[发明专利]一种微纳结构制造装置及方法

权利要求书

1.一种微纳结构制造装置，其特征在于主要包括原子笔、镀液、原子笔架、原子力显微检测系统、阴极平台、微动工作台、微电量供电电源，其中装有镀液的原子笔固定在原子笔架上，原子笔架同原子力显微检测系统固定连接成一体，阴极平台和微动工作台固定连接，阴极平台和微动工作台之间用绝缘材料隔开，原子笔为导电材料，在原子笔笔筒端部加工微孔，原子笔笔芯为在笔筒上安装的微细金属针头，原子笔芯和微电量供电电源的正极连接，阴极平台和微电量供电电源的负极连接。

2.根据权利要求1所述的一种微纳结构制造装置，其特征在于，原子笔可使用石墨电极，在原子笔笔筒端部加工微孔，原子笔笔芯是在原子笔笔筒的微孔端组装碳纳米管，管末端开口；或用超细碳纤维、超细金属导线或有电导性的原子探针作为原子笔笔芯；或在笔筒一端安装碳纳米管阵列。

3.根据权利要求1所述的一种微纳结构制造装置，其特征在于，镀液可以是金属或者金属合金的碱性或者酸性溶液。

4.根据权利要求3所述的一种微纳结构制造装置，其特征在于，镀液的金属为铜、镍、钴、铝、铂、锌、金或银；金属合金为镍钴合金或镍钨合金。

5.根据权利要求1所述的一种微纳结构制造装置，其特征在于，阴极平台使用硅板制造，其表面粗糙度达到纳米级或亚纳米级。

6.根据权利要求1所述的一种微纳结构制造装置，其特征在于，微电量供电电源为单电子晶体管及其它分子器件组成的集成电路，可实现微电量的提供以及对单个电子的控制，为原子笔和阴极平台的电化学还原体系提供微电量。

7.根据权利要求1所述的一种微纳结构制造装置，其特征在于，微动工作台可以是三维微动工作台，也可以是直线微动单元模块的组合平台，微动的实现可以是精密压电元件或是气浮直线导轨或其它能实现微纳米以及亚纳米精度的运动平台。

8.根据权利要求1所述的一种微纳结构制造方法及装置，其特征在于，在整个装置外部加装密封腔体，腔体外壁包覆电磁屏蔽材料，密封腔固定在精密隔振平台上。

9.权利要求8所述的一种微纳结构制造装置对应的成型方法，其特征在于，先取出阴极平台进行净化处理，使表面高度光洁，然后将其安装在密封腔内的微动工作台上；在原子笔内补充微量镀液，利用毛细原理使用诱导装置将镀液引流到原子笔笔芯尖端，控制原子笔架和微动工作台移动使原子笔笔芯尖端和阴极平台中心接触；打开微电量供电电源，控制开关频率和电量，微电量供电电源为原子笔笔芯尖端每提供一个或多个电子，镀液中就会有一个或多个金属离子被还原成原子或原子团，最终沉积在阴极平台上；通过微动工作台的运动和供电电量及开关间隔的配合就可以实现原子或原子团的堆积，实现微纳米三维结构的精确成型，同时和原子笔架一体的原子力显微检测系统可以实现微纳结构的实时检测，实现对微动工作台的精确闭环控制。

10.根据权利要求9所述的一种微纳结构制造装置对应的成型方法，其特征在于，原子力显微检测系统可以以原子笔笔芯碳纳米管为探针，通过光束偏转法，或者基于碳纳米管接触式测量时弯曲位移检测的方法，检测碳纳米管或碳纳米管悬臂变形，实现对微纳米级、亚纳米级结构的实时检测，对原子笔笔架及微动工作台反馈动作指令。