介電泳技術精確操控納米對象到微間隙組裝區域是制備微納米傳感器的關鍵技術之一，這是由于介電泳技術能夠有效利用非均勻電場誘導納米對象極化產生介電泳力進而操縱納米對象移動至指定區域。利用該技術可實現操控納米顆粒、納米線、生物細胞等納米材料定向移動至目標區域，能夠顯著提升氣敏器件、生物化學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間添加若干相互孤立導電單元的系統。由于在電極對之間插入了導電結構，電場分布隨著多島微電極內間隙的出現產生了變化，不同間隙處對納米對象產生的介電泳力有所不同，進而更好地操縱納米對象運輸至目標區域進行組裝，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，由于其靈活性高且易集成于片上實驗室的優點，在諸多領域得到了廣泛應用。Raychaudhuri等通過實驗發現，介電泳對InAs納米線操控和放置的結果受到所施加的信號頻率及電極圖案的影響；Collet等提出一種結合介電泳現象和毛細管組裝的方法，以大規模地在特定的位置對齊數千個單個Si納米線，該方法有效提高了每個介電泳位點的捕獲效率和它們的精確捕獲位置；Ranjan等報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，通過實驗發現，鈀納米線的生長結果很大程度取決于所施加交流場的強度和金屬鹽溶液的濃度，只要控制好最佳生長條件即可得到目標納米線。

本文中，筆者基于單島和多島2種不同結構的微電極進行納米線的介電組裝實驗，通過實驗與仿真的技術手段，分析了納米線在2種不同結構的微電極中的介電組裝結果，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。

1介電組裝實驗與仿真模擬

1.1實驗工藝與過程

為了更好地探究納米線在多島微電極中的介電組裝機理，采用標準光刻技術結合Lift-off方法制備了單島與雙島2種微電極。實驗選取EPG533光刻膠旋涂于硅片上，旋涂后濺射10 nm鋁導電層，接著進行電極結構的光刻。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電層，從而獲得性能良好的粘附層與導電層。隨后在丙酮試劑中剝離出單島與雙島2種微電極結構并進行清洗。最后在180℃熱板上加熱30 min,之后進行實驗。

a.實驗裝置示意圖；b.雙島微電極三維仿真模型。圖1實驗裝置示意圖及雙島微電極三維仿真模型

使用長度約為4——5μm、直徑為300 nm的ZnO納米線進行多島微電極介電組裝實驗，由于2種微電極實驗裝置類似，僅以雙島微電極進行仿真實驗，示意圖見圖1a.實驗前，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行介電組裝。實驗中利用（Wentworth Laboratories,MP1008）探針系統接入電極兩端作為加電裝置，利用（Agilent 33220A）函數發生器作為施加電壓裝置，施加電壓峰值為10 V,產生正弦函數信號。實驗中施加頻率范圍為150 kHz——1 MHz.選用Tektronix TDS 220示波器并入電極兩端作為監測裝置，用以檢測2個電壓之間電壓實降狀況。實驗后，將裝置放入去離子水中清洗，隨后用氮氣干燥。

1.2數值仿真模型的建立

采用Comsol Multiphysics仿真軟件對單島和雙島微電極中的納米線運動進行分析，其中雙島微電極仿真模型與截面一（xOz截面）如圖1b所示。在電場中定義電極對電勢一側V=1/2VPP=5 V,另一側V=0,定義VPP=10 V代表實驗過程中電壓的峰值，電導率為107s/m.在定義流場的邊界條件時，設定流體不可壓縮流動。定義流體密度為1000 kg/m3,動力學粘度為0.001 Pa·s.在流體傳熱中，定義環境溫度為293.15 K、流體的傳熱系數為0.6 W/（m·K），同時定義納米線溶液為熱絕緣。