微色谱柱及制备方法技术

本发明专利技术提供一种微色谱柱及制备方法，微色谱柱包括衬底、微沟道及椭圆微柱阵列，可使得微柱后的“准零流速区”的区域大大缩小；可在增加椭圆微柱数量的同时调整椭圆微柱的短轴长度q，以在保持微沟道的宽度w及微沟道的有效宽度d不变的前提下，可有效提高柱内表面积，同时可有效解决因微柱数量的增加而带来的柱前压力升高的问题；通过在沿微沟道的宽度方向上，将n列椭圆微柱之间、椭圆微柱与微沟道的侧壁之间设计成具有不同的间距，可进一步的缓解载气流速不均的问题，以进一步的使得柱内的流速分布均匀；本发明专利技术的微色谱柱结构和制备工艺简单，可提高微色谱柱的功效、减小供气系统的负担，有利于便携式应用，使得微色谱柱具有广泛的应用前景。的应用前景。的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
微色谱柱及制备方法


[0001]本专利技术属于微机电系统领域，涉及一种微色谱柱及制备方法。

技术介绍

[0002]色谱柱是气相色谱仪的重要部件之一，在整个系统中起到对混合气体分离的作用，其性能的优劣直接影响整个分析仪器的分析效果。色谱柱的分离效果主要依靠沟道内表面涂敷的固定相，固定相对不同气体的吸附和脱附能力不同，导致不同的待测气体组分在沟道中的流动速度不同，最终不同气体组分在不同时间到达色谱柱出口，实现混合气体的分离。
[0003]传统的气相色谱柱包括毛细管柱、填充柱等，由于体积较大，需要专门的柱温箱为其加热，其功耗达几千瓦，因此为了实现气相色谱仪的微型化，气相色谱柱的微型化至关重要。
[0004]随着微电子技术的提高，在硅片上制备微型色谱柱的技术得以实现，解决了传统的色谱柱体积大、功耗高等问题。由于微色谱体积较小，可涂敷固定相的表面积也很小，分离性能有所下降，因此一种被命名为半填充柱的新型微色谱柱结构被提出，所谓半填充柱即是在微色谱柱的沟道中植入规则排列的微柱结构，这种设计能够大幅提高微色谱柱的内表面积，但为了进一步的提高半填充柱的柱内表面积，研究人员通常采用增加微柱数量的方式，但该方式由于增加了微柱的数量，从而会导致半填充柱的柱前压力大幅增加，从而需要额外的增大柱前压力才能让气体良好的通过微色谱柱的沟道，这无疑增加了载气需求，而在便携式应用中需要尽可能降低对载气的需求。
[0005]因此，提供一种微色谱柱及制备方法，实属必要。

技术实现思路

[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种微色谱柱及制备方法，用于解决现有技术中微色谱柱难以满足柱内表面积与柱前压力的协调的问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种微色谱柱，所述微色谱柱包括：
[0008]衬底；
[0009]微沟道，所述微沟道位于所述衬底中，所述微沟道的宽度为w，所述微沟道的有效宽度为d；
[0010]椭圆微柱，所述椭圆微柱位于所述微沟道中，在沿所述微沟道的宽度方向上包括间隔排布的n列所述椭圆微柱，在沿所述微沟道的延伸方向上包括间隔排布的m行所述椭圆微柱，以构成n
×
m椭圆微柱阵列，且所述椭圆微柱的长轴方向与所述微沟道的延伸方向平行，所述椭圆微柱的短轴方向与所述微沟道的宽度方向平行，所述椭圆微柱的短轴长度q＝(w
‑
d)/n。
[0011]可选地，在沿所述微沟道的宽度方向上，相邻的n列所述椭圆微柱等间距排布。
[0012]可选地，在沿所述微沟道的宽度方向上，n列所述椭圆微柱之间具有不同的间距，
且沿所述微沟道的中心向所述微沟道的侧壁的延伸方向上所述间距逐渐减小。
[0013]可选地，在沿所述微沟道的宽度方向上，相邻的n列所述椭圆微柱的间距小于位于边缘的所述椭圆微柱与所述微沟道的侧壁间的间距。
[0014]可选地，所述微沟道的宽度w为100μm～600μm，所述微沟道的有效宽度d为50μm～300μm，所述椭圆微柱的长轴长度p为10μm～150μm，所述椭圆微柱的短轴长度q为5μm～75μm，所述椭圆微柱的长轴长度p与所述椭圆微柱的短轴长度q的比为3:2～30:1。
[0015]可选地，所述微沟道的宽度w为250μm，所述微沟道的有效宽度d为130μm，所述椭圆微柱的长轴长度p为60μm，所述椭圆微柱的短轴长度q为10μm～40μm。
[0016]可选地，所述微沟道呈蛇形延伸；所述衬底包括硅衬底、玻璃衬底或陶瓷衬底；所述微色谱柱还包括盖板，所述盖板键合于所述衬底上且覆盖所述微沟道，所述盖板包括玻璃盖板、硅盖板或陶瓷盖板。
[0017]本专利技术还提供一种微色谱柱的制备方法，包括以下步骤：
[0018]提供衬底；
[0019]于所述衬底的表面形成图形化的掩膜层；
[0020]基于图形化的所述掩膜层刻蚀所述衬底，以于所述衬底中形成微沟道及椭圆微柱，其中，所述微沟道位于所述衬底中，所述微沟道的宽度为w，所述微沟道的有效宽度为d；所述椭圆微柱位于所述微沟道中，在沿所述微沟道的宽度方向上包括间隔排布的n列所述椭圆微柱，在沿所述微沟道的延伸方向上包括间隔排布的m行所述椭圆微柱，以构成n
×
m椭圆微柱阵列，且所述椭圆微柱的长轴方向与所述微沟道的延伸方向平行，所述椭圆微柱的短轴方向与所述微沟道的宽度方向平行，所述椭圆微柱的短轴长度q＝(w
‑
d)/n。
[0021]可选地，在沿所述微沟道的宽度方向上，相邻的n列所述椭圆微柱等间距排布；或n列所述椭圆微柱之间具有不同的间距，且沿所述微沟道的中心向所述微沟道的侧壁的延伸方向上所述间距逐渐减小。
[0022]可选地，还包括如下步骤：
[0023]提供盖板；
[0024]将所述盖板键合于所述衬底的表面，且所述盖板覆盖所述微沟道；
[0025]将键合后的结构进行划片处理。
[0026]如上所述，本专利技术的微色谱柱及制备方法，具有以下有益效果：
[0027]本专利技术的微色谱柱及制备方法，通过位于微沟道中的n
×
m椭圆微柱阵列，可使得微柱后所形成的“准零流速区”的区域大大缩小，以使得柱内的流速分布均匀；
[0028]本专利技术的微色谱柱及制备方法，通过q＝(w
‑
d)/n的关系式，在n
×
m椭圆微柱阵列中，可在增加椭圆微柱数量的同时调整椭圆微柱的短轴长度q，以在保持微沟道的宽度w及微沟道的有效宽度d不变的前提下，可有效提高柱内表面积，以提升微色谱柱的分离性能，同时可有效解决因微柱数量的增加而带来的柱前压力升高的问题，使得微色谱柱在有效的增大表面积的同时还可保持较低的柱前压力；
[0029]本专利技术的微色谱柱及制备方法，通过在沿微沟道的宽度方向上，将n列椭圆微柱之间设计成具有不同的间距，且间距在沿微沟道的中心向微沟道的侧壁的延伸方向上逐渐减小，以及将位于边缘的椭圆微柱与微沟道的侧壁之间的间距设计成大于椭圆微柱之间的间距，可进一步的缓解载气的流速不均的问题，以进一步的使得柱内的流速分布均匀；
[0030]本专利技术的微色谱柱结构和制备工艺简单，可有效提高微色谱柱的检测性能，在增大表面积的同时可保持较低的柱前压力，以及使得柱内的流速分布均匀，从而可提高微色谱柱的功效、减小供气系统的负担，有利于便携式应用，使得微色谱柱具有广泛的应用前景。
附图说明
[0031]图1显示为本专利技术实施例一中提供的微色谱柱的制备方法的流程图。
[0032]图2～图6显示为本专利技术实施例一中提供的微色谱柱的制备方法中各步骤所得结构的结构示意图。
[0033]图7显示为本专利技术实施例一中提供的微色谱柱的立体结构示意图。
[0034]图8显示为图7中A区域的俯视放大结构示意图。
[0035]图9a～图9c显示为实施例一中提供的三种微色谱柱的局部放大俯视结构示意图。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微色谱柱，其特征在于，所述微色谱柱包括：衬底；微沟道，所述微沟道位于所述衬底中，所述微沟道的宽度为w，所述微沟道的有效宽度为d；椭圆微柱，所述椭圆微柱位于所述微沟道中，在沿所述微沟道的宽度方向上包括间隔排布的n列所述椭圆微柱，在沿所述微沟道的延伸方向上包括间隔排布的m行所述椭圆微柱，以构成n
×
m椭圆微柱阵列，且所述椭圆微柱的长轴方向与所述微沟道的延伸方向平行，所述椭圆微柱的短轴方向与所述微沟道的宽度方向平行，所述椭圆微柱的短轴长度q＝(w
‑
d)/n。2.根据权利要求1所述的微色谱柱，其特征在于：在沿所述微沟道的宽度方向上，相邻的n列所述椭圆微柱等间距排布。3.根据权利要求1所述的微色谱柱，其特征在于：在沿所述微沟道的宽度方向上，n列所述椭圆微柱之间具有不同的间距，且沿所述微沟道的中心向所述微沟道的侧壁的延伸方向上所述间距逐渐减小。4.根据权利要求1所述的微色谱柱，其特征在于：在沿所述微沟道的宽度方向上，相邻的n列所述椭圆微柱的间距小于位于边缘的所述椭圆微柱与所述微沟道的侧壁间的间距。5.根据权利要求1所述的微色谱柱，其特征在于：所述微沟道的宽度w为100μm～600μm，所述微沟道的有效宽度d为50μm～300μm，所述椭圆微柱的长轴长度p为10μm～150μm，所述椭圆微柱的短轴长度q为5μm～75μm，所述椭圆微柱的长轴长度p与所述椭圆微柱的短轴长度q的比为3:2～30:1。6.根据权利要求1所述的微色谱柱，其特征在于：所述微沟道的宽度w为250μm，所述微沟道的有效宽...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯飞，陈泊鑫，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：