[发明专利]一种用于微移液管微纳制造检测的湿度控制系统

说明书

本发明公开了一种用于微移液管微纳制造检测的湿度控制系统，采用缓冲室和工作室的双结构设计，利用缓冲室进行干湿气体的预混合，在工作室内中间固定有用于沉积的金属板，采用隔板将工作室内分为工作盒上气室和工作盒下气室，确保工作上室湿度的均匀性，减小气流对沉积点扰动影响，缓冲室的出气口通过管道连通至工作室内，工作室内的管道进气口位于隔板下端，并且在隔板上开设多个通气孔，利用多个气孔防止气体上升对上腔式内进行扰动，并且能够提供持续稳定的温湿度环境；通过双缓冲盒结构解决微纳制造中的微环境湿度控制，同时使得气流对微小液滴的扰动最小，金属阳离子浓度均衡，沉积速率稳定，沉积出的铜柱形态结构美观，边缘结构沉积规则。

技术领域

本发明属于电化学成像装置领域，具体涉及一种用于微移液管微纳制造检测的湿度控制系统。

背景技术

近年来，在微纳制造和检测领域中，基于扫描探针的半月形液滴限制电化学沉积方法具有材料应用领域宽，沉积条件限制少，组织-形貌-性能协同可控、成型结构自由等优点受到国内外研究者的广泛关注；然而在制造过程中，环境湿度对沉积的速度和稳定性都有很重要的影响。由于探针尖端的半月形液滴具有很大的面积体积比，当其暴露在空气中时表面蒸发会引起液滴表面离子浓度大于中心浓度，进而造成局部溶液浓度梯度和电势的变化。同时，蒸发会驱动溶液内部形成对流，这极大地影响了液滴内部金属阳离子的浓度分布，进而影响了沉积结构的形态和密度，形成不规则的边缘结构沉积。在半月形限制的电沉积的实验中，在较高的湿度下，由于蒸发作用导致补充到电解质-沉积界面的铜离子量减少，铜沉积速率明显降低。在较高的湿度下，电沉积过程中移液管经常堵塞。在MCED微环境湿度控制方面，Hu提出通过设计一种大的手套箱，将所有设备放置在手套箱。这种方法存在致命的缺点，首先，由于手套箱体积较大，系统存在较大滞后，很难在短时间内将湿度控制在给定的数值；其次，在大体积的手套箱内很难保证微纳制造局部区域和其他区域湿度均匀；最后，将所有的微纳执行机构和电气控制系统放置在手套箱里，会大大减少设备使用寿命。同时，手动调节探针位置和更换样本也变得相当困难。基于此，将手套箱减小，提出只将微纳制造区域进行封闭形成封闭区域，通过微控制针阀控制气流速度来控制区域内的局部湿度，同时保证小气流对微纳探针尖端的小液滴不形成扰动。Soheil Daryadel在基于局部脉冲电沉积的方法进行微纳金属结构打印过程中，其将湿度控制约在60％，其通过柔性塑料袋将空间进行密封，保证局部区域湿度。

由于SECCM的物理配置和MCED相似，环境湿度在扫描电化学池显微镜微纳成像和电化学活性分析过程中也具有重要的作用，环境湿度对探针尖端液滴的的影响也非常明显。在SECCM进行形貌扫描和电化学实验过程中发现，空气湿度太小，探针尖端的微液滴容易结晶，影响实验的正常进行；英国华威大学Unwin教授团队在采用SECCM进行电化学分析实验的过程中，通过设计一个微环境区域，在基底四周设置一条护城河，通入饱和的水溶液让其自然蒸发，保证微环境区域的湿度要求，但是这种方法虽然保证了气流对探针尖端的小液滴的扰动最小，但是其控制效果甚微，无法有效抑制气流对尖端的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于微移液管微纳制造检测的湿度控制系统，以克服现有技术的不足，本发明能够有效减小气流对沉积点扰动影响。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于微移液管微纳制造检测的湿度控制系统，包括缓冲室和工作室，缓冲室的进气口连接干空气源和湿空气源；工作室内中间固定有用于沉积的金属板，工作室内位于金属板下端设置有隔板，隔板上开设有多个通气孔；缓冲室的出气口通过管道连通至工作室内，缓冲室与工作室之间的管道上设有混合气体泵，工作室内的管道进气口位于隔板下端；工作室的上端盖设置有微位移执行器，微位移执行器内设置有毛细管探针，毛细管探针连接直流电源，金属板通过微电流计连接直流电源。

进一步的，缓冲室的第一进气口通过管道连接至洗气瓶，洗气瓶的入气管道上设置有湿空气气泵，洗气瓶的入气管道浸入洗气瓶内的液体内，洗气瓶的出气管道连通至缓冲室内，洗气瓶的出气管道位于洗气瓶内一端位于洗气瓶内液面上端。