基于飞秒激光诱导化学镀的三维纳米布线及其在聚合物微纳机械驱动上的应用

聚合物微机电系统（Polymer-MEMS）由于其具有良好的生物兼容性等优点，成为Si-MEMS的重要补充技术，而激光微纳加工是制备三维复杂构型P-MEMS的一个几乎不可替代的技术。目前P-MEMS走向实用化的一个最主要的障碍是如何实现系统的电驱动。为了解决这个问题，本项目采用激光诱导化学镀的原理，研制与激光微纳加工技术兼容的微区化学镀装置和工艺；利用空间分辨散射、吸收和荧光等手段，对化学镀涉及到的激光焦点区域内的发生的光化学反应规律特殊性进行深入探讨；在此基础之上，采用紧聚焦、合金镀线、表面改性措施实现具有良好电导、韧性、并与聚合物接合力强的金属纳米导线；进一步利用电梳和静电板等原理实现聚合物微机械的驱动，探索其在集成光学系统上的应用。期望本工作能够为聚合物微机械的电驱动以及纳米电子器件的电互联等问题的解决做出有益的探索。

聚合物微机电系统由于其具有良好的生物兼容性等优点，成为Si-MEMS的重要补充技术，而激光微纳加工是制备三维复杂构型聚合物微机电系统的一个几乎不可替代的技术。目前P-MEMS走向实用化的一个最主要的障碍是如何实现系统的电驱动。为了解决这一问题，本项目开展了激光诱导化学镀及其在聚合物微纳机械应用的探索研究。.本项目基于激光诱导化学镀原理，研制了与激光微纳加工技术兼容的微区化学镀装置和工艺，优化了传统镀液配方及加工参数；研究了利用飞秒激光制备了聚合物骨架，在聚合物三维模版上通过化学镀的技术实现表面金属化的工艺；利用空间分辨散射、吸收和荧光检测手段，对化学镀涉及到的激光焦点区域内发生的光化学反应规律特殊性进行深入探讨，得到了最细线宽为125纳米的银微纳金属线；在此基础之上，采用紧聚焦、合金镀线、表面改性措施在三维聚合物基底上实现具有良好电导、韧性、并与聚合物接合力强的金属纳米导线。针对不透明基底或者厚度过厚基底上的激光诱导银微纳结构（包括布线）的制备，搭建了正置激光诱导化学镀加工系统。在微流控芯片通道内制备金属微线圈或者微纳米线阵列，成功实现了三维微加热器的加工；通过原位选择性微区局域化激光诱导化学镀，在芯片通道内表面实现了SERS基底的集成以及对不同位置化学反应的实时监测，促进了微流控芯片系统拉曼分析的应用。另外，我们通过改进搭建的激光微纳加工系统，以石墨烯氧化物为原料，运用激光直写技术实现石墨烯氧化物的选择性还原，从而得到一定微图案（包括布线）的导电性石墨烯；通过优化实验参数，实现了其氧含量的精细调控，进而对其带隙进行了调制（0.9eV到2.4eV），利用该技术制备的石墨烯场效应管，最大开关比为56，这种新颖的石墨烯氧化物带隙调制以及布线方法对于将来的微纳电子器件的发展具有重要的意义。.基于上述研究工作共发表标有基金资助项目号的影响因子大于3的SCI论文5篇，申请专利2项；超额完成任务。