一种纳米线制备装置以及制备方法

本发明涉及光电器件领域，尤其用于高性能光电器件的纳米线制备。

背景技术：

1、金属氧化物是半导体芯片工业的重要组成部分。金属氧化物纳米线由于其拥有高比表面积和均一的定向组成，被广泛研究用于各类先进纳米光电芯片器件中。目前金属氧化物纳米线的制备方式主要可分为两个大方向：第一个是自下而上的方法，比如静电纺丝，水热，物理或者化学气相沉积，第二个是自上而下的方法，如传统的光刻工艺。

2、以上的方法都可以制备纳米线阵列，然而将制备出的纳米线集成在实际的器件当中时，目前有两种路径：1.控制沉积的原位选区生长,2.生长后进行转移。原位选区生长需要将纳米线的生长工艺集成在器件的制备工艺中。这样的话，各种材料溶剂工艺等等的兼容性将会限制在微米级的器件上进行多材料集成。生长后的转移方式避免了兼容性问题，在各自的环境中合成纳米线然后组合在一起，然而这种转移的量较大，且尺寸不能太小。现有的纳米线制备方法没有办法同时满足多材料纳米线集成，和微米尺寸下的点对点金属氧化物纳米线沉积。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种快速方便，且尺寸较为精确的纳米线制备方法以及装置。

2、基于上述技术问题，本发明提供了一种纳米线制备装置，包括一锥形移动针头，所述移动针头与基板靠近，使得所述移动针头与所述基板之间在填充液体时形成稳定弯液面；

3、所述移动针头尖端尺寸设置为10nm-100μm之间。

4、较优的，所述移动针头连接有位置控制装置，使得工作时，所述移动针头末端与所述基板之间的距离控制为10nm-5μm。

5、较优的，所述位置控制装置设置为三轴位移台。

6、较优的，所述移动针头侧面设置有水平侧向显微镜。

7、较优的，所述移动针头连接墨水微管，所述墨水微管内部设置有制备墨水，所述制备墨水包括金属氧化物前体、贵金属前体、高分子材料以及可挥发溶剂。

8、较优的，所述墨水微管与所述移动针头可拆卸连接。

9、较优的，所述金属氧化物前体设置为乙酸锌,硝酸铟中任意一种。

10、较优的，所述贵金属前体设置为贵金属化合物。

11、本发明还提供一种纳米线制备方法，采用如前所述的纳米线制备装置，包括以下步骤：1)将移动针头与基板靠近，使得针头与基板之间的空隙区域内形成弯液面，弯液面连接针头与基板；

12、2)按照纳米线的形态需求，控制所述移动针头移动，形成纳米线轨迹；

13、3)使所述纳米线轨迹中的溶剂进行挥发，加快形成纳米线。

14、较优的，还包括以下步骤：

15、4)对所述纳米线轨迹进行煅烧以制备多晶金属氧化物纳米线。

16、本发明的有益效果是：本发明将弯液面引导3d打印技术的尺度约束到纳米尺度。弯液面是针头与基板之间的空隙区域内填充液体，并由于表面张力稳定形成的环形液面。通过液面触碰基板自然形成。其形貌由针头的大小和墨水的表面张力控制。在微纳米尺度下，表面张力的影响力远大于其他力如重力，液体压力等，因此微纳米级别的弯液面具有非常强的形貌保持和稳定性。由于墨水从液体到固体的转变只能在弯液面中完成，通过移动针头引导弯液面的位置，可以做到微纳米尺度下的弯液面引导的3d打印。

17、该技术可以在任意位置通过精准的程序控制打印出接触或悬空的金属氧化物纳米线阵列。每根纳米线可以做到百纳米直径尺度和最长毫米级长度，并且拥有多种金属氧化物材料选择，可以自由更换配体。该阵列可用于各种高性能微纳光电芯片。

18、(2)本发明还提供一种基于该纳米线制备装置的制备方法，基于该方法，可以快速并便捷的在任意芯片表面制备高质量多晶金属氧化物纳米线。通过自动程序，可以自动制备任意排列，长度，成分的纳米线阵列，是制备多材料集成的金属氧化物纳米线器件的有效方法。

19、(3)本方法可以本身就具有微米尺寸下的点对点金属氧化物纳米线沉积的固有性质直接生成纳米线，方法简单，易于操作，并且不需要进行转移和生长，制备的效率更高，同时，通过更换不同墨水的微管，可以实现多材料集成。

技术特征：

1.一种纳米线制备装置，其特征是，包括一锥形移动针头，所述移动针头与基板靠近，使得所述移动针头与所述基板之间在填充液体时形成稳定弯液面；

2.如权利要求1所述的纳米线制备装置，其特征是：所述移动针头连接有位置控制装置，使得工作时，所述移动针头末端与所述基板之间的距离控制为10nm-5μm。

3.如权利要求2所述的纳米线制备装置，其特征是：所述位置控制装置设置为三轴位移台。

4.如权利要求1所述的纳米线制备装置，其特征是：所述移动针头侧面设置有水平侧向显微镜。

5.如权利要求1所述的纳米线制备装置，其特征是：所述移动针头连接墨水微管，所述墨水微管内部设置有制备墨水，所述制备墨水包括金属氧化物前体、贵金属前体、高分子材料以及可挥发溶剂。

6.如权利要求5所述的纳米线制备装置，其特征是：所述墨水微管与所述移动针头可拆卸连接。

7.如权利要求5所述的纳米线制备装置，其特征是：所述金属氧化物前体设置为乙酸锌,硝酸铟中任意一种。

8.如权利要求5所述的纳米线制备装置，其特征是：所述贵金属前体设置为贵金属化合物。

9.一种纳米线制备方法，其特征是：采用如权利要求1至8任一项所述的纳米线制备装置，其特征是：

10.如权利要求9所述的纳米线制备方法，其特征是：还包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种纳米线制备装置，包括一锥形移动针头，所述移动针头与基板靠近，使得所述移动针头与所述基板之间在填充液体时形成稳定弯液面；所述移动针头尖端尺寸设置为10nm‑100μm之间。本发明将弯液面引导3D打印技术的尺度约束到微纳米尺度。弯液面是针头与基板之间的空隙区域内填充液体，并由于表面张力稳定形成的环形液面。通过液面触碰基板自然形成。其形貌由针头的大小和墨水的表面张力控制。在微纳米尺度下，表面张力的影响力远大于其他力如重力，液体压力等，因此微纳米级别的弯液面具有非常强的形貌保持和稳定性。由于墨水从液体到固体的转变只能在弯液面中完成，通过移动针头引导弯液面的位置，可以做到微纳米尺度下的弯液面引导的3D打印。技术研发人员：程鑫,刘羽,刘红均,曾晓怡受保护的技术使用者：南方科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/30