[发明专利]针状微电极及其制备方法

说明书

本发明涉及一种针状微电极及其制备方法。其特征在于以钨丝、铜丝或钼丝为原材料，采用电解技术制备出针状电极。随后，依次在针状电极表面覆上铂‑铝‑金‑铂‑铝层。通过对铝层进行不同的阳极氧化处理，得到致密氧化铝结构或多孔氧化铝夹心结构。两种微观结构不同的氧化铝将针状微电极内部绝缘隔离成辅助电极层和针状电极。内部多孔氧化铝结构还为微细电化学加工提供了溶液流道。通过对本发明的针状微电极内部的针状电极和辅助电极层以及阴极施加不同的电位，可实现提高微电沉积加工中阴极电场的定域性，缩小阴极沉积区域，提高成形精度的目标。

技术领域

本发明属精密器件加工技术领域，具体涉及一种针状微电极及其制备方法。

背景技术

随着科技的发展，制造业器件向着精密化、功能集成化和结构微小化方向发展。金属材料微、纳米级尺寸的加工方法受到以日、德、中、美为首的世界先进制造国家的共同关注。微细加工技术已成为现代制造领域中关键技术之一。微细加工技术所制备的产品作为核心零部件广泛应用于半导体制造、太空探索、细胞工程、医疗机械、纳米机器人、MEMS、精密仪器等领域。微细电化学加工是微细加工技术的重要组成部分，包括微细电沉积加工和微细电解加工。微细电沉积是一种典型增材式加工方法。基于水溶液的电沉积技术一般具有操作温度低(一般70℃以下)、组织-形貌-性能可协同控制、应用形式灵活等工艺优势。理论上，只需诱导经还原反应而成的金属原子或晶粒按设计意图可控地堆叠起来，就能利用电沉积技术来加工任意形状的金属基结构与零件。微细电解加工依据非接触式阳极溶解原理对工件进行减材加工成型。加工过程中材料以离子的方式蚀除，具有加工精度高，无传统机械加工产生的残余应力，与加工材料的硬度无关等优点，在微细结构和零件加工领域具有重要意义。

因此，学界和业界已从多个角度对电化学加工技术进行了研究，以增强其工艺能力和微制造潜能。微电极结构设计及制造方法的研究是微细电化学加工技术研究的重要组成部分。电极结构及制造质量的优劣一定程度上影响了微细电化学加工的质量和效率。本发明旨在为电化学加工提供一种微电极结构及制造方法。该结构微电极结构可在微细电化学加工过程中起到约束和优化电场的效果，从而提高微结构的成型精度和表面质量。

发明内容

本发明中提供一种针状微电极及其制备方法。该微电极结构可在微细电化学加工过程中起到约束和优化电场的效果，从而提高微结构的成型精度和表面质量。

一种针状微电极，其特征在于：

包括针状电极；其中针状电极外表面由内向外依次覆有第一铂层、多孔氧化铝夹心内层、致密氧化铝层、金层、第二铂层、多孔氧化铝夹心外层；将针状电极沿轴向分成尖端、中段、后段；其中第一铂层覆盖针状电极的尖端到后段，即对应针状电极轴向的尖端、中段和后段；其中多孔氧化铝夹心内层对应针状电极轴向的中段；其中致密氧化铝层、金层、第二铂层、多孔氧化铝夹心外层均对应针状电极轴向的中段和后段。

一种针状微电极的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：由于金属钨具有较好的导电性，刚性和可加工性，可以从200微米的棒刻蚀到几十甚至几微米。因此选钨丝为电极材料，采用电解技术制备得到针状电极。这里还可以选用铜丝或钼丝作为电极材料。

步骤2：由于金属铂在1mm以上才能够成为棒状，而溅射金属层一般只能达到几十到几百微米厚度。因此采用水溶液电沉积技术在针状电极表面电沉积得到第一铂层。将针状电极沿轴向分成尖端、中段、后段。第一铂层覆盖针状电极的尖端到后段。

步骤3：对针状电极的尖端采用绝缘涂覆的方式进行绝缘化处理，为后续的工序做准备。

步骤4：由于铝在加工过程中易氧化，因此对第一铂层的中段和后段采用真空溅射的方法制备得到内铝层。还可以采用离子溶液电沉积和熔融盐电沉积方法制备得到内铝层。这些方法均可以防止铝层在制备过程中的氧化。

步骤5：利用金属铝在弱酸性溶液中的氧化特性，对内铝层表面进行阳极氧化处理得到致密氧化铝层。