CN117612924A - 一种微通道板及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微通道板及其制备方法和应用，其中的微通道板上设有多个贯通的通道；在微通道板入口端面一侧，通道的扩口端面为六方锥孔；以及，在垂直于所述通道轴向的横截面中，通道的扩口端面外边缘呈六边形，内边缘呈圆形。本发明提出一种具有端面六方锥孔‑内圆柱微孔阵列的六方异形扩孔微通道板，以六方密堆替代圆形堆积阵列，使得微通道板的通道阵列密堆积系数由现有的圆形通道六方形排布时的0.907提升至六方通道六方形排布时的1，使得微通道板通道的扩口端面通道壁厚度≥100nm时，微通道板开口比≥91％。显著提升微通道板输入面开口比，提升微通道板对于输入信号的探测效率，同时避产生扩口尖端引起尖端放电，从而更加适于实用。

Description

一种微通道板及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种微通道板及其制备方法和应用。

背景技术

微通道板是一种能对二维空间分布的荷电粒子流进行并行倍增的玻璃基功能材料，由数百万根微米级孔径的中空玻璃通道构成。每个独立的中空玻璃通道壁上具有二次电子发射层和电子传导层，带电粒子进入其通道后，能实现二次电子雪崩发射和弱电流放大。微通道板具有时间分辨率高、空间分辨率高、信号放大倍率极高、结构紧凑和噪声低等优势，被广泛应用于微光夜视、高能物理探测、精密计时、高能粒子探测、医疗检测、质谱分析、科学仪器等领域。

由于只有带电粒子进入微通道板的通道后才能被有效倍增，因此，微通道板的开口比是其十分重要的参数。微通道板的开口比决定微通道板的探测效率，并在一定程度上影响微通道板的噪声因子。其中，开口比是指微通道板有效区的通道开口面积与整个有效区面积之比。减薄通道壁能提升微通道板的开口比，但过薄的孔壁会导致微通道板机械强度下降，无法满足实际使用的需求。因此通常微通道板的开口比在55％～65％之间。

现有技术中，有将微通道板输入面的通道口处理成漏斗状，即微通道板端面扩口，使开口比达到70％，甚至90％。但是，通过微通道板端面扩口实现开口比达到90％时，势必会使微通道板扩口端面形成扩口尖端，该种扩口尖端在高场强应用场景下使用时极易引发尖端放电，造成微通道板甚至仪器的损毁，不利于实际应用。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种微通道板及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是如何提供一种高开口比的微通道板，在高场强应用场景下使用时不会引发尖端放电，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种微通道板，设有多个贯通的通道；在前述的微通道板入口端面一侧，前述的通道的扩口端面为六方锥孔；以及，在垂直于前述的通道轴向的横截面中，前述的通道的扩口端面外边缘呈六边形，内边缘呈圆形。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

在一些实施例中，依据前述的微通道板，所述的微通道板的扩口锥角为8°～55°；其中，前述的扩口锥角为前述的通道的中心轴线与位于前述的通道开口端的锥面之间的夹角。

在一些实施例中，依据前述的微通道板，所述的通道的扩口端面的扩口锥深为0.5d～6d，d为通道的孔径。

在一些实施例中，依据前述的微通道板，所述的微通道板开口比≥91％，前述的通道的扩口端面通道壁厚度≥100nm。

在一些实施例中，依据前述的微通道板，所述的扩口端面上设有高二次电子发射系数物质，前述的高二次电子发射系数物质为SiO₂、MgO、(Ba,Sr)TiO₃、RuO₂、Al₂O₃、CsI、CsTe、KBr、ZnO、SrO、Y₂O₃、B₂O₃、ZnO、NaCl或金刚石薄膜中的任意一种。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种微通道板的制备方法，包括以下步骤：

(1)从外向内依次嵌套第三皮料管、第二皮料管和第一皮料管，组成皮料复合套管；前述的皮料复合套管嵌套芯料棒组成复合玻璃棒；

前述的芯料棒为圆柱形，前述的第一皮料管为内圆外六方的形状，前述的第二皮料管为内外六方形状，前述的第三皮料管为内外六方形状；

第一皮料玻璃、第二皮料玻璃和第三皮料玻璃具有预设的刻蚀性，前述的第一皮料玻璃的刻蚀速率≥前述的第二皮料玻璃的刻蚀速率＞前述的第三皮料玻璃的刻蚀速率；

(2)将前述的复合玻璃棒制成毛坯板，去除前述的毛坯板中的芯料玻璃，得到带通道的微通道板坯板；

(3)对前述的微通道板坯板的第一端面进行扩口刻蚀，在每个前述的通道的扩口端面处，第一皮料被完全刻蚀去除，第二皮料部分被刻蚀去除，第三皮料的内外边缘呈六边形，构成蜂窝状结构，使前述的通道的扩口端面为六方锥孔，得到扩口微通道板坯板；

(4)将前述的扩口微通道板坯板制成微通道板。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

在一些实施例中，依据前述的制备方法，所述的第一皮料管的孔径为2μm～50μm。

在一些实施例中，依据前述的制备方法，所述的第一皮料玻璃的刻蚀速率为25nm/min～100nm/min；前述的第二皮料玻璃的刻蚀速率为1nm/min～50nm/min；前述的第三皮料玻璃的刻蚀速率为0.01nm/min～25nm/min。

在一些实施例中，依据前述的制备方法，前述的第一皮料玻璃、前述的第二皮料玻璃和前述的第三皮料玻璃耐酸腐蚀，前述的芯料玻璃能被酸腐蚀；在步骤(2)中，前述的芯料玻璃通过酸液腐蚀的方法去除。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的前述的微通道板在图像增强器、离子探测器或检测仪器中的应用。

通过上述技术方案，本发明一种微通道板及其制备方法和应用至少具有下列优点：

本发明提出一种微通道板，其入口端面具有端面六方锥孔-内圆柱的六方异形扩孔，以六方密堆替代圆形堆积阵列，使得微通道板的通道阵列密堆积系数由现有的圆形通道六方形排布时的π/(2√3)(≈0.907)提升至六方通道六方形排布时的1，达到在相同通道壁厚条件下，开口比提升10.25％以上，使得微通道板通道的扩口端面通道壁厚度≥100nm时，微通道板开口比≥91％。显著提升微通道板输入面开口比，提升微通道板对于输入信号的探测效率，同时避免产生扩口尖端引起尖端放电，进而使微通道板应用场景扩展全面覆盖高/中/低端面场强应用场景，大幅提升扩口微通道板实用性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为一些实施例中微通道板第一视角的结构示意图；

图2为一些实施例中微通道板第二视角的结构示意图；

图3为一些实施例中微通道板开口比计算示意图；

图4为一些实施例中复合玻璃棒的结构示意图；

图5为一些实施例中微通道板坯板的结构示意图；

图6为一些实施例中微通道板坯板扩口过程端面结构演变示意图；

图7为一些实施例中扩口微通道板坯板的结构示意图；

图8为对比例一中常规喇叭形扩口微通道板的结构示意图；

图9为对比例二中常规喇叭形大扩口微通道板的结构示意图；

图10为常规喇叭形扩口微通道板开口比计算示意图；

图11A为本发明微通道板用于一种像增强器的示意图；

图11B为本发明微通道板用于一种质谱仪的示意图；

图11C为本发明微通道板用于一种增强型成像探测器的示意图；

附图标记说明：

100、微通道板；101、微通道板坯板；102、第一扩口阶段微通道板坯板；103、第二扩口阶段微通道板坯板；104、扩口微通道板坯板；

1、微通道板包边；2、通道；3、扩口端面的皮料玻璃；11、微通道板电极；11、导电电极；12、高二次电子发射系数物质；3-11、第一皮料玻璃；3-12、第二皮料玻璃；3-13、第三皮料玻璃；2-A、芯料棒；3-A皮料复合套管；3-B、复合玻璃棒；3-C、微通道板坯板端面的皮料玻璃；3-21、微通道板坯板的第一皮料玻璃；3-2、微通道板坯板的第二皮料玻璃；3-23、微通道板坯板的第三皮料玻璃。3-1、第一皮料玻璃在扩口端面视图的投影；3-2、第二皮料玻璃在扩口端面视图的投影；3-3、第三皮料玻璃在扩口端面视图的投影；

4、通道孔径；5、扩口端面的六方通道对边距；6、扩口端面的通道壁厚；7、微通道板的通道间距；CA、通道中轴线；θ、扩口锥角；

200、常规喇叭形扩口微通道板；201、常规喇叭形大开口扩口微通道板；8、常规喇叭形扩口端面的皮玻璃；8-1、皮玻璃在扩口端面视图的投影；8-2、常规喇叭形扩口端面的皮玻璃；8-10、喇叭形扩口微通道板皮玻璃；8-11、大开口喇叭形扩口输入端面的扩口尖端；9、常规喇叭形扩口端面的圆形通道直径；10、常规喇叭形扩口端面的通道壁厚；

400、像增强器；410、像增强器的输入光窗；411、光电阴极；420、像增强器用光纤面板；421、荧光屏；430、真空容器；

500、质谱仪；510、质谱仪电离单元；520、质谱仪分析单元；530、质谱仪离子检测单元；531、质谱仪离子检测单元阳极板；

600、增强型成像探测器；601、增强型成像探测器用光电阴极；610、增强型成像探测器用光锥；611、增强型成像探测器用荧光屏；620、增强型成像探测器用读出传感器。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种微通道板及其制备方法和应用其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

本发明提供这些实施例是为了使本发明透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本发明的范围。应注意到：除非另外具体说明，这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。

本发明实施例提出的一种微通道板100，如图1-2所示，设有多个贯通的通道2；在前述的微通道板100入口端面一侧，前述的通道2的扩口端面为六方锥孔；以及，在垂直于前述的通道2轴向的横截面中，前述的通道2的扩口端面外边缘呈六边形，内边缘呈圆形。

本发明以六方密堆替代圆形堆积阵列，发明一种具有端面六方锥孔-内圆柱微孔阵列的六方异形扩孔的微通道板100，使得微通道板100的通道阵列密堆积系数由现有的圆形通道六方形排布时的0.907提升至六方通道六方形排布时的1。具体的计算过程如下所述。

本发明实施例中微通道板100的通孔2的扩口呈端面六方锥孔-内圆柱形，众多扩口通道呈六方密堆积。开口比是指微通道板100有效区的通道开口面积与整个有效区面积之比。如图1-3所示，本发明微通道板100的开口比计算方法如下，：

D为通道2间距；

d₁为本发明扩口端面六方孔对边距；

根据密排六方堆积原则与开口比的定义，可推导出，本发明微通道板100的开口比OAR₁为：

S11＝S12＝S13 (式3)

即：

本发明微通道板100扩口端面通道壁厚m，

m＝D-d₁ (式6)

由(式5)可知，本发明微通道板100的扩口端面的开口系数为1。据此，本发明微通道板100的开口比≥91％的同时，能满足扩口端面通道壁厚≥100nm。显著提升微通道板输入面开口比，提升微通道板对于输入信号的探测效率，同时避免产生扩口尖端引起尖端放电，进而使微通道板应用场景扩展全面覆盖高/中/低端面场强应用场景，大幅提升扩口微通道板实用性。

如图8-10所示，根据六方排布圆形堆积原则与开口比的定义，可推导出，常规喇叭形扩口微通道板200和常规喇叭形大开口扩口微通道板201的开口比OAR₂为：

S21＝S22＝S23 (式9)

即：

扩口端面通道壁厚为f，

f＝D-d₂ (式11)

为满足探测分辨，一般的微通道板开口比至少为55％～65％，则微通道板孔间距范围为2.50μm～62.50μm，优选的微通道板的孔间距范围为2.50μm～18.75μm。为避免高/中端面场强场景下的扩口尖端放电，需喇叭形扩口微通道板在扩口端面的通道壁厚f≥100nm。根据(式10)，喇叭形扩口微通道板开口比＜90.5％，且在优选的微通道板中，若喇叭形扩口微通道板在扩口端面的通道壁厚f≥100nm，则喇叭形扩口微通道板开口比＜89.8％，无法实现扩口端面的通道壁厚f≥100nm，且微通道板开口比≥91％。

在一些实施例中，微通道板100的扩口锥角θ为8°～55°；扩口锥角θ为通道中轴线CA与位于前述的通道开口端的锥面之间的夹角。锥角过小易出现通道壁破损问题，锥角过大不利于入射粒子经碰撞反射的有效倍增，因此，控制扩口锥角θ为8°～55°。

在一些实施例中，通道2的扩口端面的扩口锥深为0.5d～6d，d为通道2的孔径。微通道板100要在外置偏置电压条件下才能实现电子倍增放大，故需在微通道板100两端面镀制导电电极11，如图1所示。微通道板100输入面电极深度H不低于0.3d，否则镀制电极过程容易出现遮挡问题；扩口锥深h≤输入面电极深度H时，进入微通道板的荷电粒子会被覆盖在通道内壁的导电电极吸收，而不能实现有效扩口，因此扩口锥深h＞0.3d，优选的扩口锥深h≥0.5d；由于微通道板100在向通道纵深刻蚀扩口的同时，也在横向刻蚀通道壁，扩口锥深h过大时，易出现通道壁破裂问题；综上，优选的扩口锥深h范围为0.5d～6d。

在一些实施例中，微通道板100的扩口端面上设有高二次电子发射系数物质12。高二次电子发射系数物质12为SiO₂、MgO、(Ba,Sr)TiO₃、RuO₂、Al₂O₃、CsI、CsTe、KBr、ZnO、SrO、Y₂O₃、B₂O₃、ZnO、NaCl或金刚石薄膜中的任意一种。优选地，SiO₂，MgO，(Ba,Sr)TiO₃，RuO₂，Al₂O₃，NaCl等适用于电子、离子等粒子的检测；CsI、CsTe、KBr、ZnO、SrO、金刚石薄膜、Y₂O₃、B₂O₃等适用于紫外光、X射线、射线等的检测。高二次电子发射系数物质12采用原子层沉积、电子束蒸发镀膜、化学气相沉积、离子束辅助沉积、热蒸发、激光脉冲沉积等沉积方法中的至少一种沉积。

本发明实施例提出一种微通道板的制备方法，包括以下步骤：

(1)如图4所示，从外向内依次嵌套第三皮料管、第二皮料管和第一皮料管，组成皮料复合套管3-A；前述的皮料复合套管3-A嵌套芯料棒2-A组成复合玻璃棒3-B；

前述的芯料棒2-A为圆柱形，前述的第一皮料管为内圆外六方的形状，前述的第二皮料管为内外六方形状，前述的第三皮料管为内外六方形状；

第一皮料玻璃3-11、第一皮料玻璃3-12和第三皮料玻璃3-13具有预设的刻蚀性，前述的第一皮料玻璃3-11的刻蚀速率≥前述的第一皮料玻璃3-12的刻蚀速率＞前述的第三皮料玻璃3-13的刻蚀速率；

(2)将前述的复合玻璃棒3-B制成毛坯板，去除前述的毛坯板中的芯料玻璃，得到带通道的微通道板坯板101，如图5所示；

(3)对前述的微通道板坯板101的第一端面进行扩口刻蚀，如图6所示，在每个前述的通道的扩口端面处，第一皮料玻璃3-11被完全刻蚀去除，第一皮料玻璃3-12部分被刻蚀去除，第三皮料玻璃3-13的内外边缘呈六边形，构成蜂窝状结构，使前述的通道的扩口端面为六方锥孔，得到扩口微通道板坯板104，如图7所示；

(4)将前述的扩口微通道板坯板104制成微通道板100。

具体地，在步骤(1)中，如图4所示，第一皮料管加工成内圆外六方形状，第二皮料管与第三皮料管均加工成内外六方形状，芯料棒2-A加工成圆柱形，第三皮料管从外向内依次嵌套第二皮料管、第一皮料管组成成套皮料复合套管3-A，成套皮料复合套管3-A嵌套芯料棒2-A组成复合玻璃棒管3-B。

在步骤(2)中，复合玻璃棒管3-B拉制成单丝，将单丝规格排列为复丝棒，拉制成复丝，复丝规格排列后熔压成毛坯段。然后经切片、倒角、研磨抛光制得毛坯板，去除毛坯板中的芯料玻璃，形成多个贯通的圆形微孔通道，而复合皮料玻璃被保留形成复合通道壁，制得微通道板坯板101，如图5所示。图5中，1为微通道板包边，2为微孔通道，3-C为微通道板坯板101的皮料玻璃，3-21为微通道板坯板101的第一皮料玻璃3-11，3-22为微通道板坯板101的第一皮料玻璃3-12，3-23为微通道板坯板101的第三皮料玻璃3-13。

在步骤(3)中，扩口刻蚀采用干法刻蚀，干法刻蚀具体包括等离子体耦合刻蚀、离子束刻蚀和反应离子束刻蚀中的至少一种。其中，第一皮料玻璃3-11在还原处理前容易被离子刻蚀，第一皮料玻璃3-12还原处理前耐离子刻蚀，第三皮料玻璃3-13还原处理前耐离子刻蚀，且在还原处理前第一皮料玻璃3-11离子刻蚀速率≥第一皮料玻璃3-12离子刻蚀速率＞第三皮料玻璃3-13离子刻蚀速率。

刻蚀扩口过程如图6所示，具体步骤为：

①第一皮料玻璃3-11在还原处理前容易被离子刻蚀而去除，其离子刻蚀速率范围为25nm/min～100nm/min，优选地，第一皮料玻璃3-11还原处理前离子刻蚀速率为35nm/min～100nm/min，如图6，在离子刻蚀扩口前期(第一阶段)，靠近微通道板输入端面的第一皮料玻璃3-11最先被刻蚀且逐步沿着微孔轴向方向被刻蚀去除，微通道板坯板101经刻蚀扩口形成第一阶段扩口坯板102；

②第一皮料玻璃3-12在还原处理前耐刻蚀性高于第一皮料玻璃3-11且低于第三皮料玻璃3-13，第一皮料玻璃3-12在还原处理前不易被离子刻蚀去除，其离子刻蚀速率范围为1nm/min～50nm/min，优选地，第一皮料玻璃3-12还原处理前离子刻蚀速率为25nm/min～50nm/min，在刻蚀扩口中期(第二阶段)，靠近微通道板输入端面的第一皮料玻璃3-11和第一皮料玻璃3-12先后被刻蚀且逐步沿着微孔轴向方向被刻蚀去除，第一阶段扩口坯板102经进一步刻蚀扩口形成第二阶段扩口坯板103；

③第三皮料在还原处理前耐离子刻蚀性能优异，第三皮料在还原处理前极耐离子刻蚀，其离子刻蚀速率范围为0.01nm/min～25nm/min，优选地，第三皮料玻璃3-13还原处理前离子刻蚀速率为0.01nm/min～11nm/min。在刻蚀扩口后期(第三阶段)，靠近微通道板输入端面的第一皮料3-11和第二皮料3-12先后被刻蚀且逐步沿着微孔轴向方向被刻蚀去除，第三皮料极耐离子刻蚀不易被刻蚀去除，最终在每个通孔的最表层开口端面，第一皮料被完全刻蚀去除，第二皮料几乎被完全刻蚀去除，第三皮料的内外边缘均呈六边形，构成蜂窝状结构；第二阶段扩口坯板103经进一步刻蚀扩口最终形成了微通道板扩口坯板104。

扩口刻蚀后得到扩口微通道板坯板104，如图7所示。其中，3-1为第一皮料玻璃3-11在扩口端面视图的投影；3-2为第一皮料玻璃3-12在扩口端面视图的投影；3-3为第三皮料玻璃3-13在扩口端面视图的投影；CA为通道中轴线；θ为扩口锥角；h为扩口锥深。

在一些实施例中，依据前述的制备方法，前述的第一皮料玻璃3-11、前述的第一皮料玻璃3-12和前述的第三皮料玻璃3-13耐酸腐蚀，前述的芯料玻璃能被酸腐蚀；在步骤(2)中，前述的芯料玻璃通过酸液腐蚀的方法去除。具体地，腐蚀用酸液为0.1mol/L～3.0mol/L的盐酸、硝酸、柠檬酸和硫酸中的至少一种酸溶液。经酸液腐蚀清洗后，毛坯板中芯料玻璃被去除形成多个贯通的圆形微孔通道。第一皮料玻璃3-11、第一皮料玻璃3-12、第三皮料玻璃3-13都具有良好的耐酸性，具体包括耐盐酸、耐硝酸、耐柠檬酸和耐硫酸腐蚀，包括耐盐酸、硝酸、柠檬酸和硫酸中至少两种的混合物溶液的腐蚀，因此即使经酸液腐蚀清洗后，复合皮料玻璃仍能被保留而形成微通道板的复合通道壁。

在一些实施例中，第一皮料管的孔径为2μm～50μm。微通道板100的通道2孔径越大则通道壁越厚，扩口刻蚀所需时间越长。因此采用定向刻蚀技术更适用于小孔径通道的微通道板。更优选的，微通道板孔径范围为2um～15um。

本发明实施例还提出前述的微通道板100在图像增强器、离子探测器或检测仪器中的应用。检测仪器包括质谱仪、光电子谱仪、电子显微镜或光电倍增管。

下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

若无特殊说明，以下所涉及的材料、试剂等均为本领域技术人员熟知的市售商品；若无特殊说明，所述方法均为本领域公知的方法。除非另外定义，所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内的普通技术人员所理解的通常意义。

实施例一

本实施例提供微通道板及其制备方法。具体步骤如下：

(1)根据尺寸设计，制备内圆外六方形状的第一皮料管、内外六方形状的第二皮料管和内外六方形状的第三皮料管，以及圆柱形芯料棒2-A。从外向内依次嵌套第三皮料管、第二皮料管和第一皮料管，组成皮料复合套管3-A；皮料复合套管3-A嵌套芯料棒2-A组成复合玻璃棒3-B；其中，第一皮料玻璃3-11的刻蚀速率≥前述的第一皮料玻璃3-12的刻蚀速率＞前述的第三皮料玻璃3-13的刻蚀速率；且皮料玻璃耐酸腐蚀，芯料玻璃易被酸腐蚀。

(2)将复合玻璃棒3-B经单丝、复丝拉制，复丝规格排列后熔压成毛坯段。然后经切片、倒角、研磨抛光制得毛坯板，经酸液腐蚀，毛坯板中芯料玻璃被去除形成多个贯通的圆形微孔通道，而复合皮料玻璃被保留形成复合通道壁，至此毛坯板形成微通道板坯板101如图5所示；

(3)对微通道板坯板101的第一端面进行扩口刻蚀，刻蚀过程如图6所示，在每个扩口端面处，第一皮料玻璃3-11被完全刻蚀去除，第一皮料玻璃3-12部分被刻蚀去除，第三皮料玻璃3-13的内外边缘呈六边形，构成蜂窝状结构，使前述的通道的扩口端面为六方锥孔，得到扩口微通道板坯板104，如图7所示；本实施例中，微通道板扩口坯板104扩口锥角θ为20°。

(4)微通道板扩口坯板104经镀制金属电极后，如图1-2所示，在扩口端面上沉积高二次电子发射系数物质12，用于覆盖第三皮料玻璃3-13的端面，该端面在第一皮料玻璃3-11与第一皮料玻璃3-12玻璃刻蚀后形成的六方锥孔的入口端面重合，并且一部分六方锥面在第一皮料玻璃3-11与第二皮料3-12玻璃中，得到微通道板100。

实施例一中制得的各种尺寸的微通道板100实施例1-1～15的特征参数与尖端放电风险特性见表1。

对比例一

本对比例提供常规喇叭形扩口微通道板200，如图8所示，采用单层式或复合式通道壁结构，具体包括：皮料管为内圆孔外圆柱形，芯料棒为圆柱形，芯料棒外套皮料管组成玻璃棒管结构；后经单丝、复丝拉制，熔压、切片、倒角、研磨抛光制得毛坯板，经酸液腐蚀，毛坯板中芯料玻璃被去除形成多个贯通的圆形微孔通道；随后，经湿法腐蚀(HF酸腐蚀)或干法刻蚀(等离子体耦合刻蚀、离子束刻蚀、反应离子束刻蚀中的一种和或至少两种)后形成喇叭形扩口微通道板200。其中，8为常规喇叭形扩口端面的皮玻璃；8-1为皮玻璃在扩口端面视图的投影；8-2为常规喇叭形扩口端面的皮玻璃；8-10为喇叭形扩口微通道板皮玻璃；CA为通道中轴线，θ为扩口锥角。

对比例二

本对比例提供常规喇叭形大开口扩口微通道板201。在对比例一基础上，进一步地，经湿法腐蚀(HF酸腐蚀)或干法刻蚀(等离子体耦合刻蚀、离子束刻蚀、反应离子束刻蚀中的一种和或至少两种)后，以喇叭形扩口方式腐蚀或刻蚀去除更多的皮玻璃，以实现开口比≥90％，如图9所示。其中，8-11为大开口喇叭形扩口输入端面的扩口尖端。

对比例一与对比例二中制得的各种尺寸的常规喇叭形扩口微通道板200和常规喇叭形大开口扩口微通道板201的特征参数与尖端放电风险特性见表2。

由表1和表2中的数据可得，本发明微通道板100的开口比≥91％的同时，能满足扩口端面通道壁厚≥100nm。显著提升微通道板输入面开口比，提升微通道板对于输入信号的探测效率，同时避免产生扩口尖端引起尖端放电，进而使微通道板应用场景扩展全面覆盖高/中/低端面场强应用场景，大幅提升扩口微通道板实用性。

表1实施例主要特征参数与尖端放电风险特性

表2对比例主要特征参数与尖端放电风险特性

实施例二：

本实施例涉及本发明微通道板100的应用，以本发明扩口微通道板作为信号倍增材料的一种像增强器，如图11A所示，像增强器400设置有真空容器430，在真空容器430的输入端设置有输入光窗410，在真空容器430的另一端设置有光纤面板420，本发明微通道板100位于输入光窗410与光纤面板420之间。在输入光窗410(位于真空容器430内侧)的内表面上设有将光转换为电子的光电阴极411，且在光纤面板420(位于真空容器430内侧)内表面上设有荧光屏421。优选地，设计像增强器400，将本发明微通道板100设置于靠近荧光屏421位置处，利于将由本发明微通道板100出射的倍增电子充分转换为光信号，以获得高分辨成像图像。

实施例三：

本实施例涉及本发明扩口微通道板的应用，以本发明扩口微通道板作为信号检测的一种质谱仪，如图11B所示，质谱仪500由电离单元510(用于电离样品)、分析单元520(依据荷质比将电离样品进行分离)和离子检测单元530(检测通过分析单元520的离子)组成。离子检测单元530设有本实施例微通道板100和阳极板531。本实施例微通道板100能对入射离子响应并发射二次电子，并起到电子倍增材料的作用。阳极板531起收集由微通道板发射的二次电子的作用。

实施例四：

本实施例涉及本发明扩口微通道板的应用，以本发明扩口微通道板作为信号倍增材料的一种增强型成像探测器，如图11C所示，增强型成像探测器600的输入端设置有本发明微通道板100，在本发明微通道板100的输入端面设置有光电阴极601(将射线或光信号转换为电子)，在增强型成像探测器600的另一端设置有光锥610，在光锥610的大端表面上设置有荧光屏611，优选地，在光锥610的小端表面耦合一读出传感器620，读出传感器620为CCD或CMOS，利于将由本发明微通道板100出射的倍增电子充分转换为光信号后经由小尺寸读出传感器620实现增强型高分辨成像探测。

本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种微通道板，其特征在于，设有多个贯通的通道；在微通道板入口端面一侧，所述通道的扩口端面为六方锥孔；以及，在垂直于所述通道轴向的横截面中，所述通道的扩口端面外边缘呈六边形，内边缘呈圆形。

2.根据权利要求1所述的微通道板，其特征在于，所述微通道板的扩口锥角为8°～55°；其中，所述扩口锥角为所述通道的中心轴线与位于所述通道开口端的锥面之间的夹角。

3.根据权利要求1所述的微通道板，其特征在于，所述通道的扩口端面的扩口锥深为0.5d～6d，d为所述通道的孔径。

4.根据权利要求1所述的微通道板，其特征在于，所述微通道板开口比≥91％，所述通道的扩口端面通道壁厚度≥100nm。

5.根据权利要求1所述的微通道板，其特征在于，所述扩口端面上设有高二次电子发射系数物质，所述高二次电子发射系数物质为SiO₂、MgO、(Ba,Sr)TiO₃、RuO₂、Al₂O₃、CsI、CsTe、KBr、ZnO、SrO、Y₂O₃、B₂O₃、ZnO、NaCl或金刚石薄膜中的任意一种。

6.一种微通道板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)从外向内依次嵌套第三皮料管、第二皮料管和第一皮料管，组成皮料复合套管；所述皮料复合套管嵌套芯料棒组成复合玻璃棒；

所述芯料棒为圆柱形，所述第一皮料管为内圆外六方的形状，所述第二皮料管为内外六方形状，所述第三皮料管为内外六方形状；

第一皮料玻璃、第二皮料玻璃和第三皮料玻璃具有预设的刻蚀性，所述第一皮料玻璃的刻蚀速率≥所述第二皮料玻璃的刻蚀速率＞所述第三皮料玻璃的刻蚀速率；

(2)将所述复合玻璃棒制成毛坯板，去除所述毛坯板中的芯料玻璃，得到带通道的微通道板坯板；

(3)对所述微通道板坯板的第一端面进行扩口刻蚀，在每个所述通道的扩口端面处，第一皮料玻璃被完全刻蚀去除，第二皮料玻璃部分被刻蚀去除，第三皮料玻璃的内外边缘呈六边形，构成蜂窝状结构，使所述通道的扩口端面为六方锥孔，得到扩口微通道板坯板；

(4)将所述扩口微通道板坯板制成微通道板。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第一皮料管的孔径为2μm～50μm。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，

所述第一皮料玻璃的刻蚀速率为25nm/min～100nm/min；所述第二皮料玻璃的刻蚀速率为1nm/min～50nm/min；所述第三皮料玻璃的刻蚀速率为0.01nm/min～25nm/min。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第一皮料玻璃、所述第二皮料玻璃和所述第三皮料玻璃耐酸腐蚀，所述芯料玻璃能被酸腐蚀；在步骤(2)中，所述芯料玻璃通过酸液腐蚀的方法去除。

10.权利要求1-5中任一项所述的微通道板在图像增强器、离子探测器或检测仪器中的应用。