介電泳技術(shù)精確操控納米對象到微間隙組裝區域是制備微納米傳感器的關(guān)鍵技術(shù)之一，這是由于介電泳技術(shù)能夠有效利用非均勻電場(chǎng)誘導納米對象極化產(chǎn)生介電泳力進(jìn)而操縱納米對象移動(dòng)至指定區域。利用該技術(shù)可實(shí)現操控納米顆粒、納米線(xiàn)、生物細胞等納米材料定向移動(dòng)至目標區域，能夠顯著(zhù)提升氣敏器件、生物化學(xué)芯片等微納米傳感器的靈敏度。多島微電極是一種在電極對間添加若干相互孤立導電單元的系統。由于在電極對之間插入了導電結構，電場(chǎng)分布隨著(zhù)多島微電極內間隙的出現產(chǎn)生了變化，不同間隙處對納米對象產(chǎn)生的介電泳力有所不同，進(jìn)而更好地操縱納米對象運輸至目標區域進(jìn)行組裝，提升基于多島微電極制備的傳感器性能。

基于介電泳操縱納米線(xiàn)定向組裝的技術(shù)，由于其靈活性高且易集成于片上實(shí)驗室的優(yōu)點(diǎn)，在諸多領(lǐng)域得到了廣泛應用。Raychaudhuri等通過(guò)實(shí)驗發(fā)現，介電泳對InAs納米線(xiàn)操控和放置的結果受到所施加的信號頻率及電極圖案的影響；Collet等提出一種結合介電泳現象和毛細管組裝的方法，以大規模地在特定的位置對齊數千個(gè)單個(gè)Si納米線(xiàn)，該方法有效提高了每個(gè)介電泳位點(diǎn)的捕獲效率和它們的精確捕獲位置；Ranjan等報道了一種利用介電泳力在微制造電極之間定向組裝的方法，通過(guò)實(shí)驗發(fā)現，鈀納米線(xiàn)的生長(cháng)結果很大程度取決于所施加交流場(chǎng)的強度和金屬鹽溶液的濃度，只要控制好最佳生長(cháng)條件即可得到目標納米線(xiàn)。

本文中，筆者基于單島和多島2種不同結構的微電極進(jìn)行納米線(xiàn)的介電組裝實(shí)驗，通過(guò)實(shí)驗與仿真的技術(shù)手段，分析了納米線(xiàn)在2種不同結構的微電極中的介電組裝結果，基于多島微電極的納米線(xiàn)介電組裝研究為微納米傳感器的制備奠定了基礎。

1介電組裝實(shí)驗與仿真模擬

1.1實(shí)驗工藝與過(guò)程

為了更好地探究納米線(xiàn)在多島微電極中的介電組裝機理，采用標準光刻技術(shù)結合Lift-off方法制備了單島與雙島2種微電極。實(shí)驗選取EPG533光刻膠旋涂于硅片上，旋涂后濺射10 nm鋁導電層，接著(zhù)進(jìn)行電極結構的光刻。光刻后濺射10 nm鉻粘附層，并且在粘附層上再濺射出一層金導電層，從而獲得性能良好的粘附層與導電層。隨后在丙酮試劑中剝離出單島與雙島2種微電極結構并進(jìn)行清洗。最后在180℃熱板上加熱30 min,之后進(jìn)行實(shí)驗。

a.實(shí)驗裝置示意圖；b.雙島微電極三維仿真模型。圖1實(shí)驗裝置示意圖及雙島微電極三維仿真模型

使用長(cháng)度約為4——5μm、直徑為300 nm的ZnO納米線(xiàn)進(jìn)行多島微電極介電組裝實(shí)驗，由于2種微電極實(shí)驗裝置類(lèi)似，僅以雙島微電極進(jìn)行仿真實(shí)驗，示意圖見(jiàn)圖1a.實(shí)驗前，在去離子水中加入ZnO納米線(xiàn)粉末，超聲處理30 min后得到濃度為10μg/mL的分散液。選用微量注射器吸取少量納米線(xiàn)溶液滴到微間隙處進(jìn)行介電組裝。實(shí)驗中利用（Wentworth Laboratories,MP1008）探針系統接入電極兩端作為加電裝置，利用（Agilent 33220A）函數發(fā)生器作為施加電壓裝置，施加電壓峰值為10 V,產(chǎn)生正弦函數信號。實(shí)驗中施加頻率范圍為150 kHz——1 MHz.選用Tektronix TDS 220示波器并入電極兩端作為監測裝置，用以檢測2個(gè)電壓之間電壓實(shí)降狀況。實(shí)驗后，將裝置放入去離子水中清洗，隨后用氮氣干燥。

1.2數值仿真模型的建立

采用Comsol Multiphysics仿真軟件對單島和雙島微電極中的納米線(xiàn)運動(dòng)進(jìn)行分析，其中雙島微電極仿真模型與截面一（xOz截面）如圖1b所示。在電場(chǎng)中定義電極對電勢一側V=1/2VPP=5 V,另一側V=0,定義VPP=10 V代表實(shí)驗過(guò)程中電壓的峰值，電導率為107s/m.在定義流場(chǎng)的邊界條件時(shí)，設定流體不可壓縮流動(dòng)。定義流體密度為1000 kg/m3,動(dòng)力學(xué)粘度為0.001 Pa·s.在流體傳熱中，定義環(huán)境溫度為293.15 K、流體的傳熱系數為0.6 W/（m·K），同時(shí)定義納米線(xiàn)溶液為熱絕緣。