介電泳技術(shù)精確操控納米對(duì)象到微間隙組裝區(qū)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(dǎo)納米對(duì)象極化產(chǎn)生介電泳力進(jìn)而操縱納米對(duì)象移動(dòng)至指定區(qū)域。利用該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)操控納米顆粒、納米線、生物細(xì)胞等納米材料定向移動(dòng)至目標(biāo)區(qū)域，能夠顯著提升氣敏器件、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(duì)間添加若干相互孤立導(dǎo)電單元的系統(tǒng)。由于在電極對(duì)之間插入了導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，電場(chǎng)分布隨著多島微電極內(nèi)間隙的出現(xiàn)產(chǎn)生了變化，不同間隙處對(duì)納米對(duì)象產(chǎn)生的介電泳力有所不同，進(jìn)而更好地操縱納米對(duì)象運(yùn)輸至目標(biāo)區(qū)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(yàn)室的優(yōu)點(diǎn)，在諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。Raychaudhuri等通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，介電泳對(duì)InAs納米線操控和放置的結(jié)果受到所施加的信號(hào)頻率及電極圖案的影響；Collet等提出一種結(jié)合介電泳現(xiàn)象和毛細(xì)管組裝的方法，以大規(guī)模地在特定的位置對(duì)齊數(shù)千個(gè)單個(gè)Si納米線，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(bào)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(yàn)發(fā)現(xiàn)，鈀納米線的生長(zhǎng)結(jié)果很大程度取決于所施加交流場(chǎng)的強(qiáng)度和金屬鹽溶液的濃度，只要控制好最佳生長(zhǎng)條件即可得到目標(biāo)納米線。

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

1介電組裝實(shí)驗(yàn)與仿真模擬

1.1實(shí)驗(yàn)工藝與過(guò)程

為了更好地探究納米線在多島微電極中的介電組裝機(jī)理，采用標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)結(jié)合Lift-off方法制備了單島與雙島2種微電極。實(shí)驗(yàn)選取EPG533光刻膠旋涂于硅片上，旋涂后濺射10 nm鋁導(dǎo)電層，接著進(jìn)行電極結(jié)構(gòu)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(dǎo)電層，從而獲得性能良好的粘附層與導(dǎo)電層。隨后在丙酮試劑中剝離出單島與雙島2種微電極結(jié)構(gòu)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(yàn)。

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

使用長(zhǎng)度約為4——5μm、直徑為300 nm的ZnO納米線進(jìn)行多島微電極介電組裝實(shí)驗(yàn)，由于2種微電極實(shí)驗(yàn)裝置類似，僅以雙島微電極進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，示意圖見(jiàn)圖1a.實(shí)驗(yàn)前，在去離子水中加入ZnO納米線粉末，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溶液滴到微間隙處進(jìn)行介電組裝。實(shí)驗(yàn)中利用（Wentworth Laboratories,MP1008）探針系統(tǒng)接入電極兩端作為加電裝置，利用（Agilent 33220A）函數(shù)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(shù)信號(hào)。實(shí)驗(yàn)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(jiān)測(cè)裝置，用以檢測(cè)2個(gè)電壓之間電壓實(shí)降狀況。實(shí)驗(yàn)后，將裝置放入去離子水中清洗，隨后用氮?dú)飧稍铩?

1.2數(shù)值仿真模型的建立

采用Comsol Multiphysics仿真軟件對(duì)單島和雙島微電極中的納米線運(yùn)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(duì)電勢(shì)一側(cè)V=1/2VPP=5 V,另一側(cè)V=0,定義VPP=10 V代表實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電壓的峰值，電導(dǎo)率為107s/m.在定義流場(chǎng)的邊界條件時(shí)，設(shè)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(shù)為0.6 W/（m·K），同時(shí)定義納米線溶液為熱絕緣。