CN113176303B - 基于面曝光增材的石墨烯基场效应管气体传感器制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于面曝光增材的石墨烯基场效应管气体传感器制造方法，采用面曝光光固化技术进行传感器整体成形并结合了激光活化技术和电化学镀对传感器的源极和漏极进行激光活化和化学镀，利用多工位系统进行不同成形材料的切换。在切换材料之前，需要对已成形部分进行清洗、干燥，避免不同材料之间的相互影响。如此，最终完成对石墨烯基场效应管气体传感器的制造。本发明简化了石墨烯基场效应管气体传感器的制造工艺和成本，有利于小批量制造和产品研发。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术，尤其涉及一种基于面曝光增材的石墨烯基场效应管气体传感器制造方法。
背景技术
石墨烯具有很多优良的性能，包括高的杨氏模量、大的比表面积、优良的热传导性、室温下具有超高的电子迁移率等。相较于传统的材料，石墨烯在力学、热学、电学、光学等特性上有着极大的优势，这使得石墨烯在相关传感器领域的应用中有着很大的潜力。近年来，随着科学技术的不断进步，特别是微纳加工技术的蓬勃发展以及石墨烯制备加工技术的进步，极大地推动了传感器的基础研究以及应用推广，也为新型传感器的研发带来了灵感。目前，石墨烯基气体传感器的制造工艺主要是化学沉积，工艺复杂，成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于面曝光增材的石墨烯基场效应管气体传感器制造方法。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
基于面曝光增材的石墨烯基场效应管气体传感器制造方法，包括以下步骤：
步骤1），运用计算机三维建模软件建立所要加工的场效应管气体传感器三维模型，保存为STL格式；
步骤2），将工作平台依次置于添加SiO2、N-Si、石墨烯、铜粉的光敏树脂液槽中，根据三维模型分别对应完成对场效应管气体传感器中背栅电极、栅氧层、石墨烯感应层、源极和漏极这四个部位的面曝光光固化成形；然后用YAG激光器对源极和漏极进行激光活化；
在切换光敏树脂液槽时，需要将工作平台先后转移至清洗槽、热风干燥槽中对已成形部分进行清洗干燥，防止不同的光敏树脂液之间相互污染；
步骤3），取出成形完成实体，用酒精擦拭并使其干燥，然后将其置于CuSO4电镀液中对源极和漏极进行电镀，直至镀层厚度达到1mm；
步骤4），将加工完成的石墨烯基场效应管气体传感器取出，进行表面处理。
作为本发明基于面曝光增材的石墨烯基场效应管气体传感器制造方法进一步的优化方案，步骤2）中采用半导体激光器进行激光活化，功率为800mW，外投射激光采用三倍频Nd：YAG激光器，功率2～7W，波长355nm。
作为本发明基于面曝光增材的石墨烯基场效应管气体传感器制造方法进一步的优化方案，步骤2）中清洗槽采用超声清洗，清洗时间10-15s；热风干燥槽采用热风烘干，温度为20-30℃。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1. 本发明利用面曝光光固化技术，结合激光活化和电镀技术，完成了石墨烯基场效应管气体传感器的增材制造；
2. 本发明工序少，工艺简单，设备成本低廉，生产周期短，适合小批量生产和产品研发。
附图说明
图1为本发明制造流程示意图；
图2为本发明激光活化示意图；
图3为本发明的石墨烯基场效应管气体传感器的结构示意图。
图中，1-升降平台，2-光固化成形机床缸体，3-工作平台，4-光敏树脂液体材料，5-待打印工件，6-刮刀，7-YAG激光器及其振镜系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
如图1、图2所示，本发明公开了一种基于面曝光增材的石墨烯基场效应管气体传感器制造方法，包括以下步骤：
步骤1），运用计算机三维建模软件建立所要加工的场效应管气体传感器三维模型，保存为STL格式；
步骤2），将工作平台依次置于添加SiO2、N-Si、石墨烯、铜粉的光敏树脂液槽中，根据三维模型分别对应完成对场效应管气体传感器中背栅电极、栅氧层、石墨烯感应层、源极和漏极这四个部位的面曝光光固化成形，如图3所示；然后用YAG激光器对源极和漏极进行激光活化；
在切换光敏树脂液槽时，需要将工作平台先后转移至清洗槽、热风干燥槽中对已成形部分进行清洗干燥，防止不同的光敏树脂液之间相互污染；
步骤3），取出成形完成实体，用酒精擦拭并使其干燥，然后将其置于CuSO4电镀液中对源极和漏极进行电镀，直至镀层厚度达到1mm；
步骤4），将加工完成的石墨烯基场效应管气体传感器取出，进行表面处理。
步骤2）中采用半导体激光器进行激光活化，功率为800mW，外投射激光采用三倍频Nd：YAG激光器，功率2～7W，波长355nm；清洗槽采用超声清洗，清洗时间10-15s；热风干燥槽采用热风烘干，温度为20-30℃。
用于面曝光光固化成形的机床中，多工位层位于光源下方，包括多个材料液槽，多个材料液槽内分别盛放掺杂硅、SiO2、石墨烯和铜粉的液态光固化材料，通过工位的选装切换液槽从而完成传感器不同部分的光固化成形；多个材料液槽配备加热、散热装置，保证材料液槽内温度满足要求；同时采用当前DLP紫外数字投影技术，利用405nm光源，选择性的将面光源投射到液槽中在下置层固化成形。
本发明针对目前石墨烯基场效应管气体传感器制造工艺复杂，利用面曝光光固化技术，结合激光活化和电化学镀技术，利用多工位系统，为石墨烯基场效应管型气体传感器的制造提供一种工艺简单，设备成本低廉的方法。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.基于面曝光增材的石墨烯基场效应管气体传感器制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1），运用计算机三维建模软件建立所要加工的场效应管气体传感器三维模型，保存为STL格式；
步骤2），将工作平台依次置于添加SiO2、N-Si、石墨烯、铜粉的光敏树脂液槽中，根据三维模型分别对应完成对场效应管气体传感器中背栅电极、栅氧层、石墨烯感应层、源极和漏极这四个部位的面曝光光固化成形；然后用YAG激光器对源极和漏极进行激光活化；
在切换光敏树脂液槽时，需要将工作平台先后转移至清洗槽、热风干燥槽中对已成形部分进行清洗干燥，防止不同的光敏树脂液之间相互污染；
步骤3），取出成形完成实体，用酒精擦拭并使其干燥，然后将其置于CuSO4电镀液中对源极和漏极进行电镀，直至镀层厚度达到1mm；
步骤4），将加工完成的石墨烯基场效应管气体传感器取出，进行表面处理。
2.根据权利 要求1所述的基于面曝光增材的石墨烯基场效应管气体传感器制造方法，其特征在于，步骤2）中采用半导体激光器进行激光活化，功率为800mW，外投射激光采用三倍频Nd：YAG激光器，功率2～7W，波长355nm。
3.根据权利 要求1所述的基于面曝光增材的石墨烯基场效应管气体传感器制造方法，其特征在于，步骤2）中清洗槽采用超声清洗，清洗时间10-15s；热风干燥槽采用热风烘干，温度为20-30℃。
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