CN117623214A - 一种基于微液滴凝固包覆的微构件转移方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于微液滴凝固包覆的微构件转移方法，将目标基底以及具有微构件的基底放置到加热台上；采用具有纺丝性和粘性的聚合物在微针上制作粘性头部；移动微针，利用加热台将微针上的粘性头部融化成微液滴，由微液滴包覆所需数量的微构件，关闭加热台，冷却固化；向上移动微针，使微结构从基底剥离；移动微针，将带有微构件的微液滴移至目标基底，打开加热台，将包覆微构件的微液滴融化，移走微针；关闭加热台，待微液滴固化后，将包覆着微构件的固体微液滴以及目标基底放入水中，微液滴溶于水，在目标基底上留下微构件；烘干附着在微构件和基底上的水分，在目标基底表面得到所需的微构件。本发明可以实现微构件的完整解离和精准转移。
Description
技术领域
本发明涉及微纳技术领域，特别涉及一种基于微液滴凝固包覆的微构件转移方法。
背景技术
微转移技术和微对象操作方法的快速发展，为微构件的转移提供了思路和实现途径。目前已经有多种可以转移纳米材料的微转移法，比如湿法转移、干法转移、roll-to-roll转移和面对面转移，其中湿法转移和干法转移都基于中介薄膜进行微转移。目前，可以实现纳米材料转移的中介薄膜包括聚甲基丙烯酸甲醋(PMMA)、聚乳酸(PLA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、金、石蜡、光刻胶等薄膜。但是以上的转移中介物均为薄膜状，还难以实现单个或特定数量微纳结构的精准转移。
微对象操作方法又称为微操作方法，可以针对单个微纳米级物质进行精准操作(拾取-转移-释放)。操作过程通常直接利用微操作工具作用于微对象，并且对微操作工具有着严格的要求。因此，微对象操作方式可以根据操作工具的不同进行分类。几种典型的微对象操作方式，包括接触式夹持、封装式夹持、真空吸附、静电夹持、毛细力夹持、冰镊夹持操作方式。微操作方法可以实现单个微对象的精准操作，但是微操作方法中的接触式和封装式的操作方式对操作要求高，且容易对薄脆对象造成损坏，而吸附的操作方式由于粘附力较弱，所以对微构件这种与基底一体的微结构较难实现转移。
微转移方法多用于转移纳米材料薄膜，较难实现单个或特定数量微构件的精准转移。微操作方法可以对单个微对象精准操作，但接触式和封装式的操作方式容易对微构件造成损坏，吸附式或冰镊等方法则由于粘附力较弱或冻结等原因，对与基底一体的微结构较难实现转移。因此现有微转移和微操作方法均难以满足微构件的完整和精准转移。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于微液滴凝固包覆的微构件转移方法。本发明可以精准可控地实现单个或多个微构件的覆盖、解离和转移，保护微构件在转移过程中不受破坏，从而做到完整转移和无损转移，同时在转移过程中对微构件有约束力，保证转移的稳定性。
本发明的技术方案：一种基于微液滴凝固包覆的微构件转移方法，包括如下步骤：
步骤1、将目标基底以及具有微构件的基底放置到加热台上；
步骤2、采用具有纺丝性和粘性的聚合物在微针上制作粘性头部；
步骤3、移动微针，利用加热台将微针上的粘性头部融化成微液滴，由微液滴包覆所需数量的微构件，关闭加热台，冷却固化；
步骤4、向上移动微针，使微结构从基底剥离；
步骤5、移动微针，将带有微构件的微液滴移至目标基底，打开加热台，将包覆微构件的微液滴融化，移走微针；
步骤6、关闭加热台，待微液滴固化后，将包覆着微构件的固体微液滴以及目标基底放入水中，微液滴溶于水，在目标基底上留下微构件；
步骤7、烘干附着在微构件和基底上的水分，在目标基底表面得到所需的微构件。
上述的基于微液滴凝固包覆的微构件转移方法，所述微针采用钨探针。
前述的基于微液滴凝固包覆的微构件转移方法，所述钨探针制作方法是使用5V的交流电源及2mol/L的KOH溶液对直径为0.5mm的钨丝进行电化学腐蚀加工得到。
前述的基于微液滴凝固包覆的微构件转移方法，所述聚合物为麦芽糖。
前述的基于微液滴凝固包覆的微构件转移方法，所述粘性头部的制作方法是将麦芽糖浆放置到加热台上，将加热台温度设置为100-150℃，经过加热麦芽糖浆处于熔融状态，之后将微针插入到处于熔融状态的麦芽糖浆，然后不断向外移动微针对熔融状态麦芽糖浆进行流体的单轴拉伸，部分麦芽糖浆被拉长，再以1-3mm/s的速度不断向上移动微针使其在金属探针头部拉制出细长丝条，最后再移动钨探针直至丝条断裂。
前述的基于微液滴凝固包覆的微构件转移方法，步骤3中，加热台的温度设置成110℃-150℃。
前述的基于微液滴凝固包覆的微构件转移方法，步骤4中，向上移动微针的最大移动速度为2mm/s。
前述的基于微液滴凝固包覆的微构件转移方法，步骤5中，将包覆着微构件的固体微液滴加热至110℃-150℃使其开始融化，并以2mm/s的速度移动微针使其与微液滴分离。
前述的基于微液滴凝固包覆的微构件转移方法，步骤6中，将包覆着微构件的固体微液滴以及目标基底放入水中静止30-60分钟，使微液滴融于水。
与现有技术相比，本发明在微液滴包覆的微构件的转移过程中，因为液体的粘度大小与其拉伸的伸长量的关系接近线性关系，液体粘度越大，可被拉伸的更长，通过选择不同的具有纺丝性和粘性的聚合物制作粘性微针头部可以通过控制拉伸的长度得到大小不同的微针头部从而进一步控制微液滴的大小，精准可控地实现单个或多个微构件的覆盖、解离和转移；其次在微液滴凝固包覆下可以保护微构件在转移过程中不受破坏，从而做到完整解离和无损转移；同时微液滴的凝固包覆也会对微构件有约束力，保证转移的稳定性。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明粘性头部的制作方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例：一种基于微液滴凝固包覆的微构件转移方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤1、将目标基底以及具有微构件的基底放置到加热台上，并固定；本步骤中，微构件由下层的石墨微结构和上层的SiO2组成，微构件是放置在石墨基底上，石墨基底置于加热台上；目标基底为MEMS基底；加热台的尺寸大小为4cm×4cm×1cm。
步骤2、采用具有纺丝性和粘性的聚合物在微针上制作粘性头部；本步骤中，所述微针采用钨探针，钨探针制作方法是使用5V的交流电源及2mol/L的KOH溶液对直径为0.5mm的钨丝进行电化学腐蚀加工得到。
所述聚合物为麦芽糖，麦芽糖具有良好的纺丝性和粘性。
所述粘性头部的制作方法如图2所示，将麦芽糖浆放置到加热台上，将加热台温度设置为110℃，经过加热麦芽糖浆处于熔融状态，之后将微针插入到处于熔融状态的麦芽糖浆，然后不断向外移动微针对熔融状态麦芽糖浆进行流体的单轴拉伸，部分麦芽糖浆被拉长，再以2mm/s的速度不断向上移动微针使其在金属探针头部拉制出细长丝条，最后再移动钨探针直至丝条断裂。由于麦芽糖浆在加热过程中受热脱水，而脱水后的麦芽糖浆在常温下会固化，故断裂后形成的麦芽糖浆丝条微结构为固态，因此完成了粘性微针头部的制作。
步骤3、移动微针，利用加热台将微针上的粘性头部融化成微液滴，由微液滴包覆所需数量的微构件，关闭加热台，冷却固化；本步骤利用粘性头部在高温下制作微液滴，液体的粘度大小与其拉伸的伸长量的关系接近线性关系，液体粘度越大，可被拉伸的更长，通过控制粘性微针的大小进一步控制微液滴的大小，精准包覆微构件的上下两个界面。
步骤4、以2mm/s的速度向上移动微针，使微结构从石墨基底剥离；
步骤5、移动微针，将带有微构件的微液滴移至目标基底，打开加热台并加热到120℃，将包覆微构件的微液滴融化，并以2mm/s的速度向上移走微针；
步骤6、关闭加热台，待微液滴固化后，将包覆着微构件的固体微液滴以及目标基底放入水中，微液滴溶于常温水，静置30-60min，使得微液滴完全融于水，从而在目标基底上留下微构件；
步骤7、将目标基底和微构件放置烘箱中烘干20-30分钟，烘干附着在微构件和基底上的水分，在目标基底表面得到所需的微构件。
由此采用上述流程进行的微液滴包覆的微构件，通过控制微液滴的大小，可以精准可控地实现单个或多个微构件的覆盖、解离和转移，同时在微液滴凝固包覆下可以保护微构件上下两层微结构在转移过程中不受破坏，从而做到完整解离和无损转移而且微液滴的凝固包覆也会对微构件有约束力，保证转移的稳定性。
Claims (9)
1.一种基于微液滴凝固包覆的微构件转移方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、将目标基底以及具有微构件的基底放置到加热台上；
步骤2、采用具有纺丝性和粘性的聚合物在微针上制作粘性头部；
步骤3、移动微针，利用加热台将微针上的粘性头部融化成微液滴，由微液滴包覆所需数量的微构件，关闭加热台，冷却固化；
步骤4、向上移动微针，使微结构从基底剥离；
步骤5、移动微针，将带有微构件的微液滴移至目标基底，打开加热台，将包覆微构件的微液滴融化，移走微针；
步骤6、关闭加热台，待微液滴固化后，将包覆着微构件的固体微液滴以及目标基底放入水中，微液滴溶于水，在目标基底上留下微构件；
步骤7、烘干附着在微构件和基底上的水分，在目标基底表面得到所需的微构件。
2.根据权利要求1所述的基于微液滴凝固包覆的微构件转移方法，其特征在于：所述微针采用钨探针。
3.根据权利要求2所述的基于微液滴凝固包覆的微构件转移方法，其特征在于：所述钨探针制作方法是使用5V的交流电源及2mol/L的KOH溶液对直径为0.5mm的钨丝进行电化学腐蚀加工得到。
4.根据权利要求1所述的基于微液滴凝固包覆的微构件转移方法，其特征在于：所述聚合物为麦芽糖。
5.根据权利要求4所述的基于微液滴凝固包覆的微构件转移方法，其特征在于：所述粘性头部的制作方法是将麦芽糖浆放置到加热台上，将加热台温度设置为100-150℃，经过加热麦芽糖浆处于熔融状态，之后将微针插入到处于熔融状态的麦芽糖浆，然后不断向外移动微针对熔融状态麦芽糖浆进行流体的单轴拉伸，部分麦芽糖浆被拉长，再以1-3mm/s的速度不断向上移动微针使其在金属探针头部拉制出细长丝条，最后再移动钨探针直至丝条断裂。
6.根据权利要求1所述的基于微液滴凝固包覆的微构件转移方法，其特征在于：步骤3中，加热台的温度设置成110℃-150℃。
7.根据权利要求1所述的基于微液滴凝固包覆的微构件转移方法，其特征在于：步骤4中，向上移动微针的最大移动速度为2mm/s。
8.根据权利要求1所述的基于微液滴凝固包覆的微构件转移方法，其特征在于：步骤5中，将包覆着微构件的固体微液滴加热至110℃-150℃使其开始融化，并以2mm/s的速度移动微针使其与微液滴分离。
9.根据权利要求1所述的的基于微液滴凝固包覆的微构件转移方法，其特征在于：步骤6中，将包覆着微构件的固体微液滴以及目标基底放入水中静止30-60分钟，使微液滴融于水。
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