[发明专利]一种基于电化学沉积的金属微构件拾取方法

权利要求书

1.一种基于电化学沉积的金属微构件拾取方法，其特征在于：该方法按照以下步骤进行：

步骤一：根据金属微构件的受力条件计算能够成功拾取所需的移液管的最小管嘴半径r_Nozzle；

所述金属微构件的受力条件满足公式(1)：

F_VDW+G＝σ_e*S_Nozzle (1)

公式(1)中，F_VDW为单位长度的金属微构件和基底之间产生的范德华力；G为金属微构件的重力；σ_e为金属微构件的抗拉强度；S_Nozzle为移液管管嘴的横截面积；当时忽略重力；

步骤二：取管嘴半径为r_Nozzle的移液管；所述移液管管嘴与移液管主体之间设置有直管段，直管段的半径大于移液管管嘴半径，直管段的半径为r，移液管管嘴长度为L；

步骤三：计算稳态电流i；

所述稳态电流i的表达式为：

公式(5)中，Z是金属微构件对应的金属离子充电数；F是法拉第常数，D是离子的扩散系数；L是管嘴长度；c是电解液的浓度；d为管嘴直径；

步骤四：计算沉积金属高度L_z；沉积金属高度L_z为移液管管嘴内沉积金属的高度和移液管管嘴上方直管段内沉积金属的最小高度的总和；所述沉积金属高度L_z的表达式为：

L_z＝L+h (6)

公式(6)中，L是移液管管嘴的长度，即移液管管嘴内沉积金属的高度；h是移液管管嘴上方直管段内沉积金属的最小高度；

步骤五：、计算沉积金属的生长速率v；

所述沉积金属的生长速率v的表达式为：

公式(8)中，i表示稳态电流；M表示沉积金属的摩尔质量；n表示沉积金属离子的带电数；F为法拉第常数；ρ为沉积金属的密度；D_w为沉积金属的直径，当沉积金属在移液管管嘴内形成时，沉积金属的直径D_w等于管嘴直径d；，当沉积金属在移液管的直管段内形成时，沉积金属的直径D_w等于直管段的半径r的2倍；

步骤六：计算得到高度为L_z的沉积金属所需的沉积时间t；

步骤七：将金属微构件置于导电基底上，向移液管内填充电解液，在移液管进口端套设转接套管，转接套管另一端连接进气管，在转接套管侧壁开口，将微电极一端从转接套管侧壁开口插入至电解液内部，然后密封转接套管侧壁开口，微电极另一端连接至电源阳极，导电基底连接电源阴极，将移液管固定到微动平台上，利用微动平台将移液管移动到金属微构件上方；

向移液管的进气管通入气体，使移液管管嘴端面的电解液形成凸出的电解液表面，同时利用微动平台降低移液管至移液管管嘴接触金属微构件，然后开启电源施加步骤三计算得到的稳态电流i进行沉积，沉积时间为t，沉积完成后移动移液管且金属微构件随移液管移动，即完成金属微构件拾取。

2.根据权利要求1所述的基于电化学沉积的金属微构件拾取方法，其特征在于：步骤一中所述F_VDW的表达式为：

公式(2)中，R为金属微构件的半径；d₁为金属微构件与导电基底之间的距离；A_H为Hamaker常数。

3.根据权利要求1所述的基于电化学沉积的金属微构件拾取方法，其特征在于：步骤一中所述G的表达式为：

G＝m·g＝ρ·πR²L^*·g (3)

公式(3)中，m为金属微构件质量；m＝ρ·πR²L^*；g为重力加速度；ρ为金属微构件的密度；R为金属微构件半径；L^*为金属微构件长度。

4.根据权利要求1所述的基于电化学沉积的金属微构件拾取方法，其特征在于：步骤一中所述S_Nozzle的表达式为：

公式(4)中，S_Nozzle为移液管管嘴的横截面积。