Acc. Chem. Res.：基于约束化学刻蚀原理的电化学微纳制造技术

微型化和集成化是当代高科技制造产业的基本要求，已经深入到国计民生的诸多领域。作为一种特种加工技术，电化学微纳制造技术具有其独特的优势：高去除速率、适合于加工复杂面型的三维结构、适用于难加工材料等。同时，由于工具电极和工件材料之间没有直接接触，电化学微纳制造技术克服了其他微纳加工技术中刀具损伤、工件表面损伤、热效应和残余应力等技术难题。因此，在过去的几十年中，电化学微纳制造技术被广泛的应用于超大集成电路、微/纳机电系统、精密光学器件和微全分析系统的工业生产中，在半导体工业、国防军工、航空航天等高科技制造领域具有不可取代的地位。

图1. 电化学微纳制造仪器平台示意图及约束刻蚀的基本原理：将电极表面生成的刻蚀剂的扩散距离压缩到微纳米尺度，实现微纳米精度的电化学加工。

由厦门大学田昭武院士（点击查看介绍）提出的约束刻蚀剂层技术（CELT）是我国具有完全自主知识产权的电化学微纳制造技术。CELT通过光/电化学方法在工具电极表面生成刻蚀剂，通过刻蚀剂与溶液中的约束剂发生均相化学反应，将刻蚀剂的扩散距离“约束”在电极表面微纳米尺度的范围以内，从而实现纳米精度的电化学加工。近年来，厦门大学詹东平教授（点击查看介绍）从仪器、原理和方法三个方面入手，在继承和发扬传统CELT技术的基础之上，引入光场、力场、流场等物理外场调制技术，跳出传统电化学加工2-电极和3-电极的单一调制模式，克服了CELT技术中超薄约束刻蚀剂层内部的电势分布和物质传递等难题，实现了一维铣削、二维表面抛光和三维微纳结构模板成型等全方位的纳米精度加工。

图2. 力场调控下CELT方法制备的具有菲涅尔同轴纳米环结构的微凹面镜，纳米环的最小特征尺寸达到50 nm以下。这种具有连续面型的微纳多级结构在微纳加工中极具挑战性，课题组首次以低成本、高效率的电化学方法实现。

厦门大学詹东平教授课题组面向国家重大产业需求，针对电化学微纳制造中的表界面问题，开展微纳尺度电极过程反应动力学的基础研究，并发展了一系列原创性的电化学微纳制造技术，在JACS、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Sci.等发表了一系列研究成果，引起了国内外学术界的广泛关注。詹东平教授应邀撰写的综述性论文“Confined Chemical Etching for Electrochemical Machining with Nanoscale Accuracy”发表于美国化学会旗下刊物Accounts of Chemical Research （Acc. Chem. Res., 2016, DOI: 10.1021/acs.accounts.6b00336），系统介绍了课题组在基于约束化学刻蚀理论的电化学微纳制造方面取得的阶段性进展，提出了未来的发展方向。

该工作得到国家自然科学基金委“科学仪器基础研究专款”项目（批准号：21327002）和“纳米制造的基础研究”重大研究计划集成项目（批准号：91323303）的资助。

该论文作者为：Dongping Zhan, Lianhuan Han, Jie Zhang, Kang Shi, Jian-Zhang Zhou, Zhao-Wu Tian, Zhong-Qun Tian

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http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.accounts.6b00336

Confined Chemical Etching for Electrochemical Machining with Nanoscale Accuracy

Acc. Chem. Res., 2016, 49, 2596-2604, DOI: 10.1021/acs.accounts.6b00336

导师介绍

田昭武院士

http://www.x-mol.com/university/faculty/14071

詹东平教授

http://www.x-mol.com/university/faculty/14075