《碳納米管基感測器跨尺度集成製造技術》是依託上海交通大學，由丁桂甫擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：碳納米管基感測器跨尺度集成製造技術
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：丁桂甫
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
碳納米管因其獨特的功能特性成為各類感測器提升敏感能力的利器，以表面修飾電極、敏感電阻器（包括場效應管）和場離化電極為代表的碳管增強感測器展現出獨特的性能優勢和實用化前景，但是如何將碳管有效集成融入感測器件，並確保其與各類電極間的可靠結合，仍然是困擾這類感測器規模化製造的關鍵技術難題。本項目提出了一種藉助非矽微加工工藝實現碳管縱向互連集成製造的新方法，結合碳納米管植布工藝和碳納米管陣列生長技術，該方法不但能夠確保碳納米管與電極間可靠結合，而且可以通過器件結構多通道化設計在微加工的平台上實現跨納-微-宏尺度的完全集成製造。此外，該技術的確立還可以從更廣泛的層面上解決碳管與金屬微結構有效結合的難題，使各種碳納米管敏感電極的規模化、可重複集成製造成為可能。鑒於此，系統開展基礎性製造工藝和基礎器件設計技術研究，構建有一定通用性的碳納米管感測器跨尺度集成製造方法，將有力推動其實用化進程。
結題摘要
碳納米管因其獨特的功能特性成為各類感測器提升敏感能力的利器，許多方面已經展現了獨特的性能優勢和實用化前景，但是如何將碳管有效集成融入感測器件，並確保其與各類電極間的可靠結合，仍然是困擾這類感測器規模化製造的關鍵。碳納米管基感測器需要碳納米管與導電電極的有效結合，包括電連線與機械結合，都需要穩定牢固。目前碳納米管與巨觀結構的結合方式僅有兩種，其一是單端結合，其二是雙端結合，這種結合是一種跨尺度結合，至少跨納微尺度，多數跨宏微納尺度。常規的碳納米管集成方式包括：簡單塗覆，絲網印刷，直接生長和微操作焊接，其中焊接的性能最為理想，既有牢固機械結合，又能保證電接觸穩定性，但是批量集成製造存在困難。本項目開發了聚醯亞胺基碳納米管集成技術，全金屬化碳納米管集成技術和水玻璃基碳納米管集成技術。通過可控濕法刻蝕控制聚合物集成中碳納米管的裸露尺寸和界面狀態；採用金屬濺射沉積實現碳納米管與金屬牢固結合併反向植入金屬電極基底；通過乾法刻蝕實現水玻璃基碳納米管界面活性的提升。初步解決了碳納米管在各種感測器中規模化套用的跨尺度集成製造難題，形成了常用聚合物，金屬和穩定無機物介質與 碳納米管跨尺度集成的典型技術路線。在此基礎上，開展典型單端植入、橫向橋接和縱向互連的碳納米管改性增強感測器設計，開發相應的跨尺度集成製造流程，完成了典型敏感電極原型器件研製和關鍵特性表征。同時開展了初步的套用探索。其中，核黃素檢測敏感電極檢出限達到3.5×10-7mol/L；PDP放電單元開啟電壓對比降低40V；通用電催化修飾電極同體系循環伏安檢測峰值電流增幅達到85%，均顯示了明顯的碳納米管增強效應，同時全金屬化碳納米管電極可靠性顯著提升，多次重複實驗，變化率僅為3.88%；上述器件研製，形成了成套共性關鍵技術組合，為碳納米管在感測器技術領域產業化套用奠定設計與製造技術基礎。
