W-Pt微纳热电偶批量制备装置的研制

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温度是生命十分重要的参数之一,正是由于地球距离太阳适中的位置才使得地球保持全年平均温度在15℃左右,地球上的生命得以产生和延续。温度对生命的影响体现在对构成生命体的基本单位——细胞。单细胞测温是上个世纪九十年代兴起的一项新的研究技术,在微加工技术得到很大发展的背景下,制造出能适应细胞尺寸大小的测温工具成为可能。微纳热电偶因为具备制作简单,成本低廉和测温精度较高等优点而得到研究者的广泛关注。在已有研究报道中,基于微玻璃移液管构成的热电偶和同轴式金属热电偶因为具有良好的锥形形貌,坚固的基底材料,较高的Seeback系数,快速的响应时间和良好的生物相容性可很好的满足单细胞温度的测量要求。同时,目前W-Pt微纳热电偶的制作存在着诸如制作时间长,性能不稳定等缺陷,限制了相关研究课题的研究进展。而W-Pt微纳热电偶的性能优劣直接影响单细胞测温结果好坏,合格的W-Pt热电偶尖端曲率半径在亚微米乃至纳米尺寸(500nm以下),热电偶W内极尖端锥度为20°以下,Seeback系数尽可能大(一般能达到4.0-10.0μV/K之问),因此研制能实现快速制作性能稳定的W-Pt微纳热电偶装置可以推动单细胞测温相关研究的发展。本文介绍了一套能快速制备性能的W-Pt微纳热电偶装置,该装置是基于Android手机平台和STM32平台,实现了W-Pt微纳热电偶自动化制备,能对W内极制备过程进行实时监测,同时可以对热电偶制作过程的关键参数进行采集、显示和存储。文中对装置研制的三个方面做了详细的介绍,前两章介绍了单细胞测温发展和热电偶的基本原理。接着介绍了装置的结构和功能设计,详细描述了装置各功能模块的结构。然后分别从装置的硬件和软件两个方面介绍了装置的电气控制系统。最后通过对装置各项测试和热电偶制作试验结果分析介绍了装置的实际制作效果。通过对比分析该装置制作的W-Pt微纳热电偶的光学显微镜和电子扫描显微镜(SEM)图像结果,可以得出该装置制作的W-Pt微纳热电偶的钨针尖端曲率半径约为300nmm,锥角小于18°,Seeback系数为4.0-8.0μV/K之间且均一性较好。结果表明该装置很好的实现了W-Pt微纳热电偶的批量、快速、稳定的制作目标,为后续该热电偶应用于单细胞测温研究奠定了坚实的基础。
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