CN112816608A - 微色谱柱及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微色谱柱及制备方法，微色谱柱包括衬底、微沟道及椭圆微柱阵列，可使得微柱后的“准零流速区”的区域大大缩小；可在增加椭圆微柱数量的同时调整椭圆微柱的短轴长度q，以在保持微沟道的宽度w及微沟道的有效宽度d不变的前提下，可有效提高柱内表面积，同时可有效解决因微柱数量的增加而带来的柱前压力升高的问题；通过在沿微沟道的宽度方向上，将n列椭圆微柱之间、椭圆微柱与微沟道的侧壁之间设计成具有不同的间距，可进一步的缓解载气流速不均的问题，以进一步的使得柱内的流速分布均匀；本发明的微色谱柱结构和制备工艺简单，可提高微色谱柱的功效、减小供气系统的负担，有利于便携式应用，使得微色谱柱具有广泛的应用前景。

Description

微色谱柱及制备方法

技术领域

本发明属于微机电系统领域，涉及一种微色谱柱及制备方法。

背景技术

色谱柱是气相色谱仪的重要部件之一，在整个系统中起到对混合气体分离的作用，其性能的优劣直接影响整个分析仪器的分析效果。色谱柱的分离效果主要依靠沟道内表面涂敷的固定相，固定相对不同气体的吸附和脱附能力不同，导致不同的待测气体组分在沟道中的流动速度不同，最终不同气体组分在不同时间到达色谱柱出口，实现混合气体的分离。

传统的气相色谱柱包括毛细管柱、填充柱等，由于体积较大，需要专门的柱温箱为其加热，其功耗达几千瓦，因此为了实现气相色谱仪的微型化，气相色谱柱的微型化至关重要。

随着微电子技术的提高，在硅片上制备微型色谱柱的技术得以实现，解决了传统的色谱柱体积大、功耗高等问题。由于微色谱体积较小，可涂敷固定相的表面积也很小，分离性能有所下降，因此一种被命名为半填充柱的新型微色谱柱结构被提出，所谓半填充柱即是在微色谱柱的沟道中植入规则排列的微柱结构，这种设计能够大幅提高微色谱柱的内表面积，但为了进一步的提高半填充柱的柱内表面积，研究人员通常采用增加微柱数量的方式，但该方式由于增加了微柱的数量，从而会导致半填充柱的柱前压力大幅增加，从而需要额外的增大柱前压力才能让气体良好的通过微色谱柱的沟道，这无疑增加了载气需求，而在便携式应用中需要尽可能降低对载气的需求。

因此，提供一种微色谱柱及制备方法，实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微色谱柱及制备方法，用于解决现有技术中微色谱柱难以满足柱内表面积与柱前压力的协调的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种微色谱柱，所述微色谱柱包括：

衬底；

微沟道，所述微沟道位于所述衬底中，所述微沟道的宽度为w，所述微沟道的有效宽度为d；

椭圆微柱，所述椭圆微柱位于所述微沟道中，在沿所述微沟道的宽度方向上包括间隔排布的n列所述椭圆微柱，在沿所述微沟道的延伸方向上包括间隔排布的m行所述椭圆微柱，以构成n×m椭圆微柱阵列，且所述椭圆微柱的长轴方向与所述微沟道的延伸方向平行，所述椭圆微柱的短轴方向与所述微沟道的宽度方向平行，所述椭圆微柱的短轴长度q＝(w-d)/n。

可选地，在沿所述微沟道的宽度方向上，相邻的n列所述椭圆微柱等间距排布。

可选地，在沿所述微沟道的宽度方向上，n列所述椭圆微柱之间具有不同的间距，且沿所述微沟道的中心向所述微沟道的侧壁的延伸方向上所述间距逐渐减小。

可选地，在沿所述微沟道的宽度方向上，相邻的n列所述椭圆微柱的间距小于位于边缘的所述椭圆微柱与所述微沟道的侧壁间的间距。

可选地，所述微沟道的宽度w为100μm～600μm，所述微沟道的有效宽度d为50μm～300μm，所述椭圆微柱的长轴长度p为10μm～150μm，所述椭圆微柱的短轴长度q为5μm～75μm，所述椭圆微柱的长轴长度p与所述椭圆微柱的短轴长度q的比为3:2～30:1。

可选地，所述微沟道的宽度w为250μm，所述微沟道的有效宽度d为130μm，所述椭圆微柱的长轴长度p为60μm，所述椭圆微柱的短轴长度q为10μm～40μm。

可选地，所述微沟道呈蛇形延伸；所述衬底包括硅衬底、玻璃衬底或陶瓷衬底；所述微色谱柱还包括盖板，所述盖板键合于所述衬底上且覆盖所述微沟道，所述盖板包括玻璃盖板、硅盖板或陶瓷盖板。

本发明还提供一种微色谱柱的制备方法，包括以下步骤：

提供衬底；

于所述衬底的表面形成图形化的掩膜层；

基于图形化的所述掩膜层刻蚀所述衬底，以于所述衬底中形成微沟道及椭圆微柱，其中，所述微沟道位于所述衬底中，所述微沟道的宽度为w，所述微沟道的有效宽度为d；所述椭圆微柱位于所述微沟道中，在沿所述微沟道的宽度方向上包括间隔排布的n列所述椭圆微柱，在沿所述微沟道的延伸方向上包括间隔排布的m行所述椭圆微柱，以构成n×m椭圆微柱阵列，且所述椭圆微柱的长轴方向与所述微沟道的延伸方向平行，所述椭圆微柱的短轴方向与所述微沟道的宽度方向平行，所述椭圆微柱的短轴长度q＝(w-d)/n。

可选地，在沿所述微沟道的宽度方向上，相邻的n列所述椭圆微柱等间距排布；或n列所述椭圆微柱之间具有不同的间距，且沿所述微沟道的中心向所述微沟道的侧壁的延伸方向上所述间距逐渐减小。

可选地，还包括如下步骤：

提供盖板；

将所述盖板键合于所述衬底的表面，且所述盖板覆盖所述微沟道；

将键合后的结构进行划片处理。

如上所述，本发明的微色谱柱及制备方法，具有以下有益效果：

本发明的微色谱柱及制备方法，通过位于微沟道中的n×m椭圆微柱阵列，可使得微柱后所形成的“准零流速区”的区域大大缩小，以使得柱内的流速分布均匀；

本发明的微色谱柱及制备方法，通过q＝(w-d)/n的关系式，在n×m椭圆微柱阵列中，可在增加椭圆微柱数量的同时调整椭圆微柱的短轴长度q，以在保持微沟道的宽度w及微沟道的有效宽度d不变的前提下，可有效提高柱内表面积，以提升微色谱柱的分离性能，同时可有效解决因微柱数量的增加而带来的柱前压力升高的问题，使得微色谱柱在有效的增大表面积的同时还可保持较低的柱前压力；

本发明的微色谱柱及制备方法，通过在沿微沟道的宽度方向上，将n列椭圆微柱之间设计成具有不同的间距，且间距在沿微沟道的中心向微沟道的侧壁的延伸方向上逐渐减小，以及将位于边缘的椭圆微柱与微沟道的侧壁之间的间距设计成大于椭圆微柱之间的间距，可进一步的缓解载气的流速不均的问题，以进一步的使得柱内的流速分布均匀；

本发明的微色谱柱结构和制备工艺简单，可有效提高微色谱柱的检测性能，在增大表面积的同时可保持较低的柱前压力，以及使得柱内的流速分布均匀，从而可提高微色谱柱的功效、减小供气系统的负担，有利于便携式应用，使得微色谱柱具有广泛的应用前景。

附图说明

图1显示为本发明实施例一中提供的微色谱柱的制备方法的流程图。

图2～图6显示为本发明实施例一中提供的微色谱柱的制备方法中各步骤所得结构的结构示意图。

图7显示为本发明实施例一中提供的微色谱柱的立体结构示意图。

图8显示为图7中A区域的俯视放大结构示意图。

图9a～图9c显示为实施例一中提供的三种微色谱柱的局部放大俯视结构示意图。

图10显示为本发明实施例二中提供的微色谱柱的局部放大俯视结构示意图。

元件标号说明

100 衬底

110、120 微沟道的侧壁

200 掩膜层

201 氧化硅掩膜层

202 光刻胶掩膜层

300、310 微沟道

400、410 椭圆微柱

500 盖板

610 携带待测气体组分的载气

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。本文使用的“介于……之间”表示包括两端点值。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，其组件布局型态也可能更为复杂。

如背景技术所述，为了进一步的提高微色谱柱的半填充柱的柱内表面积，当研究人员仅在微沟道中增加微柱的数量时，其会产生副作用：需提高半填充柱的柱前压力。这主要是由于单纯的增加微柱数量会导致微沟道的有效宽度减小，即会使得与气体流速垂直的沟道横截面上的最小的气体流路宽度减小，因而为实现测试效果，需要提供更大的柱前压力才能让气体有效的通过微色谱柱的微沟道，这无疑增加了载气需求，而在便携式应用中需要尽可能降低对载气的需求。

因此，为了解决柱内表面积与柱前压力的协调问题，需要提供新型的微色谱柱及制备方法，以下结合附图及实施例对本发明的构思进行具体介绍。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种微色谱柱的制备方法，包括以下步骤：

提供衬底；

于所述衬底的表面形成图形化的掩膜层；

基于图形化的所述掩膜层刻蚀所述衬底，以于所述衬底中形成微沟道及椭圆微柱，其中，所述微沟道位于所述衬底中，所述微沟道的宽度为w，所述微沟道的有效宽度为d；所述椭圆微柱位于所述微沟道中，在沿所述微沟道的宽度方向上包括间隔排布的n列所述椭圆微柱，在沿所述微沟道的延伸方向上包括间隔排布的m行所述椭圆微柱，以构成n×m椭圆微柱阵列，且所述椭圆微柱的长轴方向与所述微沟道的延伸方向平行，所述椭圆微柱的短轴方向与所述微沟道的宽度方向平行，所述椭圆微柱的短轴长度q＝(w-d)/n。

本实施例的所述微色谱柱的制备方法，通过形成位于所述微沟道中的所述n×m椭圆微柱阵列，可大大缩小微柱后所形成的“准零流速区”的区域，以使得柱内的流速分布均匀；进一步的通过所述关系式q＝(w-d)/n，在所述n×m椭圆微柱阵列中，可在增加所述椭圆微柱的数量的同时调整所述椭圆微柱的短轴长度q，以在保持所述微沟道的宽度w及微沟道的有效宽度d不变的前提下，可有效提高柱内表面积，以提升所述微色谱柱的分离性能，同时可有效解决因微柱数量的增加而带来的柱前压力升高的问题，使得所述微色谱柱在有效的增大表面积的同时还可保持较低的柱前压力，使得柱内的流速分布均匀，提高所述微色谱柱的功效、减小供气系统的负担，有利于便携式应用，使得所述微色谱柱具有广泛的应用前景。

具体的，参阅图2～图6，以下结合附图对本实施例中所述微色谱柱的制备进行介绍。其中，图7示意为本实施例形成的所述微色谱柱的立体结构示意图，图8示意为图7中A区域的放大俯视结构示意图，图2～图5可理解为图7中沿C-C’获得的局部放大截面结构示意图，图6则示意了具有盖板的微色谱柱的结构示意图。

首先，参阅图2，提供衬底100，并于所述衬底100的表面形成图形化的掩膜层200。

作为示例，所述衬底100可以包括硅衬底、玻璃衬底或陶瓷衬底；所述掩膜层200可以包括氧化硅掩膜层、氮化硅掩膜层及光刻胶掩膜层中的一种或组合。

具体的，所述衬底100及所述掩膜层200的种类并非局限于此，可根据需要进行选择，本实施例中，所述衬底100采用硅衬底，所述掩膜层200采用覆盖所述衬底100的氧化硅掩膜层201及光刻胶掩膜层202的叠层，但并非局限于此。

作为示例，于所述衬底100的表面形成图形化的所述掩膜层200可以包括如下步骤：

于所述衬底100的表面形成包括所述氧化硅掩膜层201及光刻胶掩膜层202的掩膜叠层；

采用光刻、刻蚀工艺对所述光刻胶掩膜层202先进行图形化处理，以获得光刻胶刻蚀窗口；

基于图形化的所述光刻胶掩膜层202，进行刻蚀以图形化所述氧化硅掩膜层201，获得氧化硅刻蚀窗口。

本实施例中，通过光刻和BOE刻蚀剂刻蚀，获得图形化的所述氧化硅掩膜层201，有关所述氧化硅掩膜层201的形成工艺并非局限于此，参阅图3及图4，通过所述氧化硅刻蚀窗口可定义出后续要形成的所述微沟道300及椭圆微柱400的形状及位置。

接着，参阅图4、图7及图8，基于图形化的所述掩膜层200刻蚀所述衬底100，以于所述衬底100中形成微沟道300及椭圆微柱400，其中，所述微沟道300位于所述衬底100中，所述微沟道300的宽度为w，所述微沟道300的有效宽度为d；所述椭圆微柱400位于所述微沟道300中，在沿所述微沟道300的宽度方向上包括间隔排布的n列所述椭圆微柱400，在沿所述微沟道300的延伸方向上包括间隔排布的m行所述椭圆微柱400，以构成n×m椭圆微柱阵列，且所述椭圆微柱400的长轴方向与所述微沟道300的延伸方向平行，所述椭圆微柱400的短轴方向与所述微沟道300的宽度方向平行，所述椭圆微柱400的短轴长度q＝(w-d)/n。

具体的，本实施例中，基于深反应离子刻蚀(DRIE)技术刻蚀显露的所述衬底100，以在所述衬底100中形成所述微沟道300和椭圆微柱400，但刻蚀方法并非局限于此，可根据需要进行适应性的选择。

本实施例通过位于所述微沟道300中的所述n×m椭圆微柱阵列，可使得微柱后所形成的“准零流速区”的区域大大缩小，以使得柱内的流速分布均匀；且通过q＝(w-d)/n的关系式，可在增加所述椭圆微柱数400的数量的同时调整所述椭圆微柱400的短轴长度q，以在保持所述微沟道300的宽度w及微沟道300的有效宽度d不变的前提下，可有效提高柱内表面积，以提升所述微色谱柱400的分离性能，同时可有效解决因微柱数量的增加而带来的柱前压力升高的问题，使得所述微色谱柱400在有效的增大表面积的同时还可保持较低的柱前压力，从而可提高所述微色谱柱400的功效、减小供气系统的负担，有利于便携式应用，使所述微色谱柱具有广泛的应用前景。

作为示例，在沿所述微沟道300的宽度方向上，相邻的n列所述椭圆微柱400等间距排布。

具体的，为降低工艺复杂度，根据需要可在图形化所述掩膜板200时，在沿所述微沟道300的宽度方向上形成等间距排布的图形化刻蚀窗口，但并非局限于此，在另一实施例中，也可根据需要在沿所述微沟道300的宽度方向上形成非等间距排布的图形化刻蚀窗口，此处暂不作介绍。

参阅图8，本实施例中，在沿所述微沟道300的宽度方向上，相邻的n列所述椭圆微柱400之间具有相等的间距s，且在沿所述微沟道300的延伸方向上，相邻的m行所述椭圆微柱400之间具有相等的间距t。有关所述间距s及间距t的取值此处不作过分限定。

作为示例，在沿所述微沟道300的宽度方向上，相邻的n列所述椭圆微柱400的间距s小于位于边缘的所述椭圆微柱400与所述微沟道300的侧壁110间的间距S，即S＞s，以在所述微沟道300中提供均匀的流速。

作为示例，所述微沟道300的宽度w为100μm～600μm，所述微沟道300的有效宽度d为50μm～300μm，所述椭圆微柱400的长轴长度p为10μm～150μm，所述椭圆微柱400的短轴长度q为5μm～75μm，所述椭圆微柱400的长轴长度p与所述椭圆微柱400的短轴长度q的比为3:2～30:1。

具体的，所述微沟道300的宽度w根据需要可为100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm等，所述微沟道300的有效宽度d可为50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm等，所述椭圆微柱400的长轴长度p可为10μm、50μm、100μm、120μm、150μm等，所述椭圆微柱400的短轴长度q可为5μm、10μm、30μm、60μm、75μm等，所述椭圆微柱400的长轴长度p与所述椭圆微柱400的短轴长度q的比可为3:2～30:1，如3:2、2:1、3:1、4:1、10:1、20:1、25:1、30:1等。

作为示例，所述微沟道300的宽度w可为250μm，所述微沟道300的有效宽度d可为130μm，所述椭圆微柱400的长轴长度p可为60μm，所述椭圆微柱400的短轴长度q可为10μm～40μm。

具体的，本实施例中参阅图7，在所述微色谱柱的一所述微沟道300内含有6×12椭圆微柱阵列，且所述椭圆微柱400呈周期性规则分布。值得注意的是，图7中n取6，m取12，在所述微沟道300中构成了5个宽度均为s的子微沟道，2个宽度为S的子微沟道，即d＝5s+2S，如图8所示，事实上，所述椭圆微柱400的列数、行数和尺寸等，都可根据实际需要进行选择。如图9a～图9c所示，示意了沟道宽度w为250μm，有效宽度d为130μm，n为6、4、8的三种微色谱柱，其短轴分别为20μm、30μm、15μm，相邻两椭圆微柱的柱心距与短轴的长度比分别为：37:20、9:5、29:15，相邻两椭圆微柱的柱心距与短轴的长度比值一般小于2.5，但所述微色谱柱的结构并非局限于此。

本实施例的所述微色谱柱，通过q＝(w-d)/n的关系式，在所述n×m椭圆微柱阵列中，可在增加所述椭圆微柱400的数量的同时调整所述椭圆微柱400的短轴长度q，以在保持所述微沟道300的宽度w及微沟道300的有效宽度d不变的前提下，可有效提高柱内表面积，以提升所述微色谱柱的分离性能，同时可有效解决因微柱数量的增加而带来的柱前压力升高的问题，使得所述微色谱柱在有效的增大表面积的同时还可保持较低的柱前压力，以及使得柱内的流速分布均匀，从而可提高微色谱柱的功效、减小供气系统的负担，有利于便携式应用，使得微色谱柱具有广泛的应用前景。

作为示例，形成的所述微沟道300可以呈蛇形延伸，当然，在其他示例中，形成的所述微沟道300也可以于所述衬底100中呈任意一种延伸方式延伸，譬如，折线延伸、U型延伸、螺旋延伸等等，此处不作过分限制。

作为示例，还包括如下步骤：

提供盖板500；

将所述盖板500键合于所述衬底100的表面，且所述盖板500覆盖所述微沟道300；

将键合后的结构进行划片处理。

作为示例，所述盖板500可以包括玻璃盖板、硅盖板或陶瓷盖板，优选地，本实施例中，所述盖板500为双面抛光的玻璃盖板。

具体的，参阅图6，可以采用阳极键合工艺将所述盖板500键合于所述衬底100的表面，其中，键合的工艺条件可根据需要进行选择，此处不作过分限制。若所述衬底100内形成有多个独立的所述微色谱柱，在将所述盖板500键合于所述衬底100的表面之后，还可将键合后的结构进行划片处理，以得到多个所述微色谱柱，以提高生产效率。

而后可在制备的所述微色谱柱的入口端及出口端分别安装毛细管(未示出)后进行相关测试，此处不作赘述。

参阅图7～图9c，本实施例还提供一种微色谱柱，所述微色谱柱包括：

衬底100；

微沟道300，所述微沟道300位于所述衬底100中，所述微沟道300的宽度为w，所述微沟道300的有效宽度为d；

椭圆微柱400，所述椭圆微柱400位于所述微沟道300中，在沿所述微沟道300的宽度方向上包括间隔排布的n列所述椭圆微柱400，在沿所述微沟道300的延伸方向上包括间隔排布的m行所述椭圆微柱400，以构成n×m椭圆微柱阵列，且所述椭圆微柱400的长轴方向与所述微沟道300的延伸方向平行，所述椭圆微柱400的短轴方向与所述微沟道300的宽度方向平行，所述椭圆微柱400的短轴长度q＝(w-d)/n。

本实施例的所述微色谱柱，通过位于所述微沟道300中的所述n×m椭圆微柱阵列，可将微柱后所形成的“准零流速区”的区域大大缩小，以使得柱内的流速分布均匀；进一步的通过关系式q＝(w-d)/n，在所述n×m椭圆微柱阵列中，可在增加所述椭圆微柱400的数量的同时调整所述椭圆微柱400的短轴长度q，以在保持所述微沟道300的宽度w及微沟道300的有效宽度d不变的前提下，可有效提高柱内表面积，以提升所述微色谱柱的分离性能，同时可有效解决因微柱数量的增加而带来的柱前压力升高的问题，使得所述微色谱柱在有效的增大表面积的同时还可保持较低的柱前压力，使得柱内的流速分布均匀，提高所述微色谱柱的功效、减小供气系统的负担，有利于便携式应用，使得所述微色谱柱具有广泛的应用前景。

其中，所述微色谱柱可采用上述制备方法制备获得，但并非局限于此。

作为示例，在沿所述微沟道300的宽度方向上，相邻的n列所述椭圆微柱400等间距排布，以降低工艺复杂度。

作为示例，在沿所述微沟道300的宽度方向上，相邻的n列所述椭圆微柱400的间距小于位于边缘的所述椭圆微柱400与所述微沟道300的侧壁110间的间距，即S＞s，以在所述微沟道300中提供均匀的流速。

作为示例，所述微沟道300的宽度w为100μm～600μm，如100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm等；所述微沟道300的有效宽度d为50μm～300μm，如50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm等；所述椭圆微柱400的长轴长度p为10μm～150μm，如10μm、50μm、100μm、120μm、150μm等；所述椭圆微柱400的短轴长度q为5μm～75μm，如5μm、10μm、30μm、60μm、75μm等；所述椭圆微柱400的长轴长度p与所述椭圆微柱400的短轴长度q的比为3:2～30:1，如3:2、2:1、3:1、4:1、10:1、20:1、25:1、30:1等，但并非局限于此。

作为示例，所述微沟道300的宽度w为250μm，所述微沟道300的有效宽度d为130μm，所述椭圆微柱400的长轴长度p为60μm，所述椭圆微柱400的短轴长度q为10μm～40μm，具体如图9a～图9c，但并非局限于此。

作为示例，所述微沟道300呈蛇形延伸，当然，在其他示例中，形成的所述微沟道300也可以于所述衬底100中呈任意一种延伸方式延伸，譬如，折线延伸、U型延伸、螺旋延伸等等，此处不作过分限制。

作为示例，所述衬底100可包括硅衬底、玻璃衬底或陶瓷衬底；所述微色谱柱还可包括盖板500，所述盖板500键合于所述衬底100上且覆盖所述微沟道300，所述盖板500可包括玻璃盖板、硅盖板或陶瓷盖板，但所述衬底100及所述盖板500的种类并非局限于此。

实施例二

参阅图10，本实施例还提供一种微色谱柱及制备方法，本实施例与实施例一的不同之处只要在于：在沿微沟道310的宽度方向上，n列椭圆微柱410之间具有不同的间距，且沿所述微沟道310的中心向所述微沟道310的侧壁120的延伸方向上所述间距逐渐减小，即s’3＜s’2＜s’1。

具体的，由于携带待测气体的载气610在进入所述微色谱柱时，位于中心区域的气体较之位于边缘区域的气体具有较大的气流速度，因此，难以向所述微色谱柱中提供均匀流速的气体。本实施例通过在沿所述微沟道310的宽度方向上，将n列所述椭圆微柱410之间设计成具有不同的间距，且间距在沿所述微沟道310的中心向所述微沟道310的侧壁120的延伸方向上逐渐减小，从而可进一步的缓解载气610的流速不均的问题，以进一步的使得柱内的流速分布均匀，从而可提高所述微色谱柱的功效、减小供气系统的负担，有利于便携式应用，使得所述微色谱柱具有广泛的应用前景。

其中，所述微沟道310的宽度为w’，所述微沟道310的有效宽度为d’，d’＝s’1+2(S’+s’2+s’3)；位于所述微沟道310中所述椭圆微柱410的列数n’及行数m’、所述椭圆微柱410的短轴长度q’及长轴长度p’、所述间距S’、s’1、s’2、s’3及t’，以及有关所述微色谱柱的材质及制备方法等均可参阅实施例一，此处不作赘述。

综上所述，本发明的微色谱柱及制备方法，通过位于微沟道中的n×m椭圆微柱阵列，可使得微柱后所形成的“准零流速区”的区域大大缩小，以使得柱内的流速分布均匀；通过q＝(w-d)/n的关系式，在n×m椭圆微柱阵列中，可在增加椭圆微柱数量的同时调整椭圆微柱的短轴长度q，以在保持微沟道的宽度w及微沟道的有效宽度d不变的前提下，可有效提高柱内表面积，以提升微色谱柱的分离性能，同时可有效解决因微柱数量的增加而带来的柱前压力升高的问题，使得微色谱柱在有效的增大表面积的同时还可保持较低的柱前压力；通过在沿微沟道的宽度方向上，将n列椭圆微柱之间设计成具有不同的间距，且间距在沿微沟道的中心向微沟道的侧壁的延伸方向上逐渐减小，以及将位于边缘的椭圆微柱与微沟道的侧壁之间的间距设计成大于椭圆微柱之间的间距，可进一步的缓解载气的流速不均的问题，以进一步的使得柱内的流速分布均匀；可有效提高微色谱柱的检测性能，在增大表面积的同时可保持较低的柱前压力，以及使得柱内的流速分布均匀，从而可提高微色谱柱的功效、减小供气系统的负担，有利于便携式应用，使得微色谱柱具有广泛的应用前景。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种微色谱柱，其特征在于，所述微色谱柱包括：

衬底；

微沟道，所述微沟道位于所述衬底中，所述微沟道的宽度为w，所述微沟道的有效宽度为d；

椭圆微柱，所述椭圆微柱位于所述微沟道中，在沿所述微沟道的宽度方向上包括间隔排布的n列所述椭圆微柱，在沿所述微沟道的延伸方向上包括间隔排布的m行所述椭圆微柱，以构成n×m椭圆微柱阵列，且所述椭圆微柱的长轴方向与所述微沟道的延伸方向平行，所述椭圆微柱的短轴方向与所述微沟道的宽度方向平行，所述椭圆微柱的短轴长度q＝(w-d)/n。

2.根据权利要求1所述的微色谱柱，其特征在于：在沿所述微沟道的宽度方向上，相邻的n列所述椭圆微柱等间距排布。

3.根据权利要求1所述的微色谱柱，其特征在于：在沿所述微沟道的宽度方向上，n列所述椭圆微柱之间具有不同的间距，且沿所述微沟道的中心向所述微沟道的侧壁的延伸方向上所述间距逐渐减小。

4.根据权利要求1所述的微色谱柱，其特征在于：在沿所述微沟道的宽度方向上，相邻的n列所述椭圆微柱的间距小于位于边缘的所述椭圆微柱与所述微沟道的侧壁间的间距。

5.根据权利要求1所述的微色谱柱，其特征在于：所述微沟道的宽度w为100μm～600μm，所述微沟道的有效宽度d为50μm～300μm，所述椭圆微柱的长轴长度p为10μm～150μm，所述椭圆微柱的短轴长度q为5μm～75μm，所述椭圆微柱的长轴长度p与所述椭圆微柱的短轴长度q的比为3:2～30:1。

6.根据权利要求1所述的微色谱柱，其特征在于：所述微沟道的宽度w为250μm，所述微沟道的有效宽度d为130μm，所述椭圆微柱的长轴长度p为60μm，所述椭圆微柱的短轴长度q为10μm～40μm。

7.根据权利要求1所述的微色谱柱，其特征在于：所述微沟道呈蛇形延伸；所述衬底包括硅衬底、玻璃衬底或陶瓷衬底；所述微色谱柱还包括盖板，所述盖板键合于所述衬底上且覆盖所述微沟道，所述盖板包括玻璃盖板、硅盖板或陶瓷盖板。

8.一种微色谱柱的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供衬底；

于所述衬底的表面形成图形化的掩膜层；

基于图形化的所述掩膜层刻蚀所述衬底，以于所述衬底中形成微沟道及椭圆微柱，其中，所述微沟道位于所述衬底中，所述微沟道的宽度为w，所述微沟道的有效宽度为d；所述椭圆微柱位于所述微沟道中，在沿所述微沟道的宽度方向上包括间隔排布的n列所述椭圆微柱，在沿所述微沟道的延伸方向上包括间隔排布的m行所述椭圆微柱，以构成n×m椭圆微柱阵列，且所述椭圆微柱的长轴方向与所述微沟道的延伸方向平行，所述椭圆微柱的短轴方向与所述微沟道的宽度方向平行，所述椭圆微柱的短轴长度q＝(w-d)/n。

9.根据权利要求8所述的微色谱柱的制备方法，其特征在于：在沿所述微沟道的宽度方向上，相邻的n列所述椭圆微柱等间距排布；或n列所述椭圆微柱之间具有不同的间距，且沿所述微沟道的中心向所述微沟道的侧壁的延伸方向上所述间距逐渐减小。

10.根据权利要求8所述的微色谱柱的制备方法，其特征在于，还包括如下步骤：

提供盖板；

将所述盖板键合于所述衬底的表面，且所述盖板覆盖所述微沟道；

将键合后的结构进行划片处理。

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