3d實(shí)體電極介電泳納米線操控系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于介電泳芯片、納米線操控領(lǐng)域，具體涉及一種三維點(diǎn)陣實(shí)體電極控制電場與十字形流道控制流場相結(jié)合的高柔性納米線精確操控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年以來，最引人注目的納米科技是:將納米材料作為一種優(yōu)質(zhì)基材裝配成任意種類的納米功能器件或系統(tǒng)，包括納米場效應(yīng)管，納米激光器，納米生化傳感器，納米發(fā)電機(jī)以及納米計(jì)算系統(tǒng)等。作為一種優(yōu)秀的納米基材，納米線既能為電、熱傳輸?shù)囊蕾囆曰蚩臻g尺度減小引起的力學(xué)性能的研究提供良好載體，也能為納米電子、光電、電化學(xué)和機(jī)電器件的制造提供連接部件和功能部件。
[0003]各國學(xué)者針對納米線的操縱與組裝技術(shù)進(jìn)行了大量探索性的研究，主要涉及下列幾個方面:一方面，巧妙地利用生物分子作用力、靜電作用力、剪切作用力對多根納米線進(jìn)行群體性的非精確組裝;另一方面，應(yīng)用掃描探針顯微鏡、精密微納米機(jī)械手對單根納米線進(jìn)行姿態(tài)控制與精確操縱;第三，利用磁場對鐵磁性材質(zhì)納米線進(jìn)行動態(tài)操縱，以及應(yīng)用光鑷對單根納米線進(jìn)行高精度操縱。然而，運(yùn)用生物樣板、微流體技術(shù)、LB膜排列技術(shù)、微接觸印刷技術(shù)只能將大量納米線作為整體進(jìn)行操縱，而在單根納米線取向和位置的精確控制方面則無能為力；應(yīng)用納米機(jī)械手能實(shí)現(xiàn)對單根納米線的精確操控，但較高的操作難度和低下的操縱效率使其無法滿足多根納米線批量化組裝的要求;而磁鑷、光鑷則分別受到納米線材質(zhì)和光學(xué)捕獲極限的制約，很難應(yīng)用于任意材質(zhì)納米線的大規(guī)模柔性化操控。
[0004]任何材質(zhì)都具有一定的介電屬性，在外加電場作用下，它們會因極化而誘導(dǎo)產(chǎn)生電偶極矩。當(dāng)外加電場的空間分布呈現(xiàn)出非均勻性，極化后的材質(zhì)就會受到一份凈力，即介電泳力。隨著微/納米電極制造水平的提高，較小的信號強(qiáng)度就能產(chǎn)生足以驅(qū)動納米材料運(yùn)動的空間非均勻電場。很多學(xué)者開發(fā)了一系列二維平面電極結(jié)構(gòu)以產(chǎn)生特定的空間非均勻電場，對一維納米材料進(jìn)行操縱和組裝。這些操縱大都基于金屬實(shí)體電極陣列，只能對納米材料進(jìn)行簡單組裝，同時由于金屬實(shí)體電極的剛性特征，使得操縱缺少柔性。而后來出現(xiàn)的光誘導(dǎo)虛擬電極可以實(shí)時改變電極形狀大小，操作過程柔性增大，但芯片加工難度增大，成本增加，精確度下降，且操作過程中納米線只能呈現(xiàn)豎直姿態(tài)，且納米線的姿態(tài)和位置難以持續(xù)保持，很難適應(yīng)后續(xù)地功能化集成。
[0005]因此，如能提出一種能夠?qū)崿F(xiàn)納米線的高柔性與大規(guī)模操控系統(tǒng)，以同時滿足單根精確操縱和多根批量精確組裝，必將在一定程度上克服上述局限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種3D實(shí)體電極介電泳納米線操控系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了納米線的高柔性、精確性操控。
[0007]技術(shù)方案:所述3D實(shí)體電極介電泳納米線操控系統(tǒng)，包括3D實(shí)體電極介電泳納米線操控芯片、電場控制單元、流場控制單元和微型計(jì)算機(jī)；
[0008]所述3D實(shí)體電極介電泳納米線操控芯片包括兩片2D電極層、位于兩片2D電極層之間的兩片3D電極層、以及位于兩片3D電極層之間的一片流道層；該3D實(shí)體電極介電泳納米線操控芯片以上下對稱結(jié)構(gòu)對準(zhǔn)封裝而成；
[0009]所述電場控制單元包括信號發(fā)生器、信號控制系統(tǒng)，所述信號發(fā)生器與信號控制系統(tǒng)連接;所述信號控制系統(tǒng)與3D實(shí)體電極介電泳納米線操控芯片的外部連接部分連接；
[0010]所述流場控制單元包括注射栗，所述注射栗與3D實(shí)體電極介電泳納米線操控芯片進(jìn)出口部分連接；
[0011]所述微型計(jì)算機(jī)與電場控制單元中的信號發(fā)生器連接，該微型計(jì)算機(jī)控制信號發(fā)生器的信號的波形、電壓大小、頻率、相位。
[0012]具體地，還包括顯微鏡，通過顯微鏡與微型計(jì)算機(jī)實(shí)時觀測納米線的操控情況。
[0013]具體地，所述3D實(shí)體電極介電泳納米線操控芯片進(jìn)出口部分與廢液收集裝置連接。
[0014]具體地，所述電場控制單元還包括信號放大器，所述信號放大器與信號發(fā)生器連接。
[0015]具體地，所述2D電極層包括3X4陣列點(diǎn)電極、引線部分、外部連接部分、對準(zhǔn)塊部分。
[0016]具體地，所述3D電極層包括3X4陣列點(diǎn)電極、對準(zhǔn)塊部分。
[0017]更具體地，所述3X4陣列點(diǎn)電極為點(diǎn)陣形式排布，且點(diǎn)的個數(shù)、每個點(diǎn)的直徑、點(diǎn)與點(diǎn)之間的間距可以變動。
[0018]具體地，所述3D實(shí)體電極介電泳納米線操控芯片結(jié)構(gòu)為2D電極層在第一層和第五層，3D電極層在第二層和第四層，流道層在第三層;五層部分分別根據(jù)各自的對準(zhǔn)塊部分對準(zhǔn)鍵合封裝。
[0019]具體地，所述流道層包括十字形流道、進(jìn)出口部分、對準(zhǔn)塊部分。
[0020]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:采用3D實(shí)體電極介電泳納米線操控技術(shù)，使納米線在操控過程中的姿態(tài)和位置可以任意調(diào)整且可以持續(xù)保持，有效提高了納米線操控系統(tǒng)的柔性和精確性;其次，構(gòu)建3D點(diǎn)陣實(shí)體電極一方面所有的二維圖形都可以由若干個點(diǎn)近似表達(dá)，另一方面3D電極層的設(shè)計(jì)克服了 2D電極層上點(diǎn)電極的電場會被引出線的電場強(qiáng)烈干擾的問題;最后，芯片的對稱式設(shè)計(jì)使得芯片可以制造出任意三維電場來精確操控納米線，且芯片制造過程簡單，可廣泛用于納米材料的操控與裝配納米器件等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明3D實(shí)體電極介電泳納米線操控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明3D實(shí)體電極介電泳納米線操控芯片的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3是本發(fā)明3D實(shí)體電極介電泳納米線操控芯片的2D電極層結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4是本發(fā)明3D實(shí)體電極介電泳納米線操控芯片的3D電極層結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5是本發(fā)明3D實(shí)體電極介電泳納米線操控芯片的流道層結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖6是本發(fā)明3D實(shí)體電極介電泳納米線操控芯片操控納米線的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。
[0028]如圖1所示，本發(fā)明為一種3D實(shí)體電極介電泳納米線操控系統(tǒng)包括3D實(shí)體電極介電泳納米線操控芯片11、微型計(jì)算機(jī)12、信號發(fā)生器13、信號放大器14、信號控制系統(tǒng)15、注射栗16、廢液收集裝置17和顯微鏡18;其中，信號發(fā)生器13、信號放大器14、信號控制系統(tǒng)
15、微型計(jì)算機(jī)12構(gòu)成芯片的電場控制系統(tǒng);微型計(jì)算機(jī)12與信號發(fā)生器13連接;信號發(fā)生器13與信號放大器14連接;信號放大器14與信號控制系統(tǒng)15連接;信號控制系統(tǒng)13與芯片的外部連接部分24通過細(xì)電線121連接。注射栗16構(gòu)成芯片的流場控制系統(tǒng);注射栗16與芯片進(jìn)出口部分111通過微管19連接;芯片進(jìn)出口部分111與廢液收集裝置17通過微管連接。
[0029]如圖2所示，所述3D實(shí)體電極介電泳納米線操控芯片由兩片2D電極層21、兩片3D電極層22、一片流道層23以對稱結(jié)構(gòu)對準(zhǔn)封裝而成;所述2D電極層21包括3X4陣列點(diǎn)電極26、引線部分25、外部連接部分24、對準(zhǔn)塊部分27;所述3D電極層22包括3X4陣列點(diǎn)電極26、對準(zhǔn)塊部分27;所述流道層23包括十字形流道28、進(jìn)出口部分111、對準(zhǔn)塊部分27;所述的3D實(shí)體電極介電泳納米線操控芯片11結(jié)構(gòu)為2D電極層21在第一層和第五層，3D電極層22在第二層和第四層，流道層23在第三層;五層部分分別根據(jù)各自的對準(zhǔn)塊部分27對準(zhǔn)鍵合封裝。
[0030]3D實(shí)體電極介電泳納米線操控芯片11的2D電極層