[发明专利]一种基于二维材料的微流通道的制备方法和微流控制器件

说明书

提供了一种基于二维材料的微流通道的制备方法及微流控制器器件。根据一实施例，该制备方法包括如下步骤：在衬底上生长二维材料薄膜，然后在二维材料薄膜上沉积保护层，最后通过磁控溅射继续沉积一定厚度的无机薄膜。当遇到水等激发源时，薄膜中的应力将得以部分释放并产生形变，从而在二维材料和衬底的界面处产生中空结构的微流通道。不仅操作简便而且制备的微流通道内壁具有原子级平整的表面，有利于液体在微流管道中的传输。

技术领域

本申请属于微流器件与工艺技术领域，更具体地，涉及一种基于二维材料的微流通道制备方法和在微流控制器件的具体应用。

背景技术

微流控系统在分析领域有巨大的应用前景，通过微流控系统对样品进行分析和处理具有高分辨率和高灵敏度的优势，同时通过微流控系统可以大幅节省样品和试剂的用量，降低分析成本及缩短分析时间。具有这些优势的微流控系统目前已经在生命科学、化工、以及环境监测和国防科学等领域发挥了重大作用。

微流通道是微流控系统的重要组成部分，目前多使用高聚物如PDMS以及氧化硅、氮化硅等硅基材料作为微流通道的组成材料，但是基于这些材料构建微流通道时往往需要使用光刻、离子束加工等较为复杂的加工方法。此外，通过传统方法加工的微流通道的内壁比较粗糙，当微流通道的尺寸较小时，这些粗糙的微流通道壁将对流体在微流通道中的传输造成不利影响。另外，目前也有利用碳管以及刻蚀出的石墨烯沟道作为流体传输通道的方法，但是面临着可控性差，加工过程繁琐的问题。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种微流通道的制备方法，其利用二维材料而制备出具有原子级平整内壁的微流通道。通过本发明的方法可方便快捷地构建一种微流控制器件。

本发明的一方面提供了一种基于二维材料的微流通道的制备方法，该方法包括以下步骤：

在衬底上获得二维材料；

在所述二维材料上沉积无机薄膜；以及

释放所述无机薄膜中的应力使得所述二维材料产生形变，从而在所述二维材料和所述衬底的界面之间形成微流通道。

在一些示例中，所述衬底包括蓝宝石、氮化硅或铜箔。

在一些示例中，所述方法还可包括：在所述生长二维材料前，对所述衬底进行预处理，以使得所述衬底的表面平整。

在一些示例中，所述二维材料包含单层或多层的二维材料。

在一些示例中，所述在衬底上获得二维材料包括：通过沉积方法、外延方法或析出方法在所述衬底上生长二维材料，或者将二维材料转移到所述衬底上。

在一些示例中，所述无机薄膜包含硅、金属或金属氧化物。

在一些示例中，所述方法还可包括：在所述二维材料上沉积无机薄膜之前，在所述二维材料上沉积保护层。

在一些示例中，所述方法还可包括：对所述无机薄膜进行图案化处理以控制所述微流通道形成的区域和方向。

在一些示例中，所述释放所述无机薄膜中的应力使得所述二维材料产生形变包括：将所述薄膜置于潮湿环境中或者将所述薄膜与水接触从而激发所述二维材料产生形变。

本发明的另一方面提供了一种微流控制器件，其包括：衬底；二维材料，其布置在所述衬底上；无机薄膜，其布置在所述二维材料上方；以及微流通道，该微流通道形成在所述二维材料和所述衬底的界面之间。