專利名稱：在含有疏水性的硅柱的硅片表面構(gòu)筑微電極對陣列的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子電路領(lǐng)域，特別涉及在含有疏水性的硅柱的硅片表面上形成大面積定向排列的納米導(dǎo)線，從而構(gòu)筑微電極對陣列的方法。
背景技術(shù)：
微電極是指電極的一維尺寸為微米級(lX10_6m)至納米(lX10_9m)級的一類電極。當(dāng)電極的一維尺寸從毫米級降低至微米級時，表現(xiàn)出許多優(yōu)良的電化學(xué)特性，例如微電極不僅因?yàn)殡姌O微小而有利于在體分析，更重要的是，它具有常規(guī)電極無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，即極高的穩(wěn)態(tài)電流密度、極短的響應(yīng)時間、極化電流小、歐姆壓降小、傳質(zhì)速度高、信噪比大， 可用于瞬態(tài)電極過程研究、高阻抗電解質(zhì)和流動體系。微電極陣列是指由多個微電極集束在一起所組成的外觀單一的電極，其電流是各個單一電極電流的加和，這類電極保持了原來單一電極的特性，又可以獲得較大的電流強(qiáng)度，提高了測量的靈敏度。近年來，微電極陣列由于在微電子電路、生物傳感器、微流體等流域具有廣泛的應(yīng)用，引起了人們的普遍重視。目前，制備微電極陣列的方法主要是國外的top-down技術(shù)，SP使用聚焦激光刻蝕娃片從而制備出微型的電極對陣列(Clendenning SB, Aouba S，RayatMS, Grozea D, Sorge JB, Brodersen PM. Adv. Mater.先進(jìn)材料，2004 年，16 期，215 頁)。但是這類方法需要昂貴并且復(fù)雜的制備儀器，并且制備樣品需要的時間長、效率低。另一類使用的是濕化學(xué)法(溶劑揮發(fā)自組裝的技術(shù))，(Ryu DY, Shin K, DrockenmullerE, HawkerCJjRussell TP. Science科學(xué)雜志，2005年，308期，236頁)即將含有納米導(dǎo)線的水或者有機(jī)溶劑，或者將含有能夠形成納米導(dǎo)線的物質(zhì)的水或者有機(jī)溶劑鋪展到微柱陣列的硅片電極表面，隨著水或者有機(jī)溶劑的快速揮發(fā)，納米導(dǎo)線會自組裝到微柱陣列的電極頂端。這類方法克服了制備微電極對陣列需要時間長的缺點(diǎn)，但是組裝的效果不理想，經(jīng)常有缺陷并且由于表面粘附的原因形成局部區(qū)域的缺陷。因此，微電極陣列的生產(chǎn)中需要一種快速、大面積、無粘附、納米導(dǎo)線尺度可調(diào)控的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在疏水性微加工硅片的表面上形成大面積定向排列的直徑為納米級的納米導(dǎo)線，從而構(gòu)筑微電極對陣列的方法；該方法能夠調(diào)節(jié)所述納米導(dǎo)線的粗細(xì)、長短及空間排列方式。本發(fā)明的在含有疏水性的娃柱的娃片表面構(gòu)筑微電極對陣列的方法包括以下步驟(I)將表面含有親水性的娃柱陣列的娃片浸泡到含有氟娃燒的有機(jī)溶劑中，或?qū)⒈砻婧杏H水性的硅柱陣列的硅片放入到氟硅烷蒸汽的環(huán)境中，或?qū)⒎柰槿芤褐苯拥渭拥奖砻婧杏H水性的硅柱陣列的硅片表面；使所述的硅片與氟硅烷分子進(jìn)行接枝反應(yīng)，將氟硅烷分子修飾到所述的硅片表面，得到含有疏水性的硅柱陣列的硅片；(2)驅(qū)使含有形成納米導(dǎo)線的物質(zhì)的水溶液勻速定向的流經(jīng)步驟⑴得到的硅片上的疏水性的硅柱陣列的頂端表面，即可大面積、快速地在構(gòu)成所述疏水性的硅柱陣列中的相鄰的兩個硅柱的頂端上形成定向(方向可控)排列的直徑為納米級的納米導(dǎo)線，并由該納米導(dǎo)線連接該兩個硅柱，形成由所述納米導(dǎo)線連接該兩個硅柱構(gòu)成的微電極對；多個所述的微電極對構(gòu)成所述的微電極對陣列(如圖I所示)。本發(fā)明中的所述的硅柱由于是疏水性的，水溶液不會浸潤硅柱，只會在硅柱頂端停留；當(dāng)水溶液流過硅柱時，由于表面的粘附力存在，隨著水分的蒸發(fā)，會在相鄰的兩個硅柱的頂端拉成直徑為納米級的納米導(dǎo)線，如圖I所示。所述的驅(qū)使含有形成納米導(dǎo)線的物質(zhì)的水溶液流經(jīng)疏水性的硅柱陣列的頂端表面的流速是0. l-5cm/s。所述的驅(qū)使的方法可以是利用重力作用驅(qū)使含有形成納米導(dǎo)線的物質(zhì)的水溶液勻速定向的流經(jīng)步驟(I)得到的硅片上的疏水性的硅柱陣列的頂端表面；也可以是利用粘 附誘導(dǎo)方法，通過具有更大粘附力的小棒誘導(dǎo)含有形成納米導(dǎo)線的物質(zhì)的水溶液勻速定向的流經(jīng)步驟(I)得到的硅片上的疏水性的硅柱陣列的頂端表面(由于硅柱是疏水性的，對于水粘附力小，所以用普通的小棉棒就能粘附水滴移動)；也可以是利用磁場這種物理場效應(yīng)技術(shù)驅(qū)動含有形成納米導(dǎo)線的物質(zhì)的水溶液勻速定向的流經(jīng)步驟(I)得到的硅片上的疏水性的硅柱陣列的頂端表面(由于水溶液中含有形成納米導(dǎo)線的物質(zhì)，這是順磁形的物質(zhì)(如pss-pedot這種聚合物含有三價鐵，有弱順磁性)，可以用磁場誘導(dǎo))。所述的含有形成納米導(dǎo)線的物質(zhì)的水溶液的質(zhì)量濃度為1X10_9% -20%。所述的形成納米導(dǎo)線的物質(zhì)可以是不導(dǎo)電的物質(zhì)與金屬粒子的摻雜物、半導(dǎo)體的物質(zhì)或?qū)щ姷奈镔|(zhì)。所述的摻雜物中的不導(dǎo)電的物質(zhì)金屬粒子的質(zhì)量比為I : 1-1 50。所述的不導(dǎo)電的物質(zhì)選自淀粉、葡萄糖、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚乙二醇、聚醋酸乙烯、聚羥基乙酸、聚乳酸、聚乳酸-聚羥乙酸、聚酸酐和聚-a -氨基酸等這些溶于水的聚合物中的一種或幾種。所述的金屬粒子的粒徑為IO-IOOOnm ;所述的金屬選自銅、銀、金和鉬中的一種或幾種。所述的半導(dǎo)體的物質(zhì)選自聚3，4_乙撐二氧噻吩、聚苯乙烯磺酸鹽、A1203、CuO、NiO、TiO2、SiO2、GeO2、V2O5、Mn2O3、Mn3O4、ZrO2、ZnO、Co3O4、Nb2O5、MgTiO3、PdO、CeO2、BaTiO3、La2CuO4、SnO2, NiFe2O4' Fe3O4、Pb (Zrtl 52Titl 48) O3 和 NiTiO3 等中的一種或幾種。所述的導(dǎo)電的物質(zhì)選自銅粒子、銀粒子、金粒子、鉬粒子、石墨粉、聚苯乙烯磺酸鹽-聚3，4-乙撐二氧噻吩(PSS-PED0T)、聚對苯撐乙烯和聚氧乙烯等中的一種或幾種；其中銅粒子、銀粒子、金粒子和鉬粒子的粒徑都為10-1000nm。所述的相鄰的兩個硅柱之間的間距是I微米-30微米(包括橫向及縱向)。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)所述的硅柱陣列中的相鄰的兩個硅柱之間的間距，可以控制在相鄰的兩個硅柱頂端上形成的所述納米導(dǎo)線的連接或者不連接；當(dāng)相鄰的兩個硅柱之間的間距大于30微米時，一般情況下在相鄰的兩個硅柱頂端上形成的所述納米導(dǎo)線將不能連接在一起。所述的硅柱的直徑為微米級尺度。所述的形成定向(方向可控)排列的直徑為納米級的納米導(dǎo)線，其納米導(dǎo)線的縱向排列方向?yàn)樗鏊芤旱牧鲃臃较?。所述的表面含有親水性的硅柱陣列的硅片，可由本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)制備得到；如可以采用激光刻蝕的方法制備得到所述含有親水性的硅柱陣列的硅片，也可以用掩模板加曝光的方法制備得到所述含有親水性的硅柱陣列的硅片，也可以是用濕化學(xué)的方法腐蝕得到所述含有親水性的硅柱陣列的硅片。所述的將表面含有親水性的硅柱陣列的硅片浸泡到含有氟硅烷的有機(jī)溶劑中進(jìn)行接枝反應(yīng)的時間是1-24小時。所述的含有氟硅烷的有機(jī)溶劑，其氟硅烷在有機(jī)溶劑中的質(zhì)量濃度為1% -25%。所述的有機(jī)溶劑是乙醇、丙酮或二甲亞砜等。所述的將表面含有親水性的硅柱陣列的硅片放入到氟硅烷蒸汽的環(huán)境中進(jìn)行接枝反應(yīng)的時間是1-48小時。所述的將氟硅烷溶液直接滴加到表面含有親水性的硅柱陣列的硅片表面進(jìn)行接枝反應(yīng)的時間是0. 5-12小時。所述的氟硅烷是C8-C22的長鏈氟硅烷，優(yōu)選為十二烷基氟硅烷或十八烷基氟硅烷。本發(fā)明采用了在含有親水性的硅柱陣列的硅片表面上接枝氟硅烷的方法，使得所述親水性的硅柱陣列的表面與水的接觸角由10°增大到150°以上，得到含有疏水性的硅柱陣列的硅片。驅(qū)使含有形成納米導(dǎo)線的物質(zhì)的水溶液勻速定向的流經(jīng)所述的疏水性的硅柱陣列的頂端表面，即可大面積、快速地在構(gòu)成所述疏水性的硅柱陣列中的相鄰的兩個硅柱的頂端上形成定向排列的直徑為納米級的納米導(dǎo)線，并由該納米導(dǎo)線連接該兩個硅柱，從而形成微電極對；多個所述的微電極對構(gòu)成所述的微電極對陣列。由于硅柱的頂端面積、間距、成絲物質(zhì)可以改變，因此可以十分方便地調(diào)節(jié)納米導(dǎo)線的粗細(xì)、長短、空間排列方式。本發(fā)明得到的納米導(dǎo)線陣列經(jīng)過長達(dá)兩個月的放置不會消失，且經(jīng)過一小時的紫外光照對其形成無影響，生成的納米導(dǎo)線性質(zhì)穩(wěn)定。本發(fā)明的方法操作簡便、易于控制、所需設(shè)備簡單、能夠大規(guī)模生產(chǎn)，可用于微電子電路、生物傳感器、微流體等領(lǐng)域。


圖I.本發(fā)明的由多個微電極對構(gòu)成的微電極對陣列示意圖。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例僅是對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，而不是對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行限制。實(shí)施例I(I)將采用激光刻蝕出的表面含有親水性的硅柱陣列的硅片(陣列中的兩相鄰的硅柱與硅柱之間的間距是15微米，硅柱的直徑為微米級尺度)浸泡到含有質(zhì)量濃度為1%的八烷基氟硅烷的乙醇溶液中，使所述的硅片與八烷基氟硅烷分子進(jìn)行接枝反應(yīng)12小時，將八烷基氟硅烷分子修飾到所述的硅片表面，得到含有疏水性的硅柱陣列的硅片(陣列中的硅柱的直徑為微米級尺度)；(2)利用重力作用，以5cm/s的速度驅(qū)使含有質(zhì)量濃度為I %的聚乙烯醇和粒徑為IOnm的銅納米粒子摻雜的水溶液(聚乙烯醇和銅納米粒子的質(zhì)量比為I : 5)勻速定向的流經(jīng)步驟(I)得到的硅片上的疏水性的硅柱陣列的頂端表面，隨著硅柱頂端上的水分的蒸發(fā)，即可大面積、快速地在構(gòu)成所述疏水性的硅柱陣列中的相鄰的兩個硅柱的頂端上形成排列規(guī)整且定向排列的直徑為納米級的納米導(dǎo)線，并由該納米導(dǎo)線連接該兩個硅柱，形成由所述納米導(dǎo)線連接該兩個硅柱構(gòu)成的微電極對；多個所述的微電極對構(gòu)成了一個如圖I所示的微電極對陣列(微電極對陣列的密度是31250個電極對/cm2)。將上述制備得到的含有微電極對陣列 的硅片接入到印刷電路板中，用環(huán)氧樹脂對印刷電路板進(jìn)行絕緣封裝，預(yù)留出與外部電極導(dǎo)通的部分。采用三電極體系，將含有微電極對陣列的硅片作為工作電極，銀電極作為對電極，參比電極為飽和甘汞電極。在0. 5g/L的KCl溶液中用循環(huán)伏安法表征工作電極的電化學(xué)性質(zhì)，電位區(qū)間為-0. 1V-0. 6V，掃描速度為50mV/s。上述制備的含有微電極對陣列的硅片作為工作電極，能很好地保持穩(wěn)定狀態(tài)的伏安曲線，電響應(yīng)時間為0. 8s，比普通銅電極的響應(yīng)時間要減少0. 7s。通過調(diào)節(jié)上述硅柱陣列中的相鄰的兩個硅柱之間的間距，可以控制在相鄰的兩個硅柱頂端上形成的所述納米導(dǎo)線的連接或者不連接。實(shí)施例2(I)將采用掩模板加曝光的方法制備得到的表面含有親水性的硅柱陣列的硅片(陣列中的兩相鄰的硅柱與硅柱之間的間距是I微米，硅柱的直徑為微米級尺度)浸泡到含有質(zhì)量濃度為13%的十烷基氟硅烷的丙酮溶液中，使所述的硅片與十烷基氟硅烷分子進(jìn)行接枝反應(yīng)I小時；將十烷基氟硅烷分子修飾到所述的硅片表面，得到含有疏水性的硅柱陣列的硅片(陣列中的硅柱的直徑為微米級尺度)；(2)利用粘附誘導(dǎo)技術(shù)，用普通的小棉棒粘附含有質(zhì)量濃度為1X10_9%的聚3，4-乙撐二氧噻吩的水溶液，以0. I cm/s的速度勻速定向的流經(jīng)步驟⑴得到的硅片上的疏水性的硅柱陣列的頂端表面，隨著硅柱頂端上的水分的蒸發(fā)，即可大面積、快速地在構(gòu)成所述疏水性的硅柱陣列中的相鄰的兩個硅柱的頂端上形成排列規(guī)整且定向排列的直徑為納米級的納米導(dǎo)線，并由該納米導(dǎo)線連接該兩個硅柱，形成由所述納米導(dǎo)線連接該兩個硅柱構(gòu)成的微電極對；多個所述的微電極對構(gòu)成了一個微電極對陣列(如圖I所示)。實(shí)施例3(I)將采用濕化學(xué)的方法腐蝕得到的表面含有親水性的硅柱陣列的硅片(陣列中的兩相鄰的硅柱與硅柱之間的間距是30微米，硅柱的直徑為微米級尺度)浸泡到含有質(zhì)量濃度為25%的十二烷基氟硅烷的二甲亞砜溶液中，使所述的硅片與十二烷基氟硅烷分子進(jìn)行接枝反應(yīng)24小時，將十二烷基氟硅烷分子被完全修飾到所述的硅片表面，得到含有疏水性的硅柱陣列的硅片(陣列中的硅柱的直徑為微米級尺度)；(2)利用磁場作用，以lcm/s的速度驅(qū)使含有質(zhì)量濃度為20%的聚苯乙烯磺酸鹽-聚3，4_乙撐二氧噻吩(PSS-PED0T)的水溶液，勻速定向的流經(jīng)步驟(I)得到的硅片上的疏水性的硅柱陣列的頂端表面，隨著硅柱頂端上的水分的蒸發(fā)，即可大面積、快速地在構(gòu)成所述疏水性的硅柱陣列中的相鄰的兩個硅柱的頂端上形成排列規(guī)整且定向排列的直徑為納米級的納米導(dǎo)線，并由該納米導(dǎo)線連接該兩個硅柱，形成由所述納米導(dǎo)線連接該兩個娃柱構(gòu)成的微電極對；多個所述的微電極對構(gòu)成了一個如圖I所不的微電極對陣列(微電極對陣列的密度是31250個電極對/cm2)。將上述制備得到的含有微電極對陣列的硅片接入到印刷電路板中，用環(huán)氧樹脂對印刷電路板進(jìn)行絕緣封裝，預(yù)留出與外部電極導(dǎo)通的部分。采用三電極體系，將含有微電極對陣列的硅片作為工作電極，銀電極作為對電極，參比電極為飽和甘汞電極。在0.5g/L的KCl溶液中用循環(huán)伏安法表征工作電極的電化學(xué)性質(zhì)，電位區(qū)間為-0. 1V-0. 6V，掃描速度為50mV/s。上述制備的含有微電極對陣列的硅片作為工作電極，能很好地保持穩(wěn)定狀態(tài)的伏安曲線，電響應(yīng)時間為0. 9s，比普通銅電極的響應(yīng)時間要減少0. 6s。通過調(diào)節(jié)上述硅柱陣列中的相鄰的兩個硅柱之間的間距，可以控制在相鄰的兩個硅柱頂端上形成的所述納米導(dǎo)線的連接或者不連接。實(shí)施例4(I)將采用激光刻蝕的方法制備得到的表面含有親水性的硅柱陣列的硅片(陣列 中的兩相鄰的硅柱與硅柱之間的間距是15微米，硅柱的直徑為微米級尺度)放入到十四烷基氟硅烷的蒸汽環(huán)境中，使所述的硅片與十四烷基氟硅烷分子進(jìn)行接枝反應(yīng)12小時，將十四烷基氟硅烷分子被完全修飾到所述的硅片表面，得到含有疏水性的硅柱陣列的硅片(陣列中的硅柱的直徑為微米級尺度)； (2)利用重力作用，以5cm/s的速度驅(qū)使含有質(zhì)量濃度為I %的聚丙烯酸和粒徑為IOOnm的銀納米粒子摻雜的水溶液(聚丙烯酸和銀納米粒子的質(zhì)量比為I : 1)，勻速定向的流經(jīng)步驟(I)得到的硅片上的疏水性的硅柱陣列的頂端表面，隨著硅柱頂端上的水分的蒸發(fā)，即可大面積、快速地在構(gòu)成所述疏水性的硅柱陣列中的相鄰的兩個硅柱的頂端上形成排列規(guī)整且定向排列的直徑為納米級的納米導(dǎo)線，并由該納米導(dǎo)線連接該兩個硅柱，形成由所述納米導(dǎo)線連接該兩個硅柱構(gòu)成的微電極對；多個所述的微電極對構(gòu)成了一個如圖I所示的微電極對陣列(微電極對陣列的密度是31250個電極對/cm2)。將上述制備得到的含有微電極對陣列的硅片接入到印刷電路板中，用環(huán)氧樹脂對印刷電路板進(jìn)行絕緣封裝，預(yù)留出與外部電極導(dǎo)通的部分。采用三電極體系，將含有微電極對陣列的硅片作為工作電極，銀電極作為對電極，參比電極為飽和甘汞電極。在0.5g/L的KCl溶液中用循環(huán)伏安法表征工作電極的電化學(xué)性質(zhì)，電位區(qū)間為-0. 1V-0. 6V，掃描速度為50mV/s。上述制備的含有微電極對陣列的硅片作為工作電極，能很好地保持穩(wěn)定狀態(tài)的伏安曲線，電響應(yīng)時間為0. 9s，比普通銅電極的響應(yīng)時間要減少0. 6s。通過調(diào)節(jié)上述硅柱陣列中的相鄰的兩個硅柱之間的間距，可以控制在相鄰的兩個硅柱頂端上形成的所述納米導(dǎo)線的連接或者不連接。實(shí)施例5(I)將采用掩模板加曝光的方法制備得到的表面含有親水性的硅柱陣列的硅片(陣列中的兩相鄰的硅柱與硅柱之間的距離是I微米，硅柱的直徑為微米級尺度)放入到十六烷基氟硅烷的蒸汽環(huán)境中，使所述的硅片與十六烷基氟硅烷分子進(jìn)行接枝反應(yīng)I小時，將十六烷基氟硅烷分子被完全修飾到所述的硅片表面，得到含有疏水性的硅柱陣列的硅片(陣列中的硅柱的直徑為微米級尺度)；(2)利用粘附誘導(dǎo)技術(shù)，用普通的小棉棒粘附含有質(zhì)量濃度為1X10_9%的Al2O3的水溶液，以0. lcm/s的速度勻速定向的流經(jīng)步驟(I)得到的硅片上的疏水性的硅柱陣列的頂端表面，隨著硅柱頂端上的水分的蒸發(fā)，即可大面積、快速地在構(gòu)成所述疏水性的硅柱陣列中的相鄰的兩個硅柱的頂端上形成排列規(guī)整且定向排列的直徑為納米級的納米導(dǎo)線，并由該納米導(dǎo)線連接該兩個硅柱，形成由所述納米導(dǎo)線連接該兩個硅柱構(gòu)成的微電極對；多個所述的微電極對構(gòu)成了一個微電極對陣列(如圖I所示)。實(shí)施例6(I)將采用濕化學(xué)的方法腐蝕得到的表面含有親水性的硅柱陣列的硅片(陣列中的兩相鄰的硅柱與硅柱之間的距離是30微米，硅柱的直徑為微米級尺度)放入到十八烷基氟硅烷的蒸汽環(huán)境中，使所述的 硅片與十八烷基氟硅烷分子進(jìn)行接枝反應(yīng)48小時，將十八烷基氟硅烷分子被完全修飾到所述的硅片表面，得到含有疏水性的硅柱陣列的硅片(陣列中的硅柱的直徑為微米級尺度)；(2)利用重力作用，以lcm/s的速度驅(qū)使含有質(zhì)量濃度為20%的聚對苯撐乙烯水溶液，勻速定向的流經(jīng)步驟(I)得到的硅片上的疏水性的硅柱陣列的頂端表面，隨著硅柱頂端上的水分的蒸發(fā)，即可大面積、快速地在構(gòu)成所述疏水性的硅柱陣列中的相鄰的兩個所述硅柱的頂端上形成排列規(guī)整且定向排列的直徑為納米級的納米導(dǎo)線，并由該納米導(dǎo)線連接該兩個硅柱，形成由所述納米導(dǎo)線連接該兩個硅柱構(gòu)成的微電極對；多個所述的微電極對構(gòu)成了一個如圖I所示的微電極對陣列(微電極對陣列的密度是31250個電極對/cm2)。將上述制備得到的含有微電極對陣列的硅片接入到印刷電路板中，用環(huán)氧樹脂對印刷電路板進(jìn)行絕緣封裝，預(yù)留出與外部電極導(dǎo)通的部分。采用三電極體系，將含有微電極對陣列的硅片作為工作電極，銀電極作為對電極，參比電極為飽和甘汞電極。在0. 5g/L的KCl溶液中用循環(huán)伏安法表征工作電極的電化學(xué)性質(zhì)，電位區(qū)間為-0. 1V-0. 6V，掃描速度為50mV/s。上述制備的含有微電極對陣列的硅片作為工作電極，能很好地保持穩(wěn)定狀態(tài)的伏安曲線，電響應(yīng)時間為0. 8s，比普通銅電極的響應(yīng)時間要減少0. 7s。通過調(diào)節(jié)上述硅柱陣列中的相鄰的兩個硅柱之間的間距，可以控制在相鄰的兩個硅柱頂端上形成的所述納米導(dǎo)線的連接或者不連接。實(shí)施例7(I)將二十烷基氟硅烷溶液直接滴加到采用激光刻蝕的方法制備得到的表面含有親水性的硅柱陣列的硅片表面(陣列中的兩相鄰的硅柱與硅柱之間的距離是15微米，硅柱的直徑為微米級尺度)，使所述的硅片與二十烷基氟硅烷分子進(jìn)行接枝反應(yīng)0. 5小時，得到含有疏水性的硅柱陣列的硅片(陣列中的硅柱的直徑為微米級尺度)；(2)利用重力作用，以5cm/s的速度驅(qū)使含有質(zhì)量濃度為I %的聚醋酸乙烯和粒徑為IOOOnm的金納米粒子摻雜的水溶液(聚醋酸乙烯金納米粒子的質(zhì)量比為I : 50)勻速流經(jīng)步驟(I)得到的硅片上的疏水性的微柱陣列的頂端表面，隨著硅柱頂端上的水分的蒸發(fā)，即可大面積、快速地在構(gòu)成所述疏水性的硅柱陣列中的相鄰的兩個硅柱的頂端上形成排列規(guī)整且定向排列的直徑為納米級的納米導(dǎo)線，并由該納米導(dǎo)線連接該兩個硅柱，形成由所述納米導(dǎo)線連接該兩個硅柱構(gòu)成的微電極對；多個所述的微電極對構(gòu)成了一個如圖I所示的微電極對陣列(微電極對陣列的密度是31250個電極對/cm2)。將上述制備得到的含有微電極對陣列的硅片接入到印刷電路板中，用環(huán)氧樹脂對印刷電路板進(jìn)行絕緣封裝，預(yù)留出與外部電極導(dǎo)通的部分。采用三電極體系，將含有微電極對陣列的硅片作為工作電極，銀電極作為對電極，參比電極為飽和甘汞電極。在0. 5g/L的KCl溶液中用循環(huán)伏安法表征工作電極的電化學(xué)性質(zhì)，電位區(qū)間為-0. 1V-0. 6V，掃描速度為50mV/s。上述制備的含有微電極對陣列的硅片作為工作電極，能很好地保持穩(wěn)定狀態(tài)的伏安曲線，電響應(yīng)時間為0. 8s，比普通銅電極的響應(yīng)時間要減少0. 7s。通過調(diào)節(jié)上述硅柱陣列中的相鄰的兩個硅柱之間的間距，可以控制在相鄰的兩個硅柱頂端上形成的所述納米導(dǎo)線的連接或者不連接。實(shí)施例8(I)將二十二烷基氟硅烷溶液直接滴加到采用掩模板加曝光的方法制備得到的表面含有親水性的硅柱陣列的硅片表面(陣列中的兩相鄰的硅柱與硅柱之間的距離是I微米，硅柱的直徑為微米級尺度)，使所述的硅片與二十二烷基氟硅烷分子進(jìn)行接枝反應(yīng)6小時，得到含有疏水性的硅柱陣列的硅片(陣列中的硅柱的直徑為微米級尺度)；(2)利用粘附誘導(dǎo)技術(shù)，用普通的小棉棒粘附含有質(zhì)量濃度為I X 10_9%的NiFe2O4的水溶液，以0. lcm/s的速度勻速定向的流經(jīng)步驟(I)得到的硅片上的疏水性的硅柱陣列、的頂端表面，隨著硅柱頂端上的水分的蒸發(fā)，即可大面積、快速地在構(gòu)成所述疏水性的硅柱陣列中的相鄰的兩個所述硅柱的頂端上形成排列規(guī)整且定向排列的直徑為納米級的納米導(dǎo)線，并由該納米導(dǎo)線連接該兩個硅柱，形成由所述納米導(dǎo)線連接該兩個硅柱構(gòu)成的微電極對；多個所述的微電極對構(gòu)成了一個微電極對陣列(如圖I所示)。實(shí)施例9(I)將十八烷基氟硅烷溶液直接滴加到采用濕化學(xué)的方法腐蝕得到的表面含有親水性的硅柱陣列的硅片表面(陣列中的兩相鄰的硅柱與硅柱之間的距離是30微米，硅柱的直徑為微米級尺度)，使所述的硅片與十八烷基氟硅烷分子進(jìn)行接枝反應(yīng)12小時，得到含有疏水性的硅柱陣列的硅片(陣列中的硅柱的直徑為微米級尺度)；2)利用重力作用，以lcm/s的速度驅(qū)使含有質(zhì)量濃度為20%的石墨粉水溶液，勻速定向的流經(jīng)步驟(I)得到的硅片上的疏水性的硅柱陣列的頂端表面，隨著硅柱頂端上的水分的蒸發(fā)，即可大面積、快速地在構(gòu)成所述疏水性的硅柱陣列中的相鄰的兩個所述硅柱的頂端上形成排列規(guī)整且定向排列的直徑為納米級的納米導(dǎo)線，并由該納米導(dǎo)線連接該兩個硅柱，形成由所述納米導(dǎo)線連接該兩個硅柱構(gòu)成的微電極對；多個所述的微電極對構(gòu)成了一個如圖I所示的微電極對陣列(微電極對陣列的密度是31250個電極對/cm2)。將上述制備得到的含有微電極對陣列的硅片接入到印刷電路板中，用環(huán)氧樹脂對印刷電路板進(jìn)行絕緣封裝，預(yù)留出與外部電極導(dǎo)通的部分。采用三電極體系，將含有微電極對陣列的硅片作為工作電極，銀電極作為對電極，參比電極為飽和甘汞電極。在0. 5g/L的KCl溶液中用循環(huán)伏安法表征工作電極的電化學(xué)性質(zhì)，電位區(qū)間為-0. 1V-0. 6V，掃描速度為50mV/s。上述制備的含有微電極對陣列的硅片作為工作電極，能很好地保持穩(wěn)定狀態(tài)的伏安曲線，電響應(yīng)時間為0. 8s，比普通銅電極的響應(yīng)時間要減少0. 7s。通過調(diào)節(jié)上述硅柱陣列中的相鄰的兩個硅柱之間的間距，可以控制在相鄰的兩個硅柱頂端上形成的所述納米導(dǎo)線的連接或者不連接。
權(quán)利要求
1.一種在含有疏水性的娃柱的娃片表面構(gòu)筑微電極對陣列的方法，其特征是，該方法包括以下步驟 (1)將表面含有親水性的娃柱陣列的娃片浸泡到含有氟娃燒的有機(jī)溶劑中，或?qū)⒈砻婧杏H水性的硅柱陣列的硅片放入到氟硅烷蒸汽的環(huán)境中，或?qū)⒎柰槿芤褐苯拥渭拥奖砻婧杏H水性的硅柱陣列的硅片表面；使所述的硅片與氟硅烷分子進(jìn)行接枝反應(yīng)，將氟硅烷分子修飾到所述的硅片表面，得到含有疏水性的硅柱陣列的硅片； (2)驅(qū)使含有形成納米導(dǎo)線的物質(zhì)的水溶液勻速定向的流經(jīng)步驟(I)得到的硅片上的疏水性的硅柱陣列的頂端表面，在構(gòu)成所述疏水性的硅柱陣列中的相鄰的兩個硅柱的頂端上形成定向排列的直徑為納米級的納米導(dǎo)線，形成由所述納米導(dǎo)線連接該兩個硅柱構(gòu)成的微電極對；多個所述的微電極對構(gòu)成所述的微電極對陣列； 所述的形成納米導(dǎo)線的物質(zhì)是不導(dǎo)電的物質(zhì)與金屬粒子的摻雜物、半導(dǎo)體的物質(zhì)或?qū)щ姷奈镔|(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征是所述的驅(qū)使含有形成納米導(dǎo)線的物質(zhì)的水溶液的流速是0. l-5cm/s ； 所述的含有形成納米導(dǎo)線的物質(zhì)的水溶液的質(zhì)量濃度為1X10_9% -20%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征是所述的驅(qū)使的方法是利用重力作用、利用粘附誘導(dǎo)方法或利用磁場。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征是所述的摻雜物中的不導(dǎo)電的物質(zhì)金屬粒子的質(zhì)量比為I : 1-1 : 50 ; 所述的不導(dǎo)電的物質(zhì)選自淀粉、葡萄糖、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚乙二醇、聚醋酸乙烯、聚羥基乙酸、聚乳酸、聚乳酸-聚羥乙酸、聚酸酐和聚-a -氨基酸中的一種或幾種； 所述的金屬粒子的粒徑為IO-IOOOnm ;所述的金屬選自銅、銀、金和鉬中的一種或幾種； 所述的半導(dǎo)體的物質(zhì)選自聚3，4_乙撐二氧噻吩、聚苯乙烯磺酸鹽、A1203、CuO、NiO、TiO2' Si02、Ge02、V2O5、Mn2O3、Mn3O4、ZrO2、ZnO、Co3O4、Nb2O5、MgTi O3、PdO、CeO2、BaTi O3、La2Cu O4、SnO2. NiFe2O4' Fe3O4' Pb (Zr0.52Ti0.48) O3 和 NiTiO3 中的一種或幾種； 所述的導(dǎo)電的物質(zhì)選自銅粒子、銀粒子、金粒子、鉬粒子、石墨粉、聚苯乙烯磺酸鹽-聚3,4-乙撐二氧噻吩、聚對苯撐乙烯和聚氧乙烯中的一種或幾種；其中銅粒子、銀粒子、金粒子和鉬粒子的粒徑都為10-1000nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征是所述的相鄰的兩個硅柱之間的間距是I微米-30微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征是調(diào)節(jié)所述的相鄰的兩個硅柱之間的間距，以控制在相鄰的兩個硅柱頂端上形成的所述納米導(dǎo)線的連接或者不連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或6所述的方法，其特征是所述的方法，其特征是所述的硅柱的直徑為微米級尺度。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征是所述的將表面含有親水性的硅柱陣列的硅片浸泡到含有氟硅烷的有機(jī)溶劑中進(jìn)行接枝反應(yīng)的時間是1-24小時。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或8所述的方法，其特征是所述的含有氟硅烷的有機(jī)溶劑，其氟硅烷在有機(jī)溶劑中的質(zhì)量濃度為1% -25% ;所述的有機(jī)溶劑是乙醇、丙酮或二甲亞砜。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征是所述的將表面含有親水性的硅柱陣列的硅片放入到氟硅烷蒸汽的環(huán)境中進(jìn)行接枝反應(yīng)的時間是1-48小時。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征是所述的將氟硅烷溶液直接滴加到表面含有親水性的硅柱陣列的硅片表面進(jìn)行接枝反應(yīng)的時間是0. 5-12小時。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征是所述的氟硅烷是C8-C22的長鏈氟硅烷。
13.根據(jù)權(quán)利要求1、8、10或11所述的方法，其特征是所述的氟硅烷是C8-C22的長鏈氟硅烷。
全文摘要
本發(fā)明屬于電子電路領(lǐng)域，涉及在含有疏水性的硅柱的硅片表面上形成大面積定向排列的納米導(dǎo)線，從而構(gòu)筑微電極對陣列的方法。本發(fā)明采用了在含有親水性的硅柱陣列的硅片表面上接枝氟硅烷的方法，使得親水性的硅柱陣列的表面與水的接觸角由10°增大到150°以上，得到含有疏水性的硅柱陣列的硅片。驅(qū)使含有形成納米導(dǎo)線的物質(zhì)的水溶液勻速流經(jīng)所述疏水性的硅柱陣列的表面，即可大面積、快速地在構(gòu)成疏水性的硅柱陣列中的相鄰的兩個硅柱的頂端上形成定向排列的直徑為納米級的納米導(dǎo)線，并由該納米導(dǎo)線連接該兩個硅柱，從而形成微電極對；多個所述微電極對構(gòu)成所述的微電極對陣列。本發(fā)明可以調(diào)節(jié)所述納米導(dǎo)線的粗細(xì)、長短、空間排列方式。
文檔編號B81C1/00GK102730625SQ20111008431
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月2日
發(fā)明者宋延林, 江雷, 王樹濤, 蘇彬, 馬杰 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所