[发明专利]高频交流电加热技术应用于ZnO基底电化学微加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学微加工，尤其涉及一种利用高频交流电进行升温的热微电极结合扫描电化学显微镜在ZnO基底表面刻蚀加工微/纳米结构的加工方法。 

背景技术

基于微/纳电极的电化学加工方法是在电化学扫描探针显微镜（ECSPM）和扫描电化学显微镜（SECM）等技术发展后，人们提出的能在微米和纳米尺度上进行加工的有效工具，这一类技术在表面微加工的同时还能进行原位现场成像，从而在电化学微加工机理和机制研究中占据极其重要的地位。目前这方面研究包括Bard研究组和Heinze研究组提出的基于SECM（扫描电化学显微镜）的刻蚀加工方法，Kolb研究组提出的ECSTM（电化学扫描隧道显微镜）的加工方法，Schuster研究组提出的超短电位脉冲方法，以及厦门大学田昭武研究组提出约束刻蚀层技术等。这些方法的共同点是利用微米或者纳米尺度的电极作为工作电极，通过在工作电极上施加电极电位，使得基底或者是工件上局部诱导发生电化学过程，从而实现在工件上的电化学加工。随着电化学技术的发展，光照、加热、机械振动等外加参数被应用到了电化学过程中，其中温度是电化学反应中一个重要影响因素，它能在很大程度上影响物质在电极表面的传质速率、化学反应速率、氧化还原反应的电极电势。通常情况下，研究人员是通过恒温水浴槽等仪器设备改变电解液的温度，这种方法改变温度的过程缓慢且会影响参比电极的电位；另外当研究体系为有机溶液体系或者是离子液体时，液体挥发加剧，这会损害人体健康和污染环境。Freyland等研制了高温扫描隧道显微镜，他先密封了液体室而后对熔盐体系和探针进行整体升温，但这样的系统价格不菲且并不方便使用。

近年来，人们发展了一系列仅对微电极或者临近微电极的溶液薄层进行加热的方法，这包括了光束加热法、射频加热法、微波加热法、高频交流电加热法。相比其它的加热方法，高频交流电法的系统简单，能快速调节电极的温度。Grundler于1995年设计了对称结构的工作电极，将工作电极连接电化学工作站的输入端接到电极的中点，采用高频交流电对丝状微电极进行直接加热，这种设计消除了高频交流电的加热电流对检测电化学信号的干扰。2002年Baranski用频率高达100kHz-2MHz的电流来替代以往的100kHz的交流电，将热丝电极技术应用于普通的微盘电极，发展出了可应用于微盘电极的加热新方法。由于电极周围的溶液比电极自身材料有着更高的电阻，加热电流在电极周围微区溶液上产生了焦耳热。这一方法加热的对象是电极临近的微区溶液而不是电极本身，所以电极用微电极就可以了。另外Baranski方法的原理是对微电极附近的微区溶液进行加热，施加的高频交流电压是在很大的溶液电阻和很小电极/界面电阻上进行按比例的分配，增加交流电的频率可使得在溶液电阻上分配的电压值增大，从而减小交流电对电极/溶液界面的电化学过程影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种高频交流电加热技术应用于ZnO基底电化学微加工方法，

本发明采用以下方案实现：一种高频交流电加热技术应用于ZnO基底电化学微加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

  步骤1：提供含有NaNO₂的蚀溶液；

  步骤2：提供一高频交流电升温装置和一扫描化学显微镜，将所述高频交流电升温装置的加热微电极固定在该扫描化学显微镜上；

  步骤3：将合成ZnO的纳米线或薄膜作为微加工的基底置于所述蚀溶液中，利用扫描电化学显微镜的逼近装置，使所述加热微电极接近ZnO基底，然后调节加热微电极的温度，从而对ZnO基底进行微加工。

在本发明的一实施例中，所述的蚀溶液的NaNO₂浓度为0.04mol/L~1 mol/L。

在本发明的一实施例中，所述的高频交流电升温装置包括一高频信号发生器，通过该高频信号发生器调节输出频率以控制加热微电极的温度。

在本发明的一实施例中，所述的输出频率范围为：10~2000MHz。

本发明通过改变加热频率或有效电压来控制微电极临近的微区溶液的温度，从而达到ZnO的不同刻蚀效果。该方法实现了加热、检测、微加工的一体化，相比传统的微加工工艺操作简单，无需改变刻蚀液的浓度即可达到不同的微加工效果，为ZnO的微加工提供了一种精确、新颖、廉价的加工途径。

附图说明

图1 高频交流电加热微电极应用于电化学微加工的原理图。

图2为本发明实施例1中高频交流电加热下的电极的循环伏安图。