[发明专利]一种基于BPE技术的金属线制备方法

说明书

本发明公开了一种基于BPE技术的金属线制备方法，是设置包括中心驱动阳极和两驱动阴极的驱动电极，将其连接电源后，配合电沉积槽、电极移动装置，并使用专用电解液实现金属线的定向沉积。本发明的方法工作条件温和、加工精度高，能够进行不同宽度、多种金属材料的线材制备。

技术领域

本发明提供了一种金属线制备方法，属于金属电沉积技术，具体是一种基于双极电化学(BPE)原理的选择性金属线制备技术。

背景技术

当今世界，科技发展迅速，信息技术已经逐渐成为综合国力竞争的重要方面。在材料、电子、制造业等领域，制备出满足不同器件需求的新型材料一直是科研工作者们的工作重心。金属线路制备及金属立体结构成型是科研和生产关注的热点问题之一。传统的材料表面金属生长方法主要是物理/化学气相沉积法、喷涂法、化学镀和电镀的方法。前两者加工期间涉及大量真空工艺，耗时长、需要设备多，后期优化逐渐摒弃；后两者为整板加工或需要掩膜处理，很难实现选择性表面金属化，并造成资源浪费。

双极电化学(Bipolar Electrochemistry，简称BPE)是利用驱动电极在电解液中产生均匀电场，使电解液中导体(等势体)两端与电解液间形成的电势差达到一定程度，从而驱动相应的氧化、还原反应。双极电化学(BPE)理论及其技术以其独特的电化学特性，在电合成、光电分析检测、材料制备等方向已有广泛的应用。

双极电化学(BPE)作为一个待开发领域，为本发明设计一种在材料表面直接沉积金属线的方案提供了一个新的思路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于BPE技术的金属线制备方法，能够在材料表面进行金属线的便捷、精准制备。

本发明为解决技术问题，采用如下技术方案：

一种基于BPE技术的金属线制备方法，其特点在于：设置驱动电极、电沉积槽、电源和电极移动装置；

将待加工的基板固定于所述电沉积槽的底部，并在电沉积槽内填充电解液；所述电解液内含有待制备金属线的相应金属盐；

将所述驱动电极连接电源，并通过所述电极移动装置垂直悬置于所述基板的上方；

打开电源，使所述驱动电极底端产生加工电场，对应位置的基板形成双极加工区域；开启所述电极移动装置，控制所述驱动电极在所述基板上方水平移动；随着所述驱动电极的移动，即在基板上实现金属线的沉积；

沉积完成后，关闭电源和电极移动装置，将加工后的基板与驱动电极分别取出并清洗。

进一步地，所述驱动电极包括外封装管、内封装管、中心驱动阳极和两驱动阴极；两驱动阴极对称设置在所述中心驱动阳极的两侧；所述中心驱动阳极设置在所述内封装管的内腔中，且两驱动阴极通过绝缘封装材料封装固定在所述外封装管和所述内封装管之间；在制备金属线时，两驱动阴极通过导线连接所述电源的负极，中心驱动阳极通过导线连接所述电源的正极。驱动电极底部为工作区域，接通电源后在中心驱动阳极和驱动阴极之间所对应的基板上形成双极加工区域。

进一步地，设置电解液循环泵，并通过管路连通所述电沉积槽与所述内封装管的内腔，在金属线沉积过程中，以内封装管的内腔作为电解液的中心微通道，实现电解液在电沉积槽与内封装管内腔之间的循环。电解液的循环能够保证中心驱动阳极工作时产生的气体及时排除，提高加工稳定性。具体的，中心驱动阳极、内封管及溶液循环管可利用三通连接和固定。

进一步地，所述中心驱动阳极采用Au、Pt或石墨等不溶性阳极材料，所述驱动阴极采用Ni、Cu、Au、Pt或不锈钢等常用金属材料以及不溶性金属材料；所述外封装管和所述内封装管采用绝缘PVC、UPVC或有机玻璃；所述绝缘封装材料采用环氧树脂或聚氨酯胶黏剂。所述驱动电极中除正负极外，其余部分为绝缘材料。