【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微纳米加工技术制造，特别是涉及基于金属扩散流的扫描探针、微纳米加工设备和方法。
技术介绍
1、微纳加工制造面向的是微米、纳米甚至更小尺度下的加工制造。1981年，扫描隧道显微镜stm问世，使得人们观测物质分子、原子以及在原子尺度上进行加工制造成为可能。随后的数十年内，凭借着(1)能够使器件小型化、高度集成化以降低器件的体积、功耗和提高器件运行的稳定性；(2)节省原材料、能够高效批量生产以降低生产成本；(3)能够使器件实现如量子效应、小尺度效应、表面和界面效应和量子隧穿效应等一系列微观效应，等优点。微纳米加工制造技术的进步和发展可以极大促进半导体、航空航天、生物医学和能源科学等领域的发展。
2、对于金属的微纳尺度打印加工，常用的技术方法是将液态的金属从微管的前端挤出而实现打印，该方法由于金属的表面张力以及流体的rayleigh不稳定性等原因，金属打印的分辨率有限，一般分辨率受限于微米尺度。现有的3d打印技术难以对金属/合金进行更加精细的打印和加工，且3d打印金属只能限于微米尺度的增材制造。另外，stm虽然可以实现原子尺度的加工制造，但其加工效率低，耗时多。
3、需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于克服上述
技术介绍
的缺陷，提供一种基于金属扩散流的扫描探针、微纳米加工设备和方法。
2、为实现上述目的，本
3、一种基于金属扩散流的扫描探针，包括直径为几十微米以下的探针前端，所述探针前端经过表面修饰而形成浸润涂层和/或合金化诱导层，其中，所述浸润涂层用以增强金属对探针表面的浸润性，所述合金化诱导层用以促进金属与探针表面的合金化反应，从而促进金属在所述探针前端的流动；其中，在电偏压作用下，所述扫描探针吸取的所述熔融金属或液态金属在所述探针前端的表面形成定向流动的金属扩散流。
4、进一步地：
5、所述探针前端的材料为金属材质细针尖、纤维、纳米线或纳米管。
6、所述浸润涂层形成扩散流的金属对于浸润涂层表面的浸润角小于九十度，浸润涂层可优选的为zno层；形成扩散流的金属可优选的包括ga或gain合金。
7、一种微纳米加工设备，包括：
8、所述的基于金属扩散流的扫描探针，其经配置以通过所述金属扩散流进行微纳米尺度上的加工，所述加工包括金属增材制造、金属减材制造和金属喷射切割中的任一种；
9、电源装置，其经配置以对所述扫描探针和金属源之间施加正向或反向电偏压，以促进金属在所述扫描探针表面的扩散流动。
10、进一步地：
11、还包括加热附件，其经配置以加热所述金属至其熔点附近或熔点以上，以增强金属的流动性。
12、所述加工为金属增材制造或金属喷射切割时，所述金属利用施加电偏压预先吸取到所述扫描探针上，或直接投放到所述扫描探针上。
13、所述加工为金属增材制造时，所述扫描探针与基底为接触式和悬离式设置；所述加工为金属喷射切割时，所述扫描探针与基底为悬离式设置；对于接触式设置，施加正向电偏压后，金属沿着探针表面以扩散流形式流动到所接触的基底位置；对于悬离式设置，施加正向电偏压后，金属沿着探针表面以扩散流形式流动到探针最前端，并在电偏压作用下喷射到基底位置处。
14、所述加工为金属减材制造时，所述扫描探针与基底为接触式设置，施加反向电偏压后，金属从所述扫描探针接触的基底向探针表面流动。
15、一种微纳米加工方法，使用所述的微纳米加工设备进行微纳米尺度上的加工。
16、本专利技术具有如下有益效果：
17、本专利技术提供一种基于金属扩散流的扫描探针、以及使用该扫描探针的微纳米加工设备和方法，使得金属可以沿探针、纤维或纳米管等表面，作为扩散流在电偏压操控下流动实现微纳米尺度打印或加工。
18、相比传统的3d打印金属技术只能限于微米尺度的增材制造，本专利技术对金属的打印精度可以达到纳米到原子级，相比于stm虽然可以实现原子尺度的加工制造，但加工效率低耗时多，本专利技术在原子尺度的制造相对具有更高的制备效率。
19、实际测试的表现中，本专利技术可以达到纳米甚至原子级别的金属打印分辨率。本专利技术提供了在微纳米乃至原子尺度上对金属/合金进行可控、精确、高效加工制造的解决方案，在材料、微电子、能源、生物等领域有广阔的应用前景和很高的应用价值。
20、本专利技术实施例中的其他有益效果将在下文中进一步述及。
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1.一种基于金属扩散流的扫描探针，其特征在于，包括直径为几十微米以下的探针前端，所述探针前端经过表面修饰而形成浸润涂层和/或合金化诱导层，其中，所述浸润涂层用以增强金属对探针表面的浸润性，所述合金化诱导层用以促进金属与探针表面的合金化反应，从而促进金属在所述探针前端的流动；其中，在电偏压作用下，所述扫描探针吸取的所述金属在所述探针前端的表面而形成定向流动的金属扩散流。
2.如权利要求1所述的基于金属扩散流的扫描探针，其特征在于，所述探针前端的材料为金属材质细针尖、纤维、纳米线或纳米管。
3.如权利要求1或2所述的基于金属扩散流的扫描探针，其特征在于，所述浸润涂层形成扩散流的金属对于浸润涂层表面的浸润角小于九十度，浸润涂层可优选的为ZnO层；形成扩散流的金属可优选的包括Ga或GaIn合金。
4.一种微纳米加工设备，其特征在于，包括：
5.如权利要求4所述的微纳米加工设备，其特征在于，还包括加热附件，其经配置以加热所述金属至其熔点附近或熔点以上，以增强金属的流动性。
6.如权利要求4或5所述的微纳米加工设备，其特征在于，所述
7.如权利要求4至6任一项所述的微纳米加工设备，其特征在于，所述加工为金属增材制造时，所述扫描探针与基底为接触式和悬离式设置；所述加工为金属喷射切割时，所述扫描探针与基底为悬离式设置；对于接触式设置，施加正向电偏压后，金属沿着探针表面以扩散流形式流动到所接触的基底位置；对于悬离式设置，施加正向电偏压后，金属沿着探针表面以扩散流形式流动到探针最前端，并在电偏压作用下喷射到基底位置处，进行增材制造或喷射切割。
8.如权利要求4至6任一项所述的微纳米加工设备，其特征在于，所述加工为金属减材制造时，所述扫描探针与基底为接触式设置，施加反向电偏压后，金属从所述扫描探针接触的基底向探针表面流动。
9.一种微纳米加工方法，其特征在于，使用如权利要求4至8任一项所述的微纳米加工设备进行微纳米尺度上的加工。
...【技术特征摘要】
1.一种基于金属扩散流的扫描探针，其特征在于，包括直径为几十微米以下的探针前端，所述探针前端经过表面修饰而形成浸润涂层和/或合金化诱导层，其中，所述浸润涂层用以增强金属对探针表面的浸润性，所述合金化诱导层用以促进金属与探针表面的合金化反应，从而促进金属在所述探针前端的流动；其中，在电偏压作用下，所述扫描探针吸取的所述金属在所述探针前端的表面而形成定向流动的金属扩散流。
2.如权利要求1所述的基于金属扩散流的扫描探针，其特征在于，所述探针前端的材料为金属材质细针尖、纤维、纳米线或纳米管。
3.如权利要求1或2所述的基于金属扩散流的扫描探针，其特征在于，所述浸润涂层形成扩散流的金属对于浸润涂层表面的浸润角小于九十度，浸润涂层可优选的为zno层；形成扩散流的金属可优选的包括ga或gain合金。
4.一种微纳米加工设备，其特征在于，包括：
5.如权利要求4所述的微纳米加工设备，其特征在于，还包括加热附件，其经配置以加热所述金属至其熔点附近或熔点以上，以增强金属的流动性。...
【专利技术属性】
技术研发人员：王自强，楼佳涛，刘一航，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：
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