基于低温局部构造的纳机电集成制造方法研究

基于纳米材料的纳机电系统技术作为纳米科技和微机电系统技术结合的产物，正逐渐体现出它独特的魅力，在致动、传感、蓄能和发电等方面发挥作用，已成为世界科技研究中最重要的前沿方向之一。纳机电系统集成制造是纳米科技发展的重要目标，需要实现纳米/微米/宏观跨尺度系统的构造，其中微/纳混合制造的兼容性是关键，同时要满足规模化和低成本要求。本项目将研究纳/微/宏(跨尺度)混合制造方法，采用创新的局部电场调控低温生长或组装纳米结构技术，构建一类纳机电器件和系统（基于一维纳米线的NEMS）的集成制造方法，满足低温、低成本、易批量的特点。主要研究内容包括：一维纳米材料在微结构中的低温局部构造技术，纳/微/宏组合系统的混合制造、表征和光机电特性测量技术。本项目由于采用电场辅助下的低温构造，可实现在多种基底（包括聚酯柔性基底）上制造纳机电敏感结构，有望实现真正大批量、低成本微纳器件或系统制造。

纳机电系统集成制造是纳米科技发展的重要内容，需要实现纳米/微米/宏观跨尺度系统的构造，其中微/纳混合制造的兼容性是关键，同时要满足规模化和低成本要求。本项目研究了纳/微/宏(跨尺度)混合制造方法，提出了局部电场调控低温生长和组装纳米结构技术，低成本实现了在低温环境（<100ºC）下ZnO纳米线在MEMS微结构上的定位定向生长和组装，该制备技术可以与MEMS工艺相集成，是一种成本低、可控性好、与微加工相兼容的纳机电制造方法。电场控制包括直流控制下的纳米线纵向生长与交流控制下的纳米线横向控制生长。根据电化学的相关原理，对纳米线生长机理进行了理论分析和电场仿真，建立了生长控制模型，并利用模型对纳米线生长进行了较好地预测。在微纳集成制造研究的基础上，进一步开展了多项应用研究，实现了包括紫外传感器、柔性应力传感器、电晕放电器、单细胞测量纳米生物传感器等多种功能应用。完成的主要研究内容包括：一维纳米材料在微结构中的低温局部构造技术，纳/微/宏组合系统的混合制造、表征和光机电特性测量技术。本项目采用电场辅助下的低温构造，可实现在多种基底（包括聚酯柔性基底）上制造纳机电敏感结构，因此可以实现真正大批量、低成本微纳器件或系统制造。