水溶性纤维PVA作为微掩膜制备微通道的方法

本发明涉及一种以水溶性纤维pva作为微掩膜制备微通道的方法，属于微加工。

背景技术：

1、随着“后摩尔时代”的到来，基于锗硅半导体材料的器件已经逼近了物理上的极限和经济上的极限。而与此同时，随着类石墨烯、过渡金属硫化物、二维氧化物等二维材料的发展，基于这些二维材料制备的器件在气体传感、生物医药、电子设备等领域有潜在发展前途。但基于二维材料制备器件时面临着巨大的挑战，比如在制备微通道时会涉及到电子束光刻与对准，需要使用繁琐的光刻工艺，并需要在显影液等化学液体中进行一系列处理，不仅增加了成本，而且在一定程度上破坏了二维材料的表面特性。

2、目前，关于在不规则、小面积基底上制备微通道的方法主要有电子束光刻、纳米压印、软光刻等。但这些技术都存在成本高、工艺繁琐、加工难度大等特点。

3、水溶性聚乙烯醇纤维pva作为唯一可被细菌作为碳源和能源利用的乙烯基聚合物，具有理想的水溶温度、强度和伸度，以及良好的耐酸、耐碱、耐干热性能，溶于水后无味、无毒，且在较短的时间内能自然分解，对环境不产生任何污染，是优良的绿色环保产品。基于此，本发明首次提出采用单根水溶性材料pva作为沟道掩膜，利用pva和水之间的溶胀特性，实现在不规则、小面积基底上制备微通道。与传统制备微通道的方法相比较，该方法工艺简单、环保、而且可以制备在坚硬、柔软、弯曲等任意材质的基底上制备。因此，未来在大面积、批量化微通道的制备中有不可忽视的发展前景。

技术实现思路

1、发明目的：为了解决现有技术存在的不足，提供一种水溶性纤维pva作为微掩膜制备微通道的方法。

2、本发明提供的技术方案是：一种水溶性纤维pva作为微掩膜制备微通道的方法，包括以下步骤：

3、步骤1，用机械剥离的方法从块体材料上剥离少层的过渡金属硫化物；

4、步骤2，通过干法转移技术将过渡金属硫化物转移到目标基底上；

5、步骤3，将单根pva纤维固定在基底表面的位置；

6、步骤4，固定好的pva纤维在一定温度的水溶液中进行溶胀；

7、步骤5，利用热蒸发工艺在基底上镀一层金属膜；

8、步骤6，将镀膜后的pva纤维放置于55℃-60℃的水浴环境中使其溶解，则被pva阻挡的部分就形成了一个微通道，最终可以通过光学显微镜观察通道的表面形貌。

9、优选的，步骤1，用机械剥离的方法从块体材料上剥离少层的过渡金属硫化物：

10、步骤101、选择粘性较低的胶带，取一小块过渡金属硫化物晶体放置在胶带上，随后将胶带对折几次，使得胶带上均匀分布有少层的过渡金属硫化物；

11、步骤102、剪一小块pdms放置在载玻片上，将胶带上有过渡金属硫化物的部分与pdms粘在一起，随后迅速撕开胶带，在pdms上会残留有一定的过渡金属硫化物薄层。

12、优选的，步骤2，通过干法转移技术将过渡金属硫化物转移到目标基底上：

13、步骤201、清洗目标基底，为了保证转移的成功性，需要保证目标基底的洁净度，将目标基底放置到洗液中，浸泡5-8h；

14、步骤202、将步骤102中粘有pdms的载玻片固定在转移平台的上，并将步骤201清洗好的目标基底放置在微动平台，在显微镜下完成转移。

15、步骤203、将转移到目标基底上的材料，放到真空炉中做退火处理。

16、优选的，步骤3，将单根pva纤维固定在基底表面的位置：

17、步骤301、选择水溶性好的pva纤维，并且将其剪成合适的长度，在光学显微镜下用镊子挑选出单根pva纤维；

18、步骤302、在显微镜高倍镜下同时找到过渡金属硫化物薄层和单根pva纤维，通过微动使得单根pva纤维移动到基底表面合适的位置，并用高温胶带将单根pva纤维固定。

19、优选的，步骤4，将固定好的pva纤维放置在35℃-50℃温度范围的水溶液中进行溶胀：

20、步骤401、将有一定量水的烧杯放在水浴锅中，恒温保持10-20分钟，随后将单根pva纤维放置在烧杯中，使其溶胀一定的时间，取出溶胀后的pva纤维，并用氮气吹干表面的水分。通过设置温度梯度，观察单根pva纤维在不同的温度环境中溶胀情况；

21、步骤402、在步骤401的基础上，选择单根pva纤维溶胀最佳的温度，进行时间梯度实验，控制溶胀时间。

22、优选的，步骤5，利用热蒸发工艺在基底上镀一层金属膜，采用电子束蒸发与电阻蒸发复合镀膜系统在步骤4的基底上蒸镀一层厚度为200-300nm的金属薄膜。

23、本发明提出以水溶性纤维pva作为微掩膜制备微通道，包括剥离过渡金属硫化物、干法转移过渡金属硫化物、单根pva纤维在不同环境下的溶胀、沉积金属薄膜。

24、优选的，过渡金属硫化物为二硒化钨、石墨烯或碳纳米管。

25、优选的，选择了pva为55度水溶性纤维。

26、优选的，沉积的金属薄膜为银薄膜，厚度为200nm。

27、优选的，基底是硅、玻璃的非柔性基底，或是pi、pet的柔性基底，或是纤维、光纤的柱状基底。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

29、机械剥离法获得的二维材料最大程度的保留了材料的本征属性，通过干法转移技术将机械剥离的二维材料转移到在目标基底，为了在薄膜上形成电极通道，通常选择电子束光刻、丝网印刷、激光刻蚀等微加工技术，本发明突破了上述常规技术，选择了在水溶液里可以完全溶解的单根pva纤维做阻挡层，通过将其放在25-50℃的水溶液中、溶胀1-10分钟，形成不同线宽的微掩膜，并在其表面蒸发一层金属层，最终在55-60℃的水浴环境下溶解掉阻挡的单根pva纤维，在目标基底上形成了一个微通道。用这种方法，减少了制备掩膜版、光刻等繁琐的工艺，不仅降低了成本，同时避免了光刻胶等化学溶剂的使用，降低了对材料的二次污染，可适用于于更广泛的材料与基底。

技术特征：

1.一种水溶性纤维pva作为微掩膜制备微通道的方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的水溶性纤维pva作为微掩膜制备微通道的方法，其特征在于：所述步骤1的具体步骤为：

3.根据权利要求2所述的水溶性纤维pva作为微掩膜制备微通道的方法，其特征在于：所述步骤2的具体步骤为：

4.根据权利要求3所述的水溶性纤维pva作为微掩膜制备微通道的方法，其特征在于：所述步骤3的具体步骤为：

5.根据权利要求4所述的水溶性纤维pva作为微掩膜制备微通道的方法，其特征在于：所述步骤4的具体步骤为：

6.根据权利要求5所述的水溶性纤维pva作为微掩膜制备微通道的方法，其特征在于：所述步骤5的具体步骤为：采用电子束蒸发与电阻蒸发复合镀膜系统在步骤4的基底上蒸镀一层厚度为200-300nm的金属薄膜。

7.根据权利要求1所述的水溶性纤维pva作为微掩膜制备微通道的方法，其特征在于：所述过渡金属硫化物为二硒化钨、石墨烯或碳纳米管。

8.根据权利要求1所述的水溶性纤维pva作为微掩膜制备微通道的方法，其特征在于：所述pva纤维为55度水溶性纤维。

9.根据权利要求6所述的水溶性纤维pva作为微掩膜制备微通道的方法，其特征在于：所述金属薄膜为银薄膜，厚度为200nm。

10.根据权利要求1所述的水溶性纤维pva作为微掩膜制备微通道的方法，其特征在于：所述基底是硅、玻璃的非柔性基底，或是pi、pet的柔性基底，或是纤维、光纤的柱状基底。

技术总结本发明提供了一种水溶性纤维PVA作为微掩膜制备微通道的方法，包括：步骤1，用机械剥离的方法从块体材料上剥离少层的过渡金属硫化物；步骤2，通过干法转移技术将过渡金属硫化物转移到特定基底上；步骤3，将单根PVA纤维固定在适当的位置；步骤4，固定好的PVA纤维在一定温度的水溶液中进行溶胀；步骤5，利用热蒸发工艺在基底上镀一层金属膜；步骤6，将镀膜后的PVA纤维放置于55℃‑60℃的水浴环境中使其溶解，则被PVA阻挡的部分就形成了一个微通道。本发明在机械剥离的过渡金属硫化物的表面制备了微通道，大大降低了成本且适用于任何形状的基底，特别是在一些不规则材料上制备微通道有极大的应用前景。技术研发人员：刘瑞芳,尹超逸,巴龙受保护的技术使用者：东南大学技术研发日：技术公布日：2024/1/15