基于导电岛系统的敏感元件制造方法研究

本文基于特征角度为60°的导电岛微电极系统,探究低频条件下交流介电泳驱动金纳米粒子形成。首先,利用剥离(lift-off)方法制作了特征角度为60°的导电岛微电极系统,并基于该系统进行了纳米粒子介电组装实验,发现纳米粒子在低频范围内会形成纳米粒子短链或短簇结构;然后,基于电双层理论,分析了低频时交流电渗流(ACEO)对介电流动的影响,发现低频时电双层现象能够在一定程度上削弱流体中的电场和介电流动;最后,针对驱动频率为100 kHz的粒子轨迹分析发现该情况更易产生纳米粒子簇,较好地符合实验现象。

交流热电流对导电岛纳米电极介电组装的影响研究

导电岛电极系统为一种电极结构系统,其以悬浮的形态存在于平面电极的间隙当中,内部的纳米粒子会受到介电泳的作用实现对应器件的灵敏度。为了全面掌握导电岛纳米电极介电组装之后相关粒子链的形成规律,本次从导电岛纳米电极的介电组装的过程出发,具体探讨了交流热电流对导电岛纳米电极介电组装的影响,希望能为传感器件的制造提供参考。

交流电热流对导电岛纳米电极介电组装的影响

为了获得导电岛纳米间隙电极系统中纳米颗粒介电组装成的纳米粒子链的形貌规律,在所制备出的导电岛纳米间隙电极系统中进行了纳米颗粒介电组装实验。基于纳米颗粒介电操控理论,建立了导电岛纳米间隙电极组装体系的纳米颗粒介电组装模型,并通过数值仿真方法,对该介电组装模型中的电场分布和介电组装过程中纳米颗粒所受的介电泳力、交流电热流以及两者合作用的电动力学行为进行了分析,探究了交流电热流对导电岛纳米电极介电组装的影响。实验发现:在导电岛纳米间隙电极系统中纳米颗粒的介电泳组装具有两种模式——纳米间隙之间的体组装与电极和导电岛表面上的面组装,并且组装模式的强弱程度受频率的影响,进而造成组装形成的纳米粒子链的分布和形态的不同。仿真结果表明:当频率增大到350 kHz时,纳米缝两侧电热流向发生反向;在频率为150 kHz且缝宽为500 nm时,会在整条纳米缝任意位置(端点处外)出现电热流旋涡,并且电热流旋涡会随着驱动频率的增加而减弱;随纳米缝宽度减小,电热流对纳米粒子介电组装的影响减弱。

导电岛微电极系统中纳米线介电组装行为研究

为了获得导电岛微电极系统中纳米线的介电组装特性,基于平面微电极对和导电岛微电极系统,进行了两种系统中纳米线操控的对比实验。分别建立了平面微电极对和导电岛微电极系统的纳米线介电组装模型,探究了两种模型下的纳米线从初始位置到最终桥接上微间隙过程中的运动轨迹;分析了导电岛微电极系统中纳米线所受的介电泳力、交流电热流以及两者合作用的电动力学行为。导电岛微电极系统对纳米线有着较强的介电俘获作用,导电岛的加入能够让纳米线更好地俘获到微间隙;同时纳米线的介电组装会受到频率的影响,当频率达到翻转频率,在微间隙上方产生的微流体漩涡能够把远场区域纳米线输送到组装区,使得纳米线受到正介电泳力的作用而被组装至微间隙。

多间隙串行纳米电极系统内粒子的介电行为

为了探究金属纳米粒子在多导电元件微电路修复上的应用,分析纳米粒子介电串行组装过程中的运动趋势,基于一种多间隙纳米电极系统,研究处于非均匀电场内的纳米粒子的介电串行组装行为。首先,进行了导电岛微电极系统的粒子介电组装实验,发现组装获得的熔融态纳米粒子线能够增强电路的导电能力。然后,针对双间隙与多间隙串行纳米电极系统进行了介电串行组装对比实验,发现随着系统内导电元件数量的增加,纳米间隙均存在体组装现象,实现了多间隙串行纳米电极系统内的导电元件连接。最后,通过电场分布及介电组装过程中纳米粒子所受介电泳力、交流电热流以及二者合力的仿真分析发现:在频率为150 kHz的条件下,相比纳米间隙外部,间隙内部的介电泳力及交流电热流流速平均值更高;而且,在多间隙串行纳米电极系统任意间隙内均会出现纳米流体泵现象,且不受间隙数量的影响。纳米流体泵现象表明,处于非均匀电场内的金属纳米粒子在介电串行组装过程中具有体组装与面组装的趋势,此类组装趋势能够直接影响纳米粒子线的生成质量。