本发明专利技术公开了一种基于表面张力自洽的微通道制造方法及其装置，包括用于盛装Ga‑In液态合金的缸体、设置在缸体上方的用于喷射金属粉末的聚焦装置和控制系统；缸体内设有一可在缸体内升降的支撑平台；在缸体内的Ga‑In液态合金的液面上方设有感应加热工位；聚焦装置固定在移动平台上，并由移动平台带动其在二维作平面运动；控制系统，用于控制支撑平台按照预设升降速度作上升或下降运动和控制移动平台按照预设运动轨迹在二维平面内运动。在制造过程中，聚焦装置由移动平台带动，可在二维平面精确地运动，形成各种各样的轨迹。通过控制系统设置所需运动轨迹，即微通道的截面形状、图案等，通过聚焦装置就能方便快捷地加工出任意形状的微通道。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微通道制造制备领域，尤其涉及一种基于表面张力自洽的微通道制造方法及其装置。
技术介绍
微通道制造的方法有很多，如光刻加工法、熔融拉制法、软化拉制法、飞秒激光加工法、注塑法、热压法、金属腐蚀法、LIGA法和UV-LIGA法[1-3]。其中，光刻加工法较多用于硅微通道制造；熔融拉制法、软化拉制法和飞秒激光加工法多用于玻璃微通道的制造；注塑法和热压法常用于聚合物微通道的制造。金属微通道的制造常用金属腐蚀法、LIGA法和UV-LIGA法。金属腐蚀法[4]就是先在基板上使用保护膜保护不需腐蚀的部位，然后用化学或电化学方式腐蚀掉不需要的部位的一种加工方法。化学腐蚀法腐蚀速度较快，但是腐蚀液对环境有很大的危害性。电化学腐蚀法对环境的污染较小，但是蚀刻深度不易控制。LIGA法[5]是一种基于x射线光刻的加工方法，其工艺步骤主要包括x射线深度同步辐射光刻、电铸和剥模。电铸的基本原理是以按所需形状制成的原模作为阴极，用电铸材料作为阳极，一起放进与阳极材料相同的金属盐溶液中。通电后，原模表面逐渐沉积出金属电铸层。当电铸层达到所需厚度后，从溶液中取出，并将电铸层与原模分离，即可获得与原模形状相对应的复制件。UV-LIGA法[6]与LIGA法的工艺步骤一致，主要的区别在于光刻时采用的光源不同。UV-LIGA法在光刻时采用近紫外光，与LIGA法相比，大大降低了加工成本。然而，X射线的平行度非常高、辐射强度强，使LIGA技术能够制造出高宽比很大且结构侧壁光滑的微通道。然而它们普遍存在的缺点如下：金属腐蚀法使用化学腐蚀液时会对环境造成危害。金属腐蚀法难以控制腐蚀过程，无法精确控制腐蚀深度，因此得到的微通道尺寸精度较差，只适用于对尺寸要求不高的场合。并且，金属腐蚀法常用于槽型微通道的制造，无法方便快捷地制造出任意形状的微通道。LIGA法是一种基于x射线光刻的加工方法，成本很高。由于加工过程采用了光刻工艺，无法制造出任意形状的微通道，常用于制造槽型微通道。加工得到的微通道宽度在数十微米到数百微米之间，无法得到更小尺度的微通道，例如纳米尺度。UV-LIGA法与LIGA法的加工工艺一致。因此，这种加工方法同样无法加工出任意形状的微通道，也无法获得更小尺度的微通道。可见，它们大多都是在基板上加工获得微通道，无法制造出单独的微通道器件。参考文献:[1].张高朋,田桂中,曹伟龙.微流体系统中微通道制作工艺的研究进展[J].微纳电子技术,2013,08:512-517+527.[2].顾理,孙会来,于楷,赵方方.飞秒激光微加工的研究进展[J].激光与红外,2013,01:14-18.[3].罗怡,王晓东,刘冲,王立鼎.一种新型微流控芯片金属热压模具的制作工艺研究[J].中国机械工程,2005,17:1505-1507.[4].ChenZ,GaoY,LinJ,etal.Vacuum-assistedthermalbondingofplasticcapillaryelectrophoresismicrochipimprintedwithstainlesssteeltemplate[J].JournalofChromatographyA,2004,1038(1):239-245.[5].NiggemannM,EhrfeldW,WeberL.Fabricationofminiaturizedbiotechnicaldevices[C]//MicromachiningandMicrofabrication.InternationalSocietyforOpticsandPhotonics,1998:204-213.[6].FujimuraT,EtohS,IkedaA,etal.Mass-productionfabricationofminiaturizedplasticchipdevicesforbiochemicalapplications[C]//Microelectronics,MEMS,andNanotechnology.InternationalSocietyforOpticsandPhotonics,2004:392-399..
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种基于表面张力自洽的微通道制造方法及其装置，解决现有金属微通道制造工艺中无法加工任意形状微通道、无法加工纳米尺度微通道以及无法得到单独的微通道器件等技术问题。本专利技术通过下述技术方案实现：一种基于表面张力自洽的微通道制造装置，包括用于盛装Ga-In液态合金5的缸体6、设置在缸体6上方的用于喷射金属粉末的聚焦装置2和控制系统；缸体6内设有一可在缸体6内升降的支撑平台4；在缸体6内的Ga-In液态合金5的液面上方设有感应加热工位3；聚焦装置2固定在移动平台1上，并由移动平台1带动其在二维作平面运动；控制系统，用于控制支撑平台4按照预设升降速度作上升或下降运动和控制移动平台1按照预设运动轨迹在二维平面内运动。聚焦装置2为一个具有进口10和出口11的管状喷头，在管状喷头内轴向方向上依次设有通过隔板21相互间隔的多个腔室22；各隔板21上分别开设有相互同心的通孔23；各通孔23的孔径由进口10端至出口11端依次逐渐缩小。所述缸体6的外壁设有冷却水循环通道，用于在加工微通道时，对Ga-In液态合金5进行冷却。所述支撑平台4的熔点大于金属粉末的熔点。所述支撑平台4固定在一抽拉杆7上，抽拉杆7的下端伸出缸体6的底部并与驱动机构连接，控制系统控制驱动机构并带动抽拉杆7上升或下降，进而使支撑平台4在缸体6内作直线上升或直线下降运动。一种基于表面张力自洽的微通道制造方法如下：初始时刻，支撑平台4的上部露出Ga-In液态合金5的液面，下部则浸没在Ga-In液态合金5中；先通过感应加热工位3对支撑平台4的上部进行加热；此时支撑平台4的上部温度高于金属粉末的熔点；先通过控制系统预先设定移动平台1的初始运动轨迹，该初始运动轨迹就是待加工的微通道的截面轮廓形状的轨迹；然后金属粉末通过输送装置由聚焦装置2的进口10进入其内、由出口11喷出，并按照移动平台1的初始运动轨迹喷落在支撑平台4上后，被支撑平台4熔化成金属熔液，形成微通道的截面形状轮廓，与此同时，继续喷落在金属熔液上的金属粉末被熔融；完成移动平台1的初始运动轨迹；接着，控制系统控制支撑平台4按照预设的下降速本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于表面张力自洽的微通道制造装置，其特征在于：包括用于盛装Ga‑In液态合金(5)的缸体(6)、设置在缸体(6)上方的用于喷射金属粉末的聚焦装置(2)和控制系统；缸体(6)内设有一可在缸体(6)内升降的支撑平台(4)；在缸体(6)内的Ga‑In液态合金(5)的液面上方设有感应加热工位(3)；聚焦装置(2)固定在移动平台(1)上，并由移动平台(1)带动其在二维作平面运动；控制系统，用于控制支撑平台(4)按照预设升降速度作上升或下降运动和控制移动平台(1)按照预设运动轨迹在二维平面内运动。
【技术特征摘要】
1.一种基于表面张力自洽的微通道制造装置，其特征在于：包括用于盛
装Ga-In液态合金(5)的缸体(6)、设置在缸体(6)上方的用于喷射金属粉
末的聚焦装置(2)和控制系统；
缸体(6)内设有一可在缸体(6)内升降的支撑平台(4)；在缸体(6)
内的Ga-In液态合金(5)的液面上方设有感应加热工位(3)；
聚焦装置(2)固定在移动平台(1)上，并由移动平台(1)带动其在二
维作平面运动；
控制系统，用于控制支撑平台(4)按照预设升降速度作上升或下降运动
和控制移动平台(1)按照预设运动轨迹在二维平面内运动。
2.根据权利要求1所述基于表面张力自洽的微通道制造装置，其特征在
于：聚焦装置(2)为一个具有进口(10)和出口(11)的管状喷头，在管状
喷头内轴向方向上依次设有通过隔板(21)相互间隔的多个腔室(22)；各隔
板(21)上分别开设有相互同心的通孔(23)。
3.根据权利要求2所述基于表面张力自洽的微通道制造装置，其特征在
于：各通孔(23)的孔径由进口(10)端至出口(11)端依次逐渐缩小。
4.根据权利要求1所述基于表面张力自洽的微通道制造装置，其特征在
于：所述缸体(6)的外壁设有冷却水循环通道，用于在加工微通道时，对
Ga-In液态合金(5)进行冷却。
5.根据权利要求1至4中任一项所述基于表面张力自洽的微通道制造装
置，其特征在于：所述支撑平台(4)的熔点大于金属粉末的熔点。
6.根据权利要求5所述基于表面张力自洽的微通道制造装置，其特征在
于：所述支撑平台(4)固定在一抽拉杆(7)上，抽拉杆(7)的下端伸出缸
体(6)的底部并与驱动机构连接，控制系统控制驱动机构并带动抽拉杆(7)
上升或下降，进而使支撑平台(4)在缸体(6)内作直线上升或直线下降运
动。
7.一种基于表面张力自洽的微通道制造方法，其特征在于采用权利要求
1至6中任一项所述基于表面张力自洽的微通道制造装置实现，具体步骤如
下：
初始时刻，支撑平台(4)的上部露出Ga-In液态合金(5)的液面，下部
则浸没在Ga-In液态合金(5)中；先通过感应加热工位(3)对支撑平台(4)<...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄延禄，黄权东，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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