基于微通道毛细作用调控MPC输入面扩口深度和结构的方法技术

本发明专利技术提供一种基于微通道毛细作用调控MPC输入面扩口深度和结构的方法，在常规MCP的抛光工序后进行预腐蚀，将MCP实芯料通道腐蚀一定的深度，利用腐蚀后通道内的空气柱压力控制后续腐蚀酸溶液上升的高度发生反应，控制MCP扩口深度；当需要调控扩口深度时，可通过调控通道的深度进行调控；当需要调控扩口结构时，给予工件平面向下的压力，使酸溶液在通道上升至所需高度，再将工件向上提拉直至酸溶液在通道内的高度恢复至毛细压力平衡时的状态，从而形成具有阶梯结构的扩口。本发明专利技术的方法可扩大输入面孔径，有效增加MCP对于输入信号的探测效率；同时可以调控扩口的深度和结构，避免扩口失效的问题，且避免腐蚀溶液与整个通道反应，保证MCP的性能。保证MCP的性能。保证MCP的性能。

【技术实现步骤摘要】
基于微通道毛细作用调控MPC输入面扩口深度和结构的方法


[0001]本专利技术涉及微通道板
，具体而言涉及一种基于微通道毛细作用调控MPC输入面扩口深度和结构的方法，可被应用到像增强器、粒子探测器、微通道板组件等多种微弱信号探测器件


技术介绍

[0002]微通道板(Microchannel Plate，MCP)作为由大量中空的毛细管二维排列成片状结构的特殊光学纤维器件，是一种先进的具有传输、增强电子图像功能的电子倍增器，可被用于检测电子、离子、高能粒子、中子、紫外线、X射线等各种粒子和能量较高的电磁波。微通道板具有体积小、重量轻、分辨率好、增益高、噪声低、使用电压低等优点，广泛应用于微光像增强器、粒子探测器及质谱仪等信号探测成像领域。
[0003]微通道板开口面积比是通道开口面积和整个工作区面积之比，入射到输入面的光电子，碰撞到非开口端面产生二次电子发射，二次电子在电场作用下进入相邻通道或更远通道，形成电子散射噪声，同时与端面NiCr电极膜层碰撞的电子，由于NiCr低二次电子发射系数(≈1)，部分电子被吸收，导致有效探测信号数减少，增益降低，因此开口面积比直接影响微通道板探测效率和噪声。微通道板的开口面积比(Open area ratio，OAR)的计算公式为：
[0004][0005]其中，d为通道孔径，D为通道中心距，0.907为常规圆形孔径微通道板开口面积比的几何形状系数。
[0006]目前提高开口面积比有两种方案：一种是减薄皮料管的厚度，通过扩大通道孔径、减小孔间距从而提高开口面积比，但由于减薄皮料容易导致微通道结构强度降低、通道内壁破损等问题，因此考虑实际应用，开口面积比只能提升至70％；另一种则是扩口技术，将MCP输入面的通道口处理成漏斗形，使开口面积比提高至80％甚至90％，该漏斗状通道沿着其长度的大部分(＞90％厚度)仍保持原结构不变，保证了MCP足够的强度和刚度。
[0007]美国Galileo、ITT、Litton、日本滨松、南京理工大学等国内外机构在MCP扩口方向开展了研究工作，采用湿法腐蚀法进行扩口，即用NaOH或HF等强酸强碱腐蚀输入面一定深度的皮料，由于化学腐蚀的各向同性以及通道表面和内部的溶液浓度差，使通道近表面区域的横向腐蚀速率大于纵向腐蚀速率，从而形成扩口结构。
[0008]但是目前相关专利和论文报道的湿法腐蚀方案都是为了获得大开口面积比的喇叭口型结构，并没有提及实际应用面临的两个难题，即如何控制扩口深度和结构、如何避免溶液与整个通道反应。扩口MCP经过腐蚀、氢还原后，在输入面需要蒸镀一定深度(0.3d
‑
0.5d)的电极膜层，由于电极材料低的二次电子发射系数，因此必须控制扩口深度大于镀膜深度才能形成有效扩口。另外溶液腐蚀时溶液作用于整个通道，由于强酸碱性，破坏通道结构、内壁功能层、增加粗糙度，导致探测成像应用时出现增益低、均匀性差、噪声大等一系列
问题。

技术实现思路

[0009]本专利技术目的在于提供一种扩口深度和结构可控的湿法腐蚀技术以获得大开口面积比的MCP，通过设计毛细液体上升高度控制扩口深度，再利用酸腐蚀技术获得具有目标扩口深度的大开口面积比的MCP，从而有效控制扩口深度、避免溶液腐蚀整个通道；此外还可通过在腐蚀过程中给MCP施加向下可控的力，调控扩口的结构，从而有效控制扩口结构。
[0010]根据本专利技术的目的，提供一种基于微通道毛细作用调控MPC输入面扩口深度和结构的方法，包括：
[0011]在MPC的制备过程中，在工件完成抛光工序之后，腐蚀工序之前，将抛光后的工件进行预腐蚀处理，将工件中的芯料的两端腐蚀，从而在工件的两端形成用于空气流通的通道；其中，通道的深度L根据设计的第一扩口深度H1确定；
[0012]将预腐蚀处理后的工件进行处理以扩大MPC的开口面积比：
[0013]将预腐蚀处理后的工件的其中一端面朝下置于酸溶液中，在微通道的毛细作用下，酸溶液在通道内上升直至达到毛细压力平衡，通过酸溶液对接触区域的同向腐蚀，以及置于酸溶液的端面与通道内酸液的浓度差，扩大MPC的开口面积比，形成具有单一结构的第一扩口，所述第一扩口的深度H1为酸溶液在通道内上升至毛细压力平衡时的高度h1；
[0014]其中，当需要调控第一扩口深度H1时，通过调控通道的深度以调控酸溶液在通道内上升至毛细压力平衡时的高度，从而获得所需的扩口深度；
[0015]当需要调控扩口结构时，将预腐蚀处理后的工件的其中一端面朝下置于酸溶液中后，给予工件平面向下的压力，使酸溶液在通道上升至所需高度h2，再将工件向上提拉使通道中酸溶液逐渐下降，直至酸溶液在通道内的高度恢复至毛细压力平衡时的状态，从而形成具有阶梯结构的第二扩口，第二扩口的深度H2为酸溶液在通道中的高h2。
[0016]作为可选的实施方式，通道的深度根据式(1)计算：
[0017][0018]其中，L为通道的深度，单位μm；h1为酸溶液在通道内上升至毛细压力平衡时的高度，单位μm；p为大气压强，单位N/m2；d为通道孔径，单位μm；Δρ为气体与液体的密度差，单位g/cm3；g为重力加速度，单位N/kg；θ为溶液与通道壁的接触角；σ为溶液表面张力。
[0019]作为可选的实施方式，第一扩口的开口形状从输入面向通道方向内呈现出上大下小的喇叭口状。
[0020]作为可选的实施方式，第一扩口深度H1的范围为0.2d～5.0d，其中，d为通道孔径，单位μm。
[0021]作为可选的实施方式，第二扩口具有包括从输入端开始沿纵向朝通道内部延伸的多个部分的微通道结构，其中，第一部分从MCP输入端表面开始向通道内延伸，开口形状从输入面向通道方向内呈现出上大下小的喇叭口状；第二部分从第一部分的末端向通道内延伸，且沿第一部分末端向通道内逐渐缩窄，依次类推，形成具有多个阶梯的微通道结构。
[0022]作为可选的实施方式，通过调节向上提拉工件的速度调节第二扩口的阶梯数。
[0023]作为可选的实施方式，提拉工件的速度为1nm/s～100nm/s。
[0024]作为可选的实施方式，第二扩口的深度H2的范围为0.5d～50d，其中，d为通道孔径，单位μm。
[0025]作为可选的实施方式，预腐蚀处理中采用的溶液包括HCl，浓度范围为0.1mol/L～2mol/L，腐蚀时间为5min～30min。
[0026]作为可选的实施方式，预处理处理中采用的溶液还包括阳离子表面活性剂。
[0027]作为可选的实施方式，将预腐蚀处理后的工件进行处理以扩大MPC的开口面积比的过程中，采用的酸溶液为质量分数0.1％～10％的HF，腐蚀时间为30s～180s。
[0028]作为可选的实施方式，通道孔径范围为4μm～50μm。
[0029]由以上本专利技术的技术方案可见，本专利技术提出的基于微通道毛细作用调控MPC输入面扩口深度和结构的方法，利用腐蚀后通道内形成的空气柱，基于压力平衡控制酸溶液的上升高度，从本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微通道毛细作用调控MPC输入面扩口深度和结构的方法，其特征在于，包括：在MPC的制备过程中，在工件完成抛光工序之后，腐蚀工序之前，将抛光后的工件进行预腐蚀处理，将工件中的芯料的两端腐蚀，从而在工件的两端形成用于空气流通的通道；其中，通道的深度L根据设计的第一扩口深度H1确定，第一扩口的开口形状从输入面向通道内方向呈现出上大下小的喇叭口状；将预腐蚀处理后的工件进行处理以扩大MPC的开口面积比：将预腐蚀处理后的工件的其中一端面朝下置于酸溶液中，在微通道的毛细作用下，酸溶液在通道内上升直至达到毛细压力平衡，通过酸溶液对接触区域的同向腐蚀，以及置于酸溶液的端面与通道内酸液的浓度差，扩大MPC的开口面积比，形成具有单一结构的第一扩口，所述第一扩口的深度H1为酸溶液在通道内上升至毛细压力平衡时的高度h1；其中，当需要调控第一扩口深度H1时，通过调控通道的深度以调控酸溶液在通道内上升至毛细压力平衡时的高度，从而获得所需的扩口深度；当需要调控扩口结构时，将预腐蚀处理后的工件的其中一端面朝下置于酸溶液中后，给予工件平面向下的压力，使酸溶液在通道上升至所需高度h2，再将工件向上提拉使通道中酸溶液逐渐下降，直至酸溶液在通道内的高度恢复至毛细压力平衡时的状态，从而形成具有阶梯结构的第二扩口，第二扩口的深度H2为酸溶液在通道中的高h2。2.根据权利要求1所述的基于微通道毛细作用调控MPC输入面扩口深度和结构的方法，其特征在于，通道的深度根据式(1)计算：其中，L为通道的深度，单位μm；h1为酸溶液在通道内上升至毛细压力平衡时的高度，单位μm；p为大气压强，单位N/m2；d为通道孔径，单位μm；Δρ为气体与液体的密度差，单位g/cm3；g为重力加速度，单位N/kg；θ为溶液与通道壁的接触角；σ为溶液表面张力。3.根据权利要求1所述的基于微通道毛细作用调控MPC输入面扩口深度和结构的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：闵信杰，丛晓庆，胡泽训，王健，邱祥彪，金戈，杨晓明，王鹏飞，徐昭，陈晓倩，乔芳建，
申请(专利权)人：北方夜视科技南京研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：