一种基于双向脉冲电源的微纳米电极制备装置的制作方法

本实用新型创造涉及一种微纳米电极制备装置，尤其是一种基于双向脉冲电源的微纳米电极制备装置。

背景技术：

微纳米尺度的电极是进行微细加工的必要条件，目前制备微纳米电极的方法主要有机械剪切、聚焦离子铣削、电解加工等。机械剪切制备出的电极主要为尖锥状电极，成功率低且制备精度很难保证。聚焦离子铣削可以制备出各种形貌的电极，但是聚焦离子铣削设备昂贵，加工效率低，制备电极成本高。电解加工是目前制备微纳米电极最常用的方法，电极尺寸可控且较为简捷。

采用电解加工方法，在加工过程中由于电解产物的积聚状态使得加工出的工具电极呈上大下小尖锥状，这种锥状电极在一定程度上限制了其用于加工的精度。若采用此种形状电极进行电解打孔，那么加工出的孔的侧壁则具有很大的锥度。为了减少制备出的电极的锥度，增加电极的长径比，也常将各种运动施加于加工过程中，使得电解产物分布趋于均匀。利用在电解加工过程中采用压电陶瓷对电解液膜进行频率为35HZ上下振动，减小扩散层对电极形貌的影响，从而减小纳米电极的锥度，但是这需要在电极制备装置中额外配备振动系统。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是现有的制备装置及制备方法需要额外的辅助装置，增加的制备成本。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于双向脉冲电源的微纳米电极制备装置，包括工作台板、电解液槽、凸形支架块、双向脉冲电源、连接轴、铂金属环、横向支架臂以及竖直支架臂；电解液槽设置于工作台板上，竖直支架臂竖向固定安装在工作台板上；横向支架臂的一端通过第一安装螺栓固定安装竖直支架臂上；连接轴的一端通过第二安装螺栓固定安装在横向支架臂的另一端上；连接轴与竖直支架臂相平行；凸形支架块固定安装在电解液槽内，铂金属环通过悬臂水平安装在凸形支架块上，且铂金属环位于电解液槽内；连接轴的下端指向铂金属环的中心环孔；在连接轴的下端上设有用于夹持固定电极棒的夹头；双向脉冲电源的正极端通过防水导线与夹头电连接；双向脉冲电源的负极端通过防水导线与铂金属环电连接。

进一步地，铂金属环的环片厚度为2-3mm，中心环孔的直径为6-7mm。

本实用新型的有益效果在于：为了得到较好的长径比，应采取措施使得电极棒周围电解产物分布趋于均匀，本实用新型在于不施加任何外界的运动，仅仅采用双向脉冲电源即可实现减小制备出纳米电极的锥度；在正向脉冲时，作为阳极的电极棒发生电化学溶解，产物在重力的作用下下移并积聚在电极棒周围，形成锥状的堆积；反向脉冲时，电极棒又作为阴极产生氢气，氢气泡的形成及逸出对正向脉冲时积聚在电极棒周围的电解产物形成扰动，使产物分布趋于均匀或者分散于电解液中，使得电极棒周围电导率趋于均匀，周而复始从而使得制备出的工具电极具有良好的长径比。

附图说明

图1为本实用新型的微纳米电极制备装置整体结构示意图；

图2为本实用新型在正向脉冲时钨棒周围电解产物的分布情况；

图3为本实用新型在反向脉冲时钨棒周围电解产物的分布情况。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提供的基于双向脉冲电源的微纳米电极制备装置包括：工作台板1、电解液槽2、凸形支架块4、双向脉冲电源6、连接轴9、铂金属环12、横向支架臂13以及竖直支架臂15；电解液槽2设置于工作台板1上，竖直支架臂15竖向固定安装在工作台板1上；横向支架臂13的一端通过第一安装螺栓14固定安装竖直支架臂15上；连接轴9的一端通过第二安装螺栓8固定安装在横向支架臂13的另一端上；连接轴9与竖直支架臂15相平行；凸形支架块4通过螺钉3固定安装在电解液槽2内，铂金属环12通过悬臂水平安装在凸形支架块4上，悬臂的端部通过螺钉3安装在凸形支架块4上，且铂金属环12位于电解液槽2内；连接轴9的下端指向铂金属环12的中心环孔；在连接轴9的下端上设有用于夹持固定电极棒11的夹头10；双向脉冲电源6的正极端通过防水导线7与夹头10电连接；双向脉冲电源6的负极端通过防水导线7与铂金属环12电连接。铂金属环12的环片厚度为2-3mm，中心环孔的直径为6-7mm。

本实用新型提供的基于双向脉冲电源的微纳米电极制备装置在使用时，包括如下步骤：

步骤1，在电解液槽2装载氢氧化钾溶液，且使氢氧化钾溶液5的液面高于铂金属环12的安装高度，氢氧化钾溶液5的溶度为1.5mol/L；

步骤2，将电极棒11的上端装夹在夹头10上，且电极棒11的下端贯穿铂金属环12的中心环孔，电极棒11与铂金属环12的中心环孔同轴心设置；

步骤3，利用双向脉冲电源6周期交替分别向夹头10发送脉宽为100ns-150ns的正向脉冲以及向铂金属环12发送脉宽为150ns-160ns的反向脉冲，即向夹头10发送脉宽为100ns-150ns的正向脉冲后，再向铂金属环12发送脉宽为150ns-160ns的反向脉冲，如此交替循环，正向脉冲和反向脉冲的幅值为4V，从而对电极棒11进行刻蚀，当正向脉冲时，电极棒11在电解液槽2中由于电解反应的进行逐渐被刻蚀，电解产物是积聚在电极棒11的周围，由于重力的作用形成上小下大的分布状态，如图2所示；当反向脉冲时，此时电极棒11相当于接电源的负极，产生大量气泡，由于气泡的浮动及爆破对电极棒11周围的电解产物产生扰动，使得电极棒11周围电解产物分布趋于均布，如图3所示，周而复始，从而使制备出的微纳米电极锥度更小。

技术特征：

1.一种基于双向脉冲电源的微纳米电极制备装置，其特征在于，包括工作台板(1)、电解液槽(2)、凸形支架块(4)、双向脉冲电源(6)、连接轴(9)、铂金属环(12)、横向支架臂(13)以及竖直支架臂(15)；电解液槽(2)设置于工作台板(1)上，竖直支架臂(15)竖向固定安装在工作台板(1)上；横向支架臂(13)的一端通过第一安装螺栓(14)固定安装竖直支架臂(15)上；连接轴(9)的一端通过第二安装螺栓(8)固定安装在横向支架臂(13)的另一端上；连接轴(9)与竖直支架臂(15)相平行；凸形支架块(4)固定安装在电解液槽(2)内，铂金属环(12)通过悬臂水平安装在凸形支架块(4)上，且铂金属环(12)位于电解液槽(2)内；连接轴(9)的下端指向铂金属环(12)的中心环孔；在连接轴(9)的下端上设有用于夹持固定电极棒(11)的夹头(10)；双向脉冲电源(6)的正极端通过防水导线(7)与夹头(10)电连接；双向脉冲电源(6)的负极端通过防水导线(7)与铂金属环(12)电连接。

2.根据权利要求1所述的基于双向脉冲电源的微纳米电极制备装置，其特征在于，铂金属环(12)的环片厚度为2-3mm，中心环孔的直径为6-7mm。

技术总结

本实用新型提供了一种基于双向脉冲电源的微纳米电极制备装置，包括工作台板、电解液槽、凸形支架块、双向脉冲电源、连接轴、铂金属环、横向支架臂以及竖直支架臂。该微纳米电极制备装置在于不施加任何外界的运动情况下，仅仅采用双向脉冲电源即可实现减小制备出纳米电极的锥度。

技术研发人员：

吴修娟

受保护的技术使用者：

南京工业职业技术学院

技术研发日：

2018.07.05

技术公布日：

2019.03.05