8～1.2微米，当PMMA或SU-8的厚度低于0.8微米时，会使膜容易破裂，从而影响离子电流检测效果；当PMMA或SU-8的厚度高于1.2微米时，会导致电子束难以通过刻蚀形成通孔。

所述通孔的直径优选为1～5微米；当通道的直径小于1微米时，会导致进入通道内的离子液池太少；当通道的直径大于5微米时，会使膜容易破裂。

本发明制作所述可拉伸柔性液池的方法，包括如下步骤：在基底上制作石墨烯层，在石墨烯层上制备柔性衬底，之后在柔性衬底中制作通道，然后将基底去除，最后将上液池、石墨烯层和衬底以及下液池组装好后即得可拉伸柔性液池。具体包括如下步骤：

(1)将石墨烯剥离在基底上，在石墨烯上旋涂PMMA；

(2)在覆盖石墨烯的PMMA层上使用电子束刻蚀做标记，确定石墨烯具体位置后，再用电子束刻蚀去掉覆盖在石墨烯上的PMMA，形成PMMA通孔；

(3)对PDMS打通孔，在光学显微镜下将PMMA通孔和PDMS通孔对准，使其粘附在一起，之后放入碱溶液中，脱除二氧化硅衬底即得。

其中，步骤(3)中所述标记为十字叉丝，且确定石墨烯具体位置的步骤为：在光学显微镜下确定每个十字叉丝与石墨烯x、y方向的距离，之后将其放入电子显微镜真空腔中，通过找到十字叉丝的位置从而确定石墨烯具体位置。

有益效果：与现有技术相比，本发明的显著进步为：(1)选用PDMS/PMMA双层膜或PDMS/SU-8双层膜作为柔性衬底，能够在应变下有效进行石墨烯的离子电流检测，具有简单实用、成本较低等特点。(2)使用电子束刻蚀法来实现石墨烯悬空在PDMS/PMMA双层膜或PDMS/SU-8双层膜上的结构，既能保证石墨烯不会出现损伤，也能保证整个液池的完整性，不会出现渗漏。(3)采用氢氧化钾溶液直接湿法刻蚀的方法保证了石墨烯在转移过程中不会发生卷曲，从而提高了液池加工的成功率，降低成本。

附图说明

图1为本发明的液池上部的结构示意图；

图2为电子束刻蚀PMMA层的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本发明的可拉伸柔性液池的液池上部自上而下包括上液池、石墨烯层4和柔性衬底，其中，上液池即为石墨烯层4上方、由柔性衬底围成的槽，上液池用于放置离子检测的液体；石墨烯层4置于上液池底部用于过滤离子；本实施例中柔性衬底采用PDMS和PMMA的双层膜，也可采用PDMS和SU-8的双层膜，其中，PMMA层3位于石墨烯层4的下方，PMMA层3的厚度为0.8～1.2微米，且PMMA层中设有直径为1～5微米的通孔，PDMS层1的顶部围成上液池的槽，PDMS层1的中部托住PMMA层3且设有与PMMA层3的通孔相对应的通道2，通道2的直径为500微米到3厘米。

本发明可拉伸柔性液池的制作方法，具体包括如下步骤：

(1)如图2所示，将石墨烯剥离在二氧化硅6/硅基底5上，形成石墨烯层4，在石墨烯层4上旋涂PMMA，旋涂3～4次，保证PMMA膜的厚度为0.8～1.2微米；

(2)在覆盖石墨烯的PMMA层上使用电子束7刻蚀做标记，本实施例的标记为十字叉丝9，之后在光学显微镜下确定每个十字叉丝9与石墨烯x、y方向的距离，然后将其放入电子显微镜真空腔中，通过找到十字叉丝9的位置从而确定石墨烯具体位置，再用电子束7刻蚀去掉覆盖在石墨烯上的PMMA，形成PMMA通孔8，其中，电子束7剂量为200～350μC·cm^-2；

由于本实施例采用十字叉丝9做标记，在形成PMMA通孔8后，十字叉丝9会形成缝隙，从而影响液池的密封性，因此需要将PMMA液滴10覆盖在十字叉丝9上，但不能盖到PMMA的通孔，以保证液池的密封性，不发生泄漏。

(3)将配置好的PDMS溶液(凝固液：原液＝1：10)倒入模具中，浇铸出具有图1形状的固态聚合物PDMS层1，通过专用PDMS打孔器在聚合物PDMS 1中间中钻出直径为2mm的圆孔通道2，在光学显微镜下将PMMA通孔和PDMS通孔对准，使其粘附在一起，之后放入整体放入碱溶液中，脱除二氧化硅6/硅基底5衬底即得。最后将上液池、石墨烯层和衬底以及下液池组装好后即得可拉伸柔性液池。

本发明可拉伸柔性液池可以将PMMA替换为SU-8，也可得到可拉伸柔性液池，实现应变下有效进行石墨烯的离子电流检测。

Claims (3)

1.一种可拉伸柔性液池，包括上液池和下液池，所述上液池和下液池之间依次设有石墨烯层和衬底，其特征在于：所述衬底为柔性衬底，所述上液池由石墨烯层、以及对置于石墨烯层两侧的柔性衬底围成，所述石墨烯层置于上液池底部用于过滤离子；所述柔性衬底内设用于离子流动的通道；

所述柔性衬底采用PDMS和PMMA的双层膜或PDMS和SU-8的双层膜，所述石墨烯层分别与PMMA或SU-8接触；其中，PMMA或SU-8层位于石墨烯层的下方，PDMS层的顶部围成所述上液池的槽，所述PDMS层托住PMMA或SU-8层，PMMA或SU-8层中设有通孔，两侧的PDMS层之间设有与所述通孔相对应的通道；

所述PMMA或SU-8层的厚度为0.8～1.2微米，所述通孔的直径为1～5微米，所述通道的直径为500微米到3厘米。

2.一种制作权利要求1所述可拉伸柔性液池的方法，其特征在于包括如下步骤：在基底上制作石墨烯层，在石墨烯层上制备柔性衬底，之后在柔性衬底中制作通道，然后将基底去除，最后将上液池、石墨烯层和衬底以及下液池组装好后即得可拉伸柔性液池；具体内容如下：

(1)将石墨烯剥离在基底上，形成石墨烯层，在石墨烯层上旋涂PMMA；

(2)在覆盖石墨烯的PMMA层上使用电子束刻蚀做标记，确定石墨烯具体位置后，再用电子束刻蚀去掉覆盖在石墨烯上的PMMA，形成PMMA通孔；

(3)对PDMS打通孔，在光学显微镜下将PMMA通孔和PDMS通孔对准，使其粘附在一起，之后放入碱溶液中，脱除二氧化硅衬底；

(4)将上液池、石墨烯层和衬底以及下液池组装好后即得可拉伸柔性液池。

3.根据权利要求2所述可拉伸柔性液池的制作方法，其特征在于：步骤(3)中所述标记为十字叉丝，且确定石墨烯具体位置的步骤为：在光学显微镜下确定每个十字叉丝与石墨烯x、y方向的距离，之后将其放入电子显微镜真空腔中，通过找到十字叉丝的位置从而确定石墨烯具体位置。

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