【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于液态金属表面加工领域，具体涉及一种在液态金属表面制备微纳结构的方法。
技术介绍
1、室温液态金属主要指的是镓、镓铟、镓铟锡等可以在室温范围内保持液态状态的单质或合金。考虑到化学活泼性和毒性，常用液态金属是以镓为主要成分的镓基液态金属。在大气环境中，镓基液态金属表面会自发地生成一层自限性氧化膜。而液态金属中各组分的氧化物是半导体材料，例如：氧化镓(ga2o3)、氧化铟(in2o3)、氧化锡(sno2)等。已有学者利用印刷的方法将液态金属表面氧化膜转移下来直接制备半导体器件(doi：10.1002/pssr.201900271)，说明了液态金属在半导体领域的广阔应用前景。
2、材料表面的功能由其表面的化学性质以及微观形貌共同决定的，对液态金属表面氧化膜的微观形貌进行修饰，如微纳结构，可以赋予其更多的功能，在传感、柔性电子、光学等领域具有应用前景。微纳结构是指具有微米或纳米尺度特征尺寸、按照特定方式排布的功能结构，目前微纳加工技术有光刻、飞秒激光加工、自组装工艺、等离子体刻蚀、微纳增材制造技术等方法。但这些方法工艺繁琐，设备要求高，使用成本高，故研究者们一直在研究低成本快速制造微纳结构的方法，目前尚未出现在液态金属表面构造微纳米级结构的低成本高效构建方法。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种在液态金属表面低成本快速制备微纳结构的方法，该方法过程简单，所需设备较少。
2、具体而言，本专利技术首先提供了一种在液态金属表面制备
3、提供电解槽、阴极和阳极；
4、将液态金属和电解质溶液加入电解槽中，所述阴极接触所述电解质溶液，所述阳极接触所述液态金属；
5、在所述阴极和所述阳极两端施加电压以便对所述液态金属进行阳极氧化；
6、其中，所述电解质溶液对于阳极氧化过程中形成的阳极氧化膜基本不溶解。
7、本专利技术发现，采用上述方法对液态金属进行阳极氧化，一段时间后关闭电源，液态金属表面形成氧化层和微纳米级的褶皱形貌(褶皱的波长范围是100nm～50um)，从而获得具有微纳米结构的液态金属氧化物。
8、同时，本专利技术要求所述电解质溶液对于阳极氧化过程中形成的阳极氧化膜基本不溶解，从而保证形成的阳极氧化膜为壁垒型阳极氧化膜，如果使用氯化钠溶液等对阳极氧化膜溶解性较高的电解质溶液，则氧化后更倾向于在阳极氧化膜表面形成多孔结构或不能生成完整的阳极氧化膜，无法得到微纳米级的褶皱形貌。
9、作为优选，所述液态金属与电解质溶液相接触的表面的形状为平面、圆柱面或球面。实验发现，改变液态金属的局部几何形状和曲率，可获得不同形貌的微纳米结构。
10、作为优选，所述液态金属在进行阳极氧化时保持为液态。实际中，考虑到液态金属的过冷度，液态金属在进行阳极氧化时的温度可保持在液态金属熔点的-40℃～+100℃范围。
11、作为优选，采用1v～100v的直流电源在所述阴极和所述阳极两端施加电压。
12、作为优选，所述阳极氧化的时间为10s～60min。
13、作为优选，所述电解质溶液的ph为3～12，进一步优选为中性。
14、作为优选，所述电解质溶液包括电离盐和溶剂，所述电离盐为硼酸盐、硼酸盐、铬酸盐、钼酸盐、酒石酸盐、柠檬酸盐、乙二酸盐、卡波姆、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、聚丙烯酰胺中的一种或多种的混合，所述溶剂为水。
15、进一步优选的，所述电解质溶液还包含助剂，所述助剂为醇类物质，例如乙二醇、丙三醇等。
16、作为优选，所述电解质溶液的浓度为0.01wt％～10wt％。
17、作为优选，所述液态金属的熔点低于300℃，且为镓、铟、锡、锌、铋、铅、镉、铜、银、金、铁、钴、镍、锰、钛、钒中的一种或多种单质形成的导电流体，或者与流体分散剂形成的导电流体。
18、作为优选，所述阴极和所述阳极的材质各自独立地选自石墨、不锈钢、钨、钛或镍。
19、作为优选，在不搅拌的条件下进行所述阳极氧化。本专利技术中，阳极氧化的时候需要减少液态金属表面的扰动。
20、本专利技术的有益效果在于：
21、1)本专利技术提供的在液态金属表面低成本快速制备微纳结构的方法，可以在液态金属表面快速获得具有微纳米结构的液态金属氧化物半导体材料；
22、2)本专利技术提供的在液态金属表面低成本快速制备微纳结构的方法，流程简单，无需使用昂贵设备，成本低；
23、3)本专利技术提供的在液态金属表面低成本快速制备微纳结构的方法，可通过改变液态金属的局部几何形状和曲率，调整微纳结构的形貌。
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1.一种在液态金属表面制备微纳结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的在液态金属表面制备微纳结构的方法，其特征在于，所述液态金属与电解质溶液相接触的表面的形状为平面、圆柱面或球面。
3.根据权利要求1或2所述的在液态金属表面制备微纳结构的方法，其特征在于，所述液态金属在进行阳极氧化时保持为液态。
4.根据权利要求1-3任一项所述的在液态金属表面制备微纳结构的方法，其特征在于，采用1V～100V的直流电源在所述阴极和所述阳极两端施加电压。
5.根据权利要求1-4任一项所述的在液态金属表面制备微纳结构的方法，其特征在于，所述阳极氧化的时间为10s～60min。
6.根据权利要求1-5任一项所述的在液态金属表面制备微纳结构的方法，其特征在于，所述电解质溶液包括电离盐和溶剂，所述电离盐为硼酸盐、硼酸盐、铬酸盐、钼酸盐、酒石酸盐、柠檬酸盐、乙二酸盐、卡波姆、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、聚丙烯酰胺中的一种或多种的混合，所述溶剂为水。
7.根据权利要求1-6任一项所述的在液态金属表面制备微
8.根据权利要求1-7任一项所述的在液态金属表面制备微纳结构的方法，其特征在于，所述液态金属的熔点低于300℃，且为镓、铟、锡、锌、铋、铅、镉、铜、银、金、铁、钴、镍、锰、钛、钒中的一种或多种单质形成的导电流体，或者与流体分散剂形成的导电流体。
9.根据权利要求1-8任一项所述的在液态金属表面制备微纳结构的方法，其特征在于，所述阴极和所述阳极的材质各自独立地选自金属、碳基材料、陶瓷材料，优选为石墨、不锈钢、钨、钛、铂、银、铜、或镍。
10.根据权利要求1-9任一项所述的在液态金属表面制备微纳结构的方法，其特征在于，在不搅拌的条件下进行所述阳极氧化。
...【技术特征摘要】
1.一种在液态金属表面制备微纳结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的在液态金属表面制备微纳结构的方法，其特征在于，所述液态金属与电解质溶液相接触的表面的形状为平面、圆柱面或球面。
3.根据权利要求1或2所述的在液态金属表面制备微纳结构的方法，其特征在于，所述液态金属在进行阳极氧化时保持为液态。
4.根据权利要求1-3任一项所述的在液态金属表面制备微纳结构的方法，其特征在于，采用1v～100v的直流电源在所述阴极和所述阳极两端施加电压。
5.根据权利要求1-4任一项所述的在液态金属表面制备微纳结构的方法，其特征在于，所述阳极氧化的时间为10s～60min。
6.根据权利要求1-5任一项所述的在液态金属表面制备微纳结构的方法，其特征在于，所述电解质溶液包括电离盐和溶剂，所述电离盐为硼酸盐、硼酸盐、铬酸盐、钼酸盐、酒石酸盐、柠檬酸盐、乙二酸盐...
【专利技术属性】
技术研发人员：周柱泉，王倩，邓中山，刘静，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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