專利名稱：一種微粒材料的操控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微粒材料操控技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種關(guān)于微粒材料的極化、最 優(yōu)極化方向調(diào)控和有序排列的操控方法。
背景技術(shù)：
在微粒材料，包括微米或納米的、自然或人工的實(shí)體中，納米材料是具有 性能超群的功能材料，特別在采用納米結(jié)構(gòu)作為構(gòu)造電學(xué)器件，有時(shí)需將納米 結(jié)構(gòu)填充、有序排列在電極之間以便實(shí)現(xiàn)其功能特性輸出對電信號的轉(zhuǎn)換。例 如，將納米結(jié)構(gòu)作為功能元件應(yīng)用在微納電容、微納傳感器、納米電路等系統(tǒng) 中，有選擇地將納米結(jié)構(gòu)設(shè)置乃至有序排列到指定的位置，是電學(xué)器件制備過程 中首先要解決的問題。特別，在很多極化材料器件，如電容器等的制造過程中， 未有對材料的最優(yōu)極化方向進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)控、優(yōu)化排列的操作手段。在微納尺 寸材料操控技術(shù)中，雖然有如光鑷等在少量材料排布、旋轉(zhuǎn)和電學(xué)量測量的技 術(shù)手段，但存在裝置復(fù)雜、操作繁瑣，尤其難以勝任生產(chǎn)和研究中的微粒材料 的大規(guī)模的集體操控等的不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺失，提出以簡單而有效地實(shí)施微 粒材料極化、最優(yōu)極化方向調(diào)控和有序排列的操控方法。
如所周知，任何材質(zhì)都會(huì)有一定的介電特性，就是說在外加電場之下，它 們會(huì)受到不同程度的(電偶)極化，并因此傾向于順著外加電場的方向來排列。 也就是說，如果外加電場的空間分布是不均勻的，那么這些被(電偶)極化了 的微粒就會(huì)受到一份凈力即稱之為"介電泳動(dòng)力"，進(jìn)而造成不同程度的漂移運(yùn) 動(dòng)，這種可極化的微粒在不均勻的外加電場中所發(fā)生的運(yùn)動(dòng)，便稱為"介電泳"。
本發(fā)明利用上述原理，通過電極在懸浮液中施加電場，使位于其中的微粒 材料發(fā)生極化，產(chǎn)生電偶極距，在介電泳力作用下實(shí)現(xiàn)材料自身的電偶極距(最 優(yōu)極化方向)沿電場取向。這種通過對電場分布的控制，以實(shí)現(xiàn)對微粒材料的 最優(yōu)極化方向的調(diào)控和有序排列的方法，在極化材料器件制作和應(yīng)用領(lǐng)域具有 廣泛的產(chǎn)業(yè)化的前景。
本方法的主要步驟是
根據(jù)器件設(shè)計(jì)要求制作一電極組；
將一介質(zhì)微粒材料放入一微粒操控的載體一一電介質(zhì)溶劑中，經(jīng)超聲使其 擴(kuò)散均勻制成含有介質(zhì)微粒材料的懸浮液； 將一電極組置于懸浮液中；
根據(jù)被操控的介質(zhì)微粒材料和所選用溶劑的介電特性，在該系統(tǒng)中設(shè)定一 產(chǎn)生正、負(fù)介電泳或者兩者交替施加的操控信號范圍，并選擇一幅值、 一頻率 值；
或者，需對大量介質(zhì)微粒材料進(jìn)行長距離輸運(yùn)時(shí)，則結(jié)合行波介電泳以及 電泳技術(shù)進(jìn)行操控；
或者，需要對微粒材料的極化方向進(jìn)行多角度旋轉(zhuǎn)調(diào)控時(shí)，則結(jié)合多電極 陣列結(jié)構(gòu)，施加可變疊加電場；
或者四電極產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電場，來完成極化方向的調(diào)控和有序排列；
操控處理，在電極兩端施加一經(jīng)確認(rèn)幅值、頻率的交流電信號，使位于其 間的介質(zhì)微粒材料在介電泳力作用下沿電場線方向在電極間極化、有序排列， 最終形成介質(zhì)微粒材料在微電極結(jié)構(gòu)中的填充和最優(yōu)極化方向的有序排列；
操控后處理，除去電介質(zhì)溶劑，并引線封裝制成器件。
上述操控方法具有以下的優(yōu)點(diǎn)
1、 這種操控不受材料本身導(dǎo)電特性，材料形狀等的限制，原則上適用于所 有的納米結(jié)構(gòu)；原則上可以任意選擇一種電介質(zhì)溶劑作為材料操控的載體，在 實(shí)際應(yīng)用中，常采用去離子水、乙醇、丙酮等。
2、 微粒材料分布規(guī)律有序，定位區(qū)域選擇性好；
3、 在完成微粒材料的定位操作的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)材料的最優(yōu)極化方向的調(diào)控和 有序排列；
4、 生產(chǎn)設(shè)備和環(huán)境要求不高，生產(chǎn)成本較低。


圖1為Zn0納米結(jié)構(gòu)SEM圖;
圖2為本發(fā)明的制作工藝流程圖； 圖3為本發(fā)明的平面結(jié)構(gòu)示意圖4為未經(jīng)介電泳操控(a)轉(zhuǎn)角處(b)平行處(c)平行處放大圖； 圖5為本發(fā)明經(jīng)介電泳操控(a)轉(zhuǎn)角處(b)平行處(c)平行處放大圖； 圖6為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的交流阻抗測試結(jié)果； 圖7為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電容結(jié)果模型； 圖8為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電容測試結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，并給出實(shí)施例。 一種微粒材料極化、最優(yōu)極化方向調(diào)控和有序排列的操控方法，其步驟是
A. 根據(jù)器件設(shè)計(jì)要求制作一電極組或電極陣列；
B. 將一介質(zhì)微粒材料放入一微粒操控的載體一一電介質(zhì)溶劑中，經(jīng)超聲使 其擴(kuò)散均勻制成含有介質(zhì)微粒材料的懸浮液；
C. 將一電極組或電極陣列置于懸浮液中；
D. 根據(jù)被操控的介質(zhì)微粒材料和所選用溶劑的介電特性，在該系統(tǒng)中設(shè)定 一產(chǎn)生正、負(fù)介電泳或者兩者交替施加的操控信號范圍，并選擇一幅值、 一頻 率值；
或者，需對大量介質(zhì)微粒材料進(jìn)行長距離輸運(yùn)時(shí)，則結(jié)合行波介電泳以及 電泳技術(shù)進(jìn)行操控；
或者，需要對微粒材料的極化方向進(jìn)行多角度旋轉(zhuǎn)調(diào)控時(shí)，則結(jié)合多電極 陣列結(jié)構(gòu)，施加可變疊加電場；
或者四電極產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電場，來完成極化方向的調(diào)控和有序排列；
E. 操控處理，在電極或電極陣之間施加一經(jīng)確認(rèn)幅值、頻率的交流電信號， 使位于其間的介質(zhì)微粒材料在介電泳力作用下沿電場線方向在電極間極化、移 動(dòng)，旋轉(zhuǎn)，最終形成介質(zhì)微粒材料在微電極結(jié)構(gòu)中的填充和最優(yōu)極化方向的調(diào) 控和有序排列。
F. 操控后處理，除去電介質(zhì)溶劑，并引線封裝制成器件。 本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，所述的微粒材料極化、最優(yōu)極化方向調(diào)控和有序排列
的操控方法，其特點(diǎn)是，所述的電極材料為金屬A1、 Fe、 Au、 Ti及其合金或者
非金屬的Si、 C、碳納米管；
所述的電介質(zhì)溶劑去離子水或乙醇或丙酮或是它們的混合物中的任一種； 所述的納米結(jié)構(gòu)材料為金屬、金屬合金及其氧化物納米材料、無機(jī)納米材
料、有機(jī)納米材料、納米雜化材料或者高分子聚合物的Sn02、 Zn0、 Ti02、 Fe203、
Si02、 Si、 C，常用的幾何形狀是球形或棒形； 納米結(jié)構(gòu)材料制作的方法
所采用的ZnO納米結(jié)構(gòu)材料易沿著長軸方向極化的為棒狀結(jié)構(gòu)，采用溶液 法生長，直徑在200nm，長度在lO(im;
其電極的制作采用平板印刷技術(shù)在二氧化硅絕緣層上制作Au/Ti電極。 其特點(diǎn)是所述的D步驟還包括超凈室內(nèi)在室溫下
首先將待操控的ZnO納米材料放入去離子水中，然后將懸浮液放入超聲清 洗機(jī)，使納米材料在溶劑中分散均勻；
用移液器取少量懸浮液移入電極中間區(qū)； 所述的E步驟還包括
根據(jù)介質(zhì)溶劑去離子水和ZnO材料的介電特性，使用DDS任意波形發(fā)生器 操控交流信號的幅度在0. IV-20V、頻率在lkHz-2MHz之間；
使用DDS任意波形發(fā)生器在電極的兩端施加頻率為lMHz、幅度為8V的正弦 交流信號，在電極之間對材料進(jìn)行正介電泳操控，直至ZnO納米結(jié)構(gòu)被定位到 電極之間，直至溶劑完全揮發(fā)。
結(jié)果分析
未操控的制作樣品1SEM圖(如附圖4所示)和操控樣品2的SEM圖(如附
圖5所示)。
從附圖4中可以看到，未經(jīng)介電泳操控的納米材料雜亂無章的分布在電極 上和電極之間，分布和取向都沒有規(guī)律；附圖5是經(jīng)介電泳操控的材料排布的 電子掃描顯微鏡(SEM)照片，從圖5中可以看到，原本四處分布的材料基本集 中到電極之間的區(qū)域，電極上很少有材料；并且，由于介電泳力的作用，材料 的排列呈現(xiàn)出很強(qiáng)的規(guī)律性，材料排列比較整齊，極化取向趨于平行，基本按 電場線方向取向，很多短小的材料首尾相互連接并最終完成電極間的填充和跨 接。
樣品的測試與分析
1、交流阻抗測量
在濕度，溫度，氣壓，光照等相同的測試條件下，采用不同測試頻率測量 交流阻抗，以間接研究介電泳操控對電容的影響，并判斷在直接測量所要選擇
一般材料的極化都與結(jié)構(gòu)的有序相聯(lián)系，而納米材料在結(jié)構(gòu)上與常規(guī)粗晶 材料存在一定的差別它的介電行為(介電常數(shù)、介電損耗)有自己的特點(diǎn)。表 現(xiàn)在其介電常數(shù)和介電損耗與顆粒尺寸有很強(qiáng)的依賴關(guān)系，而且電場頻率對其 介電行為有極強(qiáng)的影響，它的介電常數(shù)或相對介電常數(shù)隨測量頻率減小呈明顯 的上升趨勢。對于同一個(gè)樣品，電容C隨f變化而變化，相對于頻率變化對阻 抗的影響，電容變化對交流阻抗的影響還是比較小的。對于未經(jīng)過操控和操控 的兩個(gè)不同樣品，因?yàn)槭峭瑯拥慕橘|(zhì)材料和同樣的測試頻率變化，兩個(gè)樣品中 材料的介電常數(shù)隨頻率的變化有相同的變化，所以要研究操控對電容的影響， 我們可以通過分析各個(gè)樣品在不同測試頻率下的阻抗變化值的大小來初步分
在測試過程中，兩個(gè)樣品的測量值的大小受到很多因素的影響，包括引出 端的位置的不同等因素，但通過比較兩個(gè)樣品結(jié)構(gòu)的交流阻抗值隨頻率改變的 變化值的大小，可以初步了解樣品電容的大小。交流阻抗測試結(jié)果如附圖6所
為了通過交流阻抗來分析介電泳操控對電容大小的影響，我們先對樣品結(jié)
構(gòu)做個(gè)LCR等效電路分析，根據(jù)所制作的電極結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以采用串聯(lián)模型， 即一個(gè)電阻和一個(gè)電感再串聯(lián)一個(gè)電容(如附圖7所示)。
在大多數(shù)交流阻抗的測量中，測量信號的頻率不是太高，等效電路中的電 感影響不大，電阻R具有常阻抗值，隨頻率沒有變化交流阻抗Z的頻率關(guān)系是 由從電容性變化以及電容與電阻結(jié)合性決定的。
對于串連RCL交流阻抗可以表示為
從附圖6中可以看到對于同一個(gè)樣品，頻率增大，阻抗變小，因?yàn)閒增大， 雖然電容會(huì)隨f增大而有變小趨勢，但f增大是主要因素，fc值會(huì)變大，所以
對于未操控的電容器，當(dāng)測試頻率從100Hz變化到10kHz時(shí)，阻抗變化值為 8243-143.6變化值很大。說明^^力隨f的變化較大。說明j^^很大，即
電容較小。
對于經(jīng)操控的電容器，當(dāng)測試頻率從100Hz變化到10kHz時(shí)，阻抗變化值 為593.9-變化值較小，說明隨f的變化不大，說明j^^很小，
即電容較大。
2、電容的直接測量
根據(jù)上述的阻抗測試，可以判斷樣品的電容偏小，在采用LCR測試儀直接 測量樣品電容時(shí)，宜采用并聯(lián)測量模式，測量結(jié)果如附圖8所示。其中C是并 聯(lián)測量模式下的電容，可以看到，在100Hz， lkHz， 10kHz不同的測試頻率下， 未經(jīng)操控的電容值分別為146.1 pF， 120.1pF， lllpF，而經(jīng)操控的電容值分別 為316.9 pF，258.4 pF，211.2 pF，可以看到經(jīng)過介電容操控，電容有了明顯的 增大，操控的樣品電容基本為未操控樣品的2倍。說明納米材料和一般常規(guī)材 料相似，其極化與結(jié)構(gòu)的有序排列有關(guān)，通過介電泳結(jié)束可以使納米材料嚴(yán)格 按照最有利于極化的方向排列，從而可以使電容增大。
通過上述初步測試分析，可以看到，采用介電泳技術(shù)可以使納米材料集中 排布在兩個(gè)電極之間，很好的完成納米材料的大規(guī)模定位操作；同時(shí)，納米材 料是一種很有潛力的電容介質(zhì)材料，通過介電泳力的引導(dǎo)，納米材料在電場中 會(huì)沿著自身最優(yōu)極化方向取向，從而可以進(jìn)一步增大電容量。這個(gè)原理性的工 作進(jìn)一步提高介電泳技術(shù)對材料的集體操控能力和對微粒材料極化方向的調(diào)控 排列能力，為增大電容，減小電容體積提供了有意義的借鑒，同時(shí)也為其它極 化器件的構(gòu)建和性能的提高提供了一個(gè)參考。如很多鐵電器件，鐵磁器件，壓 電器件，以及極化光纖器件等。
鑒于本發(fā)明內(nèi)容涉及微粒材料科學(xué)的廣泛性的特點(diǎn)，特作如下闡述-
本發(fā)明操控對象不受材料本身導(dǎo)電特性、材料形狀等的限制，原則上適用
于所有的微粒結(jié)構(gòu)材料，常用的微粒材料為金屬、金屬合金及其氧化物納米材
料、無機(jī)納米材料、有機(jī)納米材料、納米雜化材料或者高分子聚合物的Sn02、 Zn0、 Ti02、 Fe203、 Si02、 Si、 C，常用的幾何形狀是球形或棒形。
本發(fā)明所述的電極對材料和結(jié)構(gòu)沒有特殊的要求，常用的電極材料為金屬 Al、 Fe、 Au、 Ti、 Cr、 Zr及其合金或者非金屬的Si、 C、碳納米管等。同時(shí)還 包括PS貴金屬電極材料(electrode material of precious metal)用于制作 電化學(xué)和電子學(xué)電極的責(zé)金屬材料。
按其功能和使用的領(lǐng)域可分為金屬(合金)電極材料、涂層電極材料和多 孔氣體擴(kuò)散電極材料。
金屬(合金)電極材料金、銀、鉑、鈀、銥及其一些合金是電的良導(dǎo)體，還 具有抗氧化、抗腐蝕、超電壓低、不鈍化等一個(gè)或若干個(gè)特性，適于作陽極材 料，制成片、網(wǎng)、絲等形狀的陽極。
工業(yè)上生產(chǎn)過氧化氫、過氯酸(鹽)、次氯酸鈉、過硫酸銨等用鉑絲纏成的
在實(shí)驗(yàn)室中用鍍有鉑黑的鉑電極作氫電極；鉑、鈀、金等用作研究電化學(xué) 反應(yīng)的電極，也用作放氧、放氯反應(yīng)的陽極。鉛銀、鉛銀^等合金制成的陽極 用于鋅電解工業(yè)。
電子工業(yè)中用鉑鋇、鈀鋇、銥鎢錸、銥鋇鋨等合金制作電子管柵極和陰極， 用于高電流密度的超高頻電路。
涂層電極由基底和涂層兩部分組成，用于電化學(xué)的涂層電極?；诪殁仭?鉭、鋯、鎢、鋁、鉍等閥金屬(合金)之一或幾個(gè)構(gòu)成。
涂層一般由以下成分的材料組成(l)閥金屬的氧化物、氮化物、碳化物、
氯氧化物、硅化物、硼化物、磷化物；(2)貴金屬鈾、釕、鈀、銥、銠、鋨或其 氧化物；(3)賤金屬銅、錫、銻、鐵、鈷、鎳、鉻、錳等的氧化物。
涂層的制作通常是將各組分用液體載體(如丁醇、萜烯)調(diào)和、刷涂在基底 上，經(jīng)熱分解而制成。
上述三類涂層材料也可按生成以下結(jié)構(gòu)來配方尖晶石型AB204(A為閥金 屬或賤金屬，B為貴金屬)；燒綠石型A2B20)7-y(l〉y〉0);鈣鈦礦型AB03;銅鐵 礦型AB02;燒結(jié)青銅型MxPt304(M-Cu、 Ag、 Sr、 Li、 Na、 Tl)。
金屬基底的涂層陽極，稱為尺寸穩(wěn)定陽極(DSA)。
在氯堿工業(yè)中Ru02涂層(電解用離子交換隔膜時(shí)，以PdO、Pt-Ir或Pt-Ir02 涂層為佳)鈦陽極已代替石墨電極，它具有機(jī)械強(qiáng)度高、導(dǎo)電性能好，氯超電壓 低、節(jié)省電能、壽命長，以及維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。
含貴金屬涂層材料的這類電極用途很廣，已用于氯酸鹽、次氯酸鹽、過氯 酸鹽的電解，金屬電解，金屬電化學(xué)拋光，陰極保護(hù)，海水淡化，污水滅菌等 領(lǐng)域。
電子工業(yè)用涂鋨、銥、鉑或銠的陰極材料制作電子管，能改善熱電子或離 子的發(fā)射。
微電子厚膜電路用鈀銀系、金鈀系、金鉑系、金鉑鈀系等漿料制作電容器 的電極(見貴金屬漿料)。
多孔氣體擴(kuò)散電極材料。在石墨、活性炭、乙炔黑、或有機(jī)碳等(也有用萊 尼鎳、碳化硼等材料)制成的多孔載體上載上有電催化性能的貴金屬或其氧化 物，用疏水性聚乙烯或聚四氟乙烯粘結(jié)，就形成各種形狀的多孔電極。貴金屬 在載體上高度分散，催化活性高。
多孔結(jié)構(gòu)可讓氣體擴(kuò)散通過。空氣電池、燃料電池的電極就屬這一類電極。 多孔氣體擴(kuò)散電極的用途正在發(fā)展，用作鋅電解的電極的研究已有一定進(jìn)展。
本發(fā)明所述的介質(zhì)溶劑原則上可以任意選擇一種有機(jī)或無機(jī)溶劑作為微粒 操控的載體。常用的去離子水、醇類有機(jī)溶劑如乙醇、酮類有機(jī)溶劑如丙酮、 醛類有機(jī)溶劑以及它們的混合物等。
溶劑按化學(xué)組成分為有機(jī)溶劑和無機(jī)溶劑
有機(jī)溶劑包括多類物質(zhì)，如鏈垸烴、烯烴、醇、醛、胺、酯、醚、酮、芳 香烴、氫化烴、萜烯烴、鹵代烴、雜環(huán)化物、含氮化合物及含硫化合物等等， 多數(shù)對人體有一定毒性。
它存在于涂料、粘合劑、漆和清潔劑中。經(jīng)常使用有機(jī)溶劑，如，苯乙烯、 全氯乙烯、三氯乙烯、乙烯乙二醇醚和三乙醇胺。
有機(jī)溶劑是能溶解一些不溶于水的物質(zhì)(如油脂、蠟、樹脂、橡膠、染料 等)的一類有機(jī)化合物，其特點(diǎn)是在常溫常壓下呈液態(tài)，具有較大的揮發(fā)性， 在溶解過程中，溶質(zhì)與溶劑的性質(zhì)均無改變。
有機(jī)溶劑的種類按其化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為10大類①芳香烴類苯、甲苯、 二甲苯等；②脂肪烴類戊垸、己烷、辛烷等；③脂環(huán)烴類環(huán)己垸、環(huán)己酮、 甲苯環(huán)己酮等；④鹵化烴類氯苯、二氯苯、二氯甲烷等； 醇類甲醇、乙 醇、異丙醇等；⑥醚類乙醚、環(huán)氧丙烷等；⑦酯類醋酸甲酯、醋酸乙酯、 醋酸丙酯等；⑧酮類丙酮、甲基丁酮、甲基異丁酮等；⑨二醇衍生物乙二 醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單丁醚等；⑩其他乙腈、吡啶、苯酚等。
其中
酸性溶劑這類溶劑給出質(zhì)子的能力強(qiáng)于接受質(zhì)子的能力，如甲酸、硫酸 等。
堿性溶劑接受質(zhì)子的能力較強(qiáng)的溶劑，如乙二胺(NH2CH2CH2NH2)等。 兩性溶劑即給出質(zhì)子和接受質(zhì)子能力相當(dāng)?shù)娜軇?，如水、甲醇、乙醇等?惰性溶劑既不能給出質(zhì)子也不能接受質(zhì)子的溶劑，如苯、氯仿等。
綜上所述，特別是一種利用極化性的納米電容器的制作方法，具有以下的
特點(diǎn)
1、 介電泳操控只需在電極結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生非均勻電場。其對電極的材料和結(jié) 構(gòu)沒有特殊的要求，不受材料本身導(dǎo)電特性、材料形狀等的限制，原則上適用
于所有的微粒結(jié)構(gòu)材料；原則上可以任意選擇一種溶劑作為微粒操控的載體。
2、 被操控微粒分布規(guī)律有序，定位區(qū)域選擇性好。
3、 在完成微粒材料的定位操作的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)材料的最優(yōu)極化方向的調(diào)控和 有序排列。
4、 生產(chǎn)設(shè)備和環(huán)境要求不高，生產(chǎn)成本較低。
權(quán)利要求
1. 一種微粒材料的操控方法，其特征是A. 根據(jù)器件設(shè)計(jì)要求制作一電極組或電極陣列；B. 將一介質(zhì)微粒材料放入一微粒操控的載體——電介質(zhì)溶劑中，經(jīng)超聲使其擴(kuò)散均勻制成含有介質(zhì)微粒材料的懸浮液；C. 將一電極組或電極陣列置于懸浮液中；D. 根據(jù)被操控的介質(zhì)微粒材料和所選用溶劑的介電特性，在該系統(tǒng)中設(shè)定一產(chǎn)生正、負(fù)介電泳或者兩者交替施加的操控信號范圍，并選擇一幅值、一頻率值；或者，需對大量介質(zhì)微粒材料進(jìn)行長距離輸運(yùn)時(shí)，則結(jié)合行波介電泳以及電泳技術(shù)進(jìn)行操控；或者，需要對微粒材料的極化方向進(jìn)行多角度旋轉(zhuǎn)調(diào)控時(shí)，則結(jié)合多電極陣列結(jié)構(gòu)，施加可變疊加電場；或者，用四電極產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電場，來完成極化方向的調(diào)控和有序排列；E. 操控處理，在一電極組或電極陣之間施加一經(jīng)確認(rèn)幅值、頻率的交流電信號，使位于其間的介質(zhì)微粒材料在介電泳力作用下沿電場線方向在電極間極化、移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)，最終形成介質(zhì)微粒材料在微電極結(jié)構(gòu)中的填充和最優(yōu)極化方向的調(diào)控和有序排列；F. 操控后處理，除去電介質(zhì)溶劑，并引線封裝制成器件。
2. 如權(quán)利要求1所述的微粒材料的操控方法，其特征是，所述的電極材料 包括金、銀、銅、鐵、鋁、鉑、鈀、銥及其合金的金屬材料；以鈦、鉭、鋯、 鎢、鋁、鉍的閥金屬合金之一或幾個(gè)為基底、以閥金屬的氧化物、氮化物、碳化物、氯氧化物、硅化物、硼化物、磷化物以及鉑、釕、鈀、銥、銠、鋨、銅、 錫、銻、鐵、鈷、鎳、鉻、錳的或其氧化物為涂層的涂層電極材料；以及非金 屬的硅、石墨、活性炭、乙炔黑或有機(jī)碳、萊尼鎳、碳化硼、碳納米管；所述的電介質(zhì)溶劑包括苯、甲苯、二甲苯、戊烷、己烷、辛垸、環(huán)己烷、 環(huán)己酮、甲苯環(huán)己酮、氯苯、二氯苯、二氯甲垸、甲醇、乙醇、異丙醇、乙醚、 環(huán)氧丙烷、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯、丙酮、甲基丁酮、甲基異丁酮、 乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單丁醚、乙腈、吡啶、苯酚以及鹵代烴、雜環(huán)化物、含氮化合物及含硫化合物的有機(jī)溶劑和去離子水的無機(jī)溶劑以及兩 者或兩者以上的混合物；所述的納米結(jié)構(gòu)材料包括所有金屬、金屬合金及其氧化物以及半導(dǎo)體納 米材料、納米陶瓷、納米磁性材料、納米雜化材料或者生物醫(yī)學(xué)高分子聚合物；納米結(jié)構(gòu)材料制作的方法-所采用的Zn0納米結(jié)構(gòu)材料易沿著長軸方向極化的為棒狀結(jié)構(gòu)，采用溶液 法生長，直徑在200nm，長度在lOpm;其電極的制作采用平板印刷技術(shù)在二氧化硅絕緣層上制作Au/Ti電極。
3.如權(quán)利要求1或2所述的微粒材料的操控方法，其特征是所述的D步驟還包括在超凈室，室溫下首先將待操控的ZnO納米材料放入去離子水中，然后將懸浮液放入超聲清 洗機(jī)，使納米材料在溶劑中分散均勻；用移液器取少量懸浮液移入電極中間區(qū)； 所述的E步驟還包括 根據(jù)介質(zhì)溶劑去離子水和ZnO材料的介電特性，使用DDS任意波形發(fā)生器 操控交流信號的幅度在0. IV-20V、頻率在lkHz-2MHz之間；使用DDS任意波形發(fā)生器在電極的兩端施加頻率為lMHz、幅度為8V的正弦 交流信號，在電極之間對材料進(jìn)行正介電泳操控，直至ZnO納米結(jié)構(gòu)被定位到 電極之間，待溶劑揮發(fā)完畢。
全文摘要
本發(fā)明一種微粒材料的操控方法，涉及微粒材料操控技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種關(guān)于微粒材料的極化、最優(yōu)極化方向調(diào)控和有序排列的操控方法。在微粒材料中，特別在極化材料器件，如電容器等的制造過程中，未有對材料的易極化方向進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)控、優(yōu)化排列的操控手段。雖有如光鑷等在少量材料排布、旋轉(zhuǎn)和電學(xué)量測量的技術(shù)，但裝置復(fù)雜、操作繁瑣，難以勝任對微粒材料的大規(guī)模的集體操控。本發(fā)明通過電極在懸浮液中施加電場，使位于其中的微粒材料發(fā)生極化，產(chǎn)生電偶極距，在介電泳力作用下實(shí)現(xiàn)材料自身的電偶極距(易極化方向)沿電場取向，實(shí)現(xiàn)對微粒材料的易極化方向的調(diào)控和有序排列的方法，在極化材料器件制作和應(yīng)用領(lǐng)域具有廣泛的產(chǎn)業(yè)化的前景。
文檔編號C25D1/12GK101386997SQ20081020133
公開日2009年3月18日 申請日期2008年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月17日
發(fā)明者劉偉景, 唐曉東, 健 張, 偉 白 申請人:華東師范大學(xué)