本發(fā)明屬于微機電系統熱噴印技術領域，更具體地，涉及一種基于石墨烯-碳納米管復合結構的熱噴印頭及其制備方法。

背景技術：

噴印成像技術已經成為大幅面數字噴繪、數字照片打印、數字印刷、數字彩色打樣以及家庭和辦公室彩色輸出系統首選的彩色硬拷貝技術，獲得廣泛的應用和巨大的商業(yè)成功。除了噴墨打印外，噴印技術還能夠提供非接觸的多種液體的微分配，有著非常廣泛的應用，譬如：生物流體打印、制作液晶顯示用彩色濾光片、數字化制作pcb、藥物注射和燃料注入等等。它還有望為構建具有復雜功能的集成系統(如生物組織工程，大平面柔性平板器件等)提供一種自下而上、簡單有效的實施方案。在可預見的未來，高可靠性、低制作成本以及高性能(高圖形質量、高的頻率響應以及高空間分辨率)的微噴印系統將得到密切關注并在商業(yè)領域和其它特殊領域得到廣泛應用。

現有的噴印技術中，氣泡式噴印是基于微加熱器的一種簡易的噴印技術。微氣泡發(fā)生器是熱噴印系統的核心，目前大都采用基于傳統金屬材料的微加熱器，功耗較大。金屬碳納米管(cnt)是一種優(yōu)良的微波導體，理論上單壁的碳納米管的導通頻率可達thz，有報道實際達到ghz。

產生噴印液體是噴印頭最主要的功能。噴印頭包括液體供給系統和噴射液體產生系統。液體供給系統保證按照一定壓力(靜壓)向噴印頭微腔室提供待噴印液體；而噴印液體產生系統實際上就是一種脈沖壓力產生系統，即按照一定的工作頻率(數字脈沖)在微腔室內產生一個脈沖壓力(動壓)，從而將待噴印液體從噴嘴擠壓出去，形成噴印液滴。

各種各樣的驅動源中，熱氣泡噴印由于制作工藝簡單，是最具應用前景的方法之一，它具有非常高的空間分辨率，高頻率響應和低成本等優(yōu)點。熱氣泡技術是利用制作在微腔室內的微型加熱器，通過電脈沖控制，加熱使液體溫度升高，從而使加熱器表面的液體氣化產生氣泡，用氣泡長大產生的壓力將液體從噴嘴擠壓出去而形成噴射液滴。熱氣泡噴印器件結構簡單，小型化容易，可以實現較高的噴嘴集成度，同時制作成本較低。

專利zl201010160465.5《基于雙碳納米管微氣泡發(fā)生器的噴印頭及其制備方法》公開了基于雙碳納米管微氣泡發(fā)生器的噴印頭及其制備方法。該方案有以下不足：

(1)碳納米管微氣泡發(fā)生器采用金屬電極，二者之間存在肖特基勢壘，接觸電阻較大。

(2)微流體結構采用濕法腐蝕和干法刻蝕相結合的方法，不易控制加工精度。

(3)進墨通道與噴印單元的腔室深度相同，在氣泡閥關閉進液是存在關閉不牢的問題。

(4)雙微氣泡發(fā)生器和微流體結構采用紫外固化鍵合方法，鍵合強度受到限制；而且紫外固化膠的涂覆容易污染噴印腔室。

技術實現要素：

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明旨在提供一種進液關閉可靠、鍵合強度高、不易污染噴印腔室、易于加工的熱印噴頭及其制備方法。

為實現上述目的，本發(fā)明提供了一種基于石墨烯-碳納米管復合結構的熱噴印頭，包括：玻璃基底、硅片襯底、主通道、進墨通道、噴墨腔室、噴嘴、噴墨通道、碳納米管-石墨烯復合結構微氣泡發(fā)生器陣列、碳納米管溫度傳感器陣列；主通道、進墨通道、噴墨腔室均為開設在硅片襯底上表面的腔體，主通道和噴墨腔室通過進墨通道連通，且進墨通道深度小于噴墨腔室深度；噴墨通道為設置在硅片襯底下表面的腔體，噴墨通道位于噴墨腔室背面；噴嘴設置在噴墨腔室底部，連接噴墨腔室和噴墨通道；碳納米管-石墨烯復合結構微氣泡發(fā)生器陣列和碳納米管溫度傳感器陣列制備在玻璃基底對應噴墨腔室的區(qū)域，且朝向噴墨腔室設置；玻璃基底和硅片襯底無縫鍵合在一起。

進一步地，單個石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器包括：設置在玻璃基底表面的一對第一石墨烯電極；連接一對第一石墨烯電極的第一碳納米管；將第一碳納米管兩端固定在一對第一石墨烯電極和玻璃基底上的一對第一sio2掩膜層。

進一步地，單個碳納米管溫度傳感器包括：設置在玻璃基底表面的一對金屬電極或一對第二石墨烯電極；連接一對金屬電極或一對第二石墨烯電極的第二碳納米管；將第二碳納米管兩端固定在一對金屬電極和玻璃基底上，或一對第二石墨烯電極和玻璃基底上的一對第二sio2掩膜層。

進一步地，玻璃基底和硅片襯底無縫鍵合的中間層為石墨烯碎片。

為了實現上述目的，本發(fā)明還提供了一種前述熱噴印頭的制備方法，包括如下步驟：

(1)在玻璃基底上制備石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器陣列、碳納米管溫度傳感器陣列；

(2)采用icp工藝以及pdms填充深溝的表面平坦化工藝，在硅片襯底上制備主通道、噴墨腔室、進墨通道、噴嘴、噴墨通道；

(3)采用陽極鍵合工藝，以石墨烯碎片作為中間層，將步驟(1)得到的玻璃基底和步驟(2)得到的硅片襯底鍵合。

進一步地，碳納米管溫度傳感器采用金屬電極，步驟(1)包括如下子步驟：

(1.1)采用磁控濺射和剝離工藝，在玻璃基底上制備石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器陣列的第一測試電極、碳納米管溫度傳感器陣列的第二測試電極，以及碳納米管溫度傳感器陣列的金屬電極；第一測試電極、第二測試電極、金屬電極的厚度為100～200nm；金屬電極的間距為1～6μm，寬度為1～5μm；金屬電極與第二測試電極數量相同，一一對應連接；

(1.2)采用旋涂pmma的濕法轉移工藝將銅箔上cvd生長的石墨烯轉移至玻璃基底上，經光刻和氧氣的rie刻蝕制備出碳納米管-石墨烯復合結構微氣泡發(fā)生器陣列的第一石墨烯電極；第一石墨烯電極的間距為1～6μm，寬度為1～5μm，第一石墨烯電極與第一測試電極數量相同，一一對應連接；

(1.3)在微氣泡發(fā)生器測試電極上加載1mhz、16v的交流信號，再將碳納米管懸浮液滴在每個石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器的一對第一石墨烯電極之間，以及每個碳納米管溫度傳感器陣列的一對金屬電極之間，將每個石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器內的第一碳納米管與對應的一對第一石墨烯電極連接；將每個碳納米管溫度傳感器內的第二碳納米管與對應的一對金屬電極連接；

(1.4)在第一碳納米管與第一石墨烯電極的連接處濺射厚度為60～200nm的第一sio2掩膜層，在第二碳納米管與金屬電極的連接處，濺射厚度為60～200nm的第二sio2掩膜層。

進一步地，碳納米管溫度傳感器采用石墨烯做電極，步驟(1)包括如下子步驟：

(1.1)采用磁控濺射和剝離工藝，在清洗后的玻璃基底上制備石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器陣列的第一測試電極、碳納米管溫度傳感器陣列的第二測試電極；第一測試電極、第二測試電極厚度為100～200nm；

(1.2)采用旋涂pmma的濕法轉移工藝將銅箔上cvd生長的石墨烯轉移至玻璃基底上，經光刻和氧氣的rie刻蝕制備出石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器陣列的第一石墨烯電極以及碳納米管溫度傳感器陣列的第二石墨烯電極；第一石墨烯電極與第一測試電極數量相同，一一對應連接；第二石墨烯電極與第二測試電極數量相同，一一對應連接；

(1.3)在測試電極上加載1mhz，16v的交流信號，再將碳納米管懸浮液滴在每個石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器的一對第一石墨烯電極之間，以及每個碳納米管溫度傳感器陣列的一對第二石墨烯電極之間，將每個石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器內的第一碳納米管與對應的一對第一石墨烯電極連接；將每個碳納米管溫度傳感器內的第二碳納米管與對應的一對第二石墨烯電極連接；

(1.4)在第一碳納米管與第一石墨烯電極的連接處濺射厚度為60～200nm的第一sio2掩膜層，在第二碳納米管與第二石墨烯電極的連接處，濺射厚度為60～200nm的第二sio2掩膜層。

進一步地，碳納米管懸浮液由碳納米管與易揮發(fā)性有機溶劑按0.001～0.05mg/ml比例混合而成；

進一步地，步驟(2)中制備主通道、噴墨腔室、進墨通道、噴嘴的步驟如下：

(2.1)采用標準清洗工藝將雙面拋光硅片清洗干凈作為硅片襯底，在硅片襯底上表面磁控濺射金屬掩膜層；

(2.2)在金屬掩膜層上旋涂光刻膠，通過曝光、顯影在光刻膠上得到主通道和噴嘴圖形，用硝酸鈰銨溶液腐蝕得到帶有主通道和噴嘴圖形的金屬薄膜，并以金屬薄膜和光刻膠為掩膜，用icp刻蝕方法在硅片襯底上表面刻蝕出主通道和噴嘴；用丙酮去除殘留光刻膠，硝酸鈰銨去除殘留金屬薄膜；

(2.3)用pdms填充步驟(2.2)得到的主通道以及噴嘴，利用步驟(2.1)、(2.2)的方法刻蝕出噴墨腔室，用丙酮去除殘留光刻膠，硝酸鈰銨去除殘留金屬薄膜；

(2.4)用pdms填充步驟(2.3)得到的噴墨腔室，再濺射金屬薄膜，旋涂光刻膠；

(2.5)利用步驟(2.1)、(2.2)的方法刻蝕出進墨通道；用氧等離子刻蝕方法去除主通道、噴嘴以及噴墨腔室內填充的pdms；

(2.6)利用步驟(2.1)方法再次濺射、光刻和濕法刻蝕在硅片襯底下表面得到帶有噴墨通道圖形的金屬薄膜，并以該金屬薄膜和光刻膠為掩膜，用icp刻蝕方法在硅片襯底下表面刻蝕出噴墨通道；

(2.7)丙酮去除殘留光刻膠，硝酸鈰銨去除殘留金屬薄膜。

進一步地，步驟(3)中以石墨烯碎片作為中間層的陽極鍵合工藝，包括如下子步驟：

(3.1)用旋涂pmma的濕法轉移工藝將石墨烯碎片轉移至步驟(2)或步驟(2.7)得到的硅片襯底表面的空白區(qū)域；

(3.2)將步驟(1)得到的玻璃基底固定在干凈透明的玻璃板上，作為光刻機對準的掩膜版；

(3.3)用光刻機將步驟(3.1)得到的硅片襯底和步驟(3.2)得到的玻璃基底對準并貼合，使碳納米管-石墨烯復合結構微氣泡發(fā)生器陣列和碳納米管溫度傳感器陣列對應噴墨腔室的位置，且朝向噴墨腔室，得到熱印噴頭半成品；

(3.4)將步驟(3.3)得到的熱印噴頭半成品放置在沖壓機上；

(3.5)將沖壓機的溫度升到300～350℃，對熱印噴頭半成品通入600～900v直流電壓，持續(xù)10min，完成鍵合。

與現有技術相比，本發(fā)明所具有的優(yōu)點與效果如下：

(1)碳納米管微氣泡發(fā)生器以石墨烯取代金屬電極，石墨烯具有較高的電子遷移率，能帶間隙為零，并且與碳納米管具有相似的晶格結構，是碳納米管的理想電極。石墨烯通過范德華力與碳納米管直接接觸，形成碳-碳接觸，可以獲得比金屬薄膜電極更低的肖特基勢壘，降低了微氣泡發(fā)生器的接觸電阻，從而降低了微氣泡發(fā)生器的功耗。

(2)引入了碳納米管溫度傳感器，對噴墨腔室內的環(huán)境溫度進行檢測，可為微氣泡發(fā)生器實現反饋控制提供依據。

(3)進墨通道深度比噴印單元的腔室小，在氣泡閥關閉進液時可完全關閉。由于微流體結構全部采用icp工藝進行加工，同時采用了一種pdms(聚二甲基硅氧烷)填充深溝的表面平坦化工藝，得到的微流體結構完整。

(4)以石墨烯碎片作為中間層進行陽極鍵合，使得分別加工了微流體結構的硅片和微氣泡發(fā)生器及傳感器陣列的玻璃基底無縫鍵合。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于石墨烯-碳納米管復合結構熱噴印頭的剖視示意圖；

圖2為圖1中玻璃基底上石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器以及碳納米管溫度傳感器的示意圖；

圖3為硅片襯底的立體剖視示意圖；

圖4為硅片襯底的俯視圖；

圖5為石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器的分解示意圖；

圖6為圖5的組裝示意圖；

圖7為碳納米管溫度傳感器的分解示意圖；

圖8為圖7的組裝示意圖；

圖9為以石墨烯碎片做中間層的陽極鍵合方法示意圖；

圖10(a)～10(d)為以石墨烯碎片做中間層的陽極鍵合方法的工藝流程示意圖；

圖11(a)～11(d)為基于石墨烯-碳納米管復合結構熱噴印頭的制備方法流程圖，其中：

圖11(a)石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器以及基于金屬電極碳納米管溫度傳感器的制備流程圖；

圖11(b)基于石墨烯-碳納米管復合結構的微氣泡發(fā)生器和溫度傳感器的制備流程圖；

圖11(c)微流體結構的制備流程圖；

圖11(d)以石墨烯碎片做中間層的陽極鍵合流程圖。

在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中：

1-玻璃基底，2-硅片襯底，3-主通道，4-進墨通道，5-噴墨腔室，6-噴嘴，7-碳納米管-石墨烯復合結構微氣泡發(fā)生器陣列，71-第一石墨烯電極，72-第一碳納米管，73-第一sio2掩膜層，8-碳納米管溫度傳感器陣列，81-金屬電極或第二石墨烯電極，82-第二碳納米管，83-第二sio2掩膜層，9-石墨烯碎片。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明提供的基于石墨烯-碳納米管復合結構的熱噴印頭包括微流體結構、石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器以及碳納米管溫度傳感器；其中微流體結構是利用硅加工工藝制作在硅片上，由主通道3、噴墨腔室5、進墨通道4、噴嘴6、噴墨通道(未標號)構成。熱噴印頭的剖面結構如圖1所示，包括：玻璃基底1、硅片襯底2、主通道3、進墨通道4、噴墨腔室5、噴嘴6、噴墨通道、碳納米管-石墨烯復合結構微氣泡發(fā)生器陣列7、碳納米管溫度傳感器陣列8。玻璃基底1和硅片襯底2無縫鍵合在一起；微氣泡發(fā)生器7和碳納米管溫度傳感器陣列8制備在玻璃基底1上，位于噴墨腔室5的頂部；主通道3與噴墨腔室5通過進墨通道4連接。

主通道3、進墨通道4、噴墨腔室5均為開設在硅片襯底2上表面的腔體，主通道3和噴墨腔室5通過進墨通道4連通，且進墨通道4深度小于噴墨腔室5深度；噴墨通道為設置在硅片襯底2下表面的腔體，噴墨通道位于噴墨腔室5背面；噴嘴6設置在噴墨腔室5底部，連接噴墨腔室5和噴墨通道；碳納米管-石墨烯復合結構微氣泡發(fā)生器陣列和碳納米管溫度傳感器陣列制備在玻璃基底1對應噴墨腔室5的區(qū)域，且朝向噴墨腔室5設置。玻璃基底1和硅片襯底2無縫鍵合的中間層為石墨烯碎片9。

石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器7以碳納米管作為基本加熱元件，石墨烯取代傳統金屬電極，采用磁控濺射的方法濺射一層微氣泡發(fā)生器測試電極連接石墨烯電極和外部激勵源，并濺射一層sio2在石墨烯電極與碳納米管接觸部位，起固定和保護作用。單個石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器7的結構如圖5以及圖6所示，包括：設置在玻璃基底1表面的一對第一石墨烯電極71；連接一對第一石墨烯電極71的第一碳納米管72；將第一碳納米管72兩端固定在一對第一石墨烯電極71和玻璃基底1上的一對第一sio2掩膜層73。

石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器7采用石墨烯做電極，性質穩(wěn)定，克服了傳統金屬電極微氣泡發(fā)生器易受電解或腐蝕的缺點，有效延長了微氣泡發(fā)生器的壽命。更重要地，石墨烯電極具有較高的電子遷移率，能帶間隙為零，并且與碳納米管具有相似的晶格結構，是碳納米管的理想電極。石墨烯通過范德華力與碳納米管直接接觸，形成碳-碳接觸，可以獲得比金屬薄膜電極更低的肖特基勢壘，降低了微氣泡發(fā)生器的接觸電阻，從而降低了微氣泡發(fā)生器的功耗。

碳納米管溫度傳感器8與微氣泡發(fā)生器陣列同樣制備在玻璃基底1上，其結構與微氣泡發(fā)生器相同，只是其電極既可以采用石墨烯材料也可以采用金屬材料。碳納米管溫度傳感器的單元結構如圖7以及圖8所示，包括：設置在玻璃基底1表面的一對金屬電極81；連接一對金屬電極81或一對第二石墨烯電極81的第二碳納米管82；將第二碳納米管82兩端固定在一對金屬電極81和玻璃基底1上的一對第二sio2掩膜層83。一對金屬電極81在其他實施例中也可以是一對第二石墨烯電極81。

碳納米管的一維管狀結構引起的徑向聲子散射限制了碳納米管沿徑向向周圍環(huán)境和基底的熱傳導，沿軸向為主的熱傳導導致了碳納米管中的高密度焦耳熱。采用碳納米管作為溫度傳感器中的敏感元件，高密度的焦耳熱使其工作在較高的溫度，從而有著更高的靈敏度。碳納米管溫度傳感器的溫阻特性揭示了噴墨腔室內的環(huán)境溫度的變化，獲得了氣泡成核以及噴墨前后噴墨腔室內的環(huán)境溫度，有助于分析水引起的熱耗散等因素，能更好地了解噴印單元里的微環(huán)境情況，為微氣泡發(fā)生器控制電路的反饋提供依據。

上述熱噴印頭的制備方法主要包括如下步驟：

第1步，在玻璃襯底上制備石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器、碳納米管溫度傳感器陣列；

第2步，采用icp工藝以及pdms(聚二甲基硅氧烷)填充深溝的表面平坦化工藝，在硅片上制備微流體結構；微流體結構包括主通道、噴墨腔室、進墨通道、噴嘴、噴墨通道；

第3步，采用以石墨烯碎片作為中間層的陽極鍵合工藝，將玻璃和硅片鍵合。鍵合方法如圖如9、10所示，石墨烯碎片9位于玻璃基底1和硅片襯底2中間，在玻璃基底1和硅片襯底2上施加高壓、高溫進行鍵合。

本發(fā)明提供的熱噴印頭制備方法中微流體結構的制備全部采用了icp工藝，同時還采用了一種pdms(聚二甲基硅氧烷)填充深溝的表面平坦化工藝，有效地改善了主通道邊緣的刻蝕效果，保證了各個結構的完整性。另外，采用以石墨烯碎片作為中間層的陽極鍵合工藝，使得分別制備了微流體結構的硅片襯底和微氣泡發(fā)生器及傳感器陣列的玻璃基底實現可靠的鍵合。

更具體地，制備上述基于石墨烯-碳納米管復合結構的熱噴印頭方法，其步驟包括：

步驟1：在玻璃基底1上制備石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器以及碳納米管溫度傳感器陣列；其中，碳納米管溫度傳感器可以采用石墨烯或金屬材料做電極。

如圖11a所示，按照步驟(1.1)～(1.4)在玻璃基底1上制備石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器陣列以及碳納米管溫度傳感器陣列；當碳納米管溫度傳感器8采用金屬電極時，具體子步驟如下：

(1.1)采用磁控濺射和剝離工藝，在玻璃基底1上制備石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器陣列的第一測試電極(未圖示)以及碳納米管溫度傳感器陣列的第二測試電極(未圖示)和金屬電極，第一測試電極、第二測試電極、金屬電極的厚度為100～200nm；金屬電極的間距為1～6μm，寬度為1～5μm；金屬電極和第二測試電極數量相同，一一對應連接；

(1.2)采用旋涂pmma的濕法轉移工藝將銅箔上cvd生長的石墨烯轉移至玻璃基底1上，經光刻和氧氣的rie刻蝕制備出碳納米管-石墨烯復合結構微氣泡發(fā)生器陣列的第一石墨烯電極；第一石墨烯電極的間距為1～6μm，寬度為1～5μm，第一石墨烯電極與第一測試電極數量相同，一一對應連接；

(1.3)在微氣泡發(fā)生器測試電極上加載1mhz、16v的交流信號，再將碳納米管懸浮液滴在每個石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器的一對第一石墨烯電極之間，以及每個碳納米管溫度傳感器陣列的一對金屬電極之間，碳納米管懸浮液由碳納米管與易揮發(fā)性有機溶劑(例如無水乙醇)按0.001～0.05mg/ml比例混合而成；通過交變電壓在成對的兩個第一石墨烯電極之間產生不均勻電場，促使第一碳納米管向對應的一對第一石墨烯中間移動，待易揮發(fā)性有機溶劑揮發(fā)后，每個石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器內的第一碳納米管與對應的一對第一石墨烯電極連接；同理，將每個碳納米管溫度傳感器內的第二碳納米管與對應的一對金屬電極連接；配制碳納米管懸浮液的目的是使碳納米管處于懸浮狀態(tài)，從而能夠自由移動；

(1.4)在第一碳納米管與第一石墨烯電極的連接處濺射厚度為60～200nm的第一sio2掩膜層，在第二碳納米管與金屬電極的連接處，濺射厚度為60～200nm的第二sio2掩膜層。

如圖11b所示，在另一實施例中，碳納米管溫度傳感器也可以用石墨烯做電極，此時，步驟1包括如下子步驟：

(1.1)采用磁控濺射和剝離工藝，在清洗后的玻璃基底上制備石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器陣列的第一測試電極(未圖示)以及碳納米管溫度傳感器陣列的第二測試電極(未圖示)，第一測試電極、第二測試電極厚度為100～200nm；

(1.2)采用旋涂pmma的濕法轉移工藝將銅箔上cvd生長的石墨烯轉移至玻璃基底上，經光刻和氧氣的rie刻蝕制備出石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器陣列的第一石墨烯電極以及碳納米管溫度傳感器陣列的第二石墨烯電極；第一石墨烯電極與第一測試電極數量相同，一一對應連接；第二石墨烯電極與第二測試電極數量相同，一一對應連接；

(1.3)在測試電極上加載1mhz，16v的交流信號，再將碳納米管懸浮液滴在每個石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器的一對第一石墨烯電極之間，以及每個碳納米管溫度傳感器陣列的一對第二石墨烯電極之間，碳納米管懸浮液由碳納米管與易揮發(fā)性有機溶劑(例如無水乙醇)按0.001～0.05mg/ml比例混合而成；通過交變電壓在成對的兩個第一石墨烯電極之間產生不均勻電場，促使第一碳納米管向對應的一對第一石墨烯中間移動，待易揮發(fā)性有機溶劑揮發(fā)后，將每個石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器內的第一碳納米管與對應的一對第一石墨烯電極連接；同理，將每個碳納米管溫度傳感器內的第二碳納米管與對應的一對第二石墨烯電極連接；

(1.4)在第一碳納米管與第一石墨烯電極的連接處濺射厚度為60～200nm的第一sio2掩膜層，在第二碳納米管與第二石墨烯電極的連接處，濺射厚度為60～200nm的第二sio2掩膜層。

步驟2：在硅片襯底2上制備微流體結構。

微流體結構由主通道3，進墨通道4，噴墨腔室5，噴嘴6構成，全部采用icp工藝制備；同時，還采用了一種pdms(聚二甲基硅氧烷)填充深溝的表面平坦化工藝，有效地改善了主通道邊緣的刻蝕效果，保證了各個結構的幾何圖形的完整性。

如圖11c所示，制備微流體結構的具體工藝步驟如下：

(2.1)采用標準清洗工藝將雙面拋光硅片清洗干凈作為硅片襯底，在硅片襯底上表面磁控濺射金屬掩膜層；

(2.2)在金屬掩膜層上旋涂光刻膠，通過曝光、顯影在光刻膠上得到主通道和噴嘴圖形，用硝酸鈰銨溶液腐蝕得到帶有主通道和噴嘴圖形的金屬薄膜，并以金屬薄膜和光刻膠為掩膜，用icp刻蝕方法在硅片襯底上表面刻蝕出主通道和噴嘴；用丙酮去除殘留光刻膠，硝酸鈰銨去除殘留金屬薄膜；

(2.3)用pdms填充步驟(2.2)得到的主通道以及噴嘴，利用步驟(2.1)、(2.2)的方法刻蝕出噴墨腔室，用丙酮去除殘留光刻膠，硝酸鈰銨去除殘留金屬薄膜；

(2.4)用pdms填充步驟(2.3)得到的噴墨腔室，再濺射金屬薄膜，旋涂光刻膠；

(2.5)利用步驟(2.1)、(2.2)的方法刻蝕出進墨通道；用氧等離子刻蝕方法去除主通道、噴嘴以及噴墨腔室內填充的pdms；

(2.6)利用步驟(2.1)方法再次濺射、光刻和濕法刻蝕在硅片襯底下表面得到帶有噴墨通道圖形的金屬薄膜，并以該金屬薄膜和光刻膠為掩膜，用icp刻蝕方法在硅片襯底下表面刻蝕出噴墨通道；

(2.7)丙酮去除殘留光刻膠，硝酸鈰銨去除殘留金屬薄膜。

步驟3：玻璃基底與硅片的鍵合。采用以石墨烯碎片作為中間層的陽極鍵合方法，使得分別制備了微流體結構的硅片和微氣泡發(fā)生器及傳感器陣列的玻璃基底無縫鍵合。

如圖11d所示，采用以石墨烯碎片作為中間層的陽極鍵合工藝，包括下述子步驟：

(3.1)用旋涂pmma的濕法轉移工藝將石墨烯轉移至制備了微流體結構的硅片襯底的表面空白區(qū)域；

(3.2)將制備了石墨烯-碳納米管復合結構氣泡發(fā)生器、碳納米管溫度傳感器陣列的玻璃基底固定在干凈透明的玻璃板上，作為光刻機對準的掩膜版；

(3.3)用光刻機將步驟(3.1)得到的硅片襯底和步驟(3.2)得到的玻璃基底對準并貼合，使碳納米管-石墨烯復合結構微氣泡發(fā)生器陣列和碳納米管溫度傳感器陣列對應噴墨腔室的位置，且朝向噴墨腔室，得到熱印噴頭半成品；原本光刻機是用于光刻，本步驟中利用光刻機來進行對準；

(3.4)將步驟(3.3)得到的對準后的玻璃基底1/石墨烯碎片9/硅片襯底2構成的熱印噴頭半成品放置在沖壓機上；

(3.5)將沖壓機的溫度升到300～350℃，通入600～900v直流電壓，持續(xù)10min，完成鍵合。

為使本領域技術人員更好地理解本發(fā)明，下面結合具體實施例對本發(fā)明的微氣泡發(fā)生器的制備方法進行詳細說明。

【實施例1】

(1)采用石英玻璃作為基底，將石英玻璃進行清洗，將石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發(fā)生器、碳納米管溫度傳感器陣列制備在石英玻璃上，其過程為：

(1.1)采用磁控濺射，形成厚度為100nm的鎳膜，利用現有的剝離工藝形成鎳電極；溫度傳感器的鎳電極間距為2μm，寬度為4μm；

(1.2)采用旋涂pmma的濕法轉移工藝將銅箔上cvd生長的石墨烯轉移至玻璃基底，經光刻和氧氣的rie刻蝕制備出微氣泡發(fā)生器的石墨烯電極；石墨烯電極的間距為2μm，寬度為4μm；

(1.3)將碳納米管與無水乙醇溶劑按0.001mg/ml比例混合，經超聲使碳納米管均勻分散；將1mhz，16v的交流電壓加載到玻璃上的鎳電極，用微型注射器將碳納米管懸浮液滴到電極間，當溶劑揮發(fā)完全時，碳納米管將電極連通并定位在電極間，此時撤除所加電場；

(1.4)采用磁控濺射，形成厚度為60nm的二氧化硅膜；

(2)根據下述過程及表1中的工藝在硅片襯底上制作微流體結構：

(2.1)采用標準清洗工藝將雙面拋光硅片清洗干凈作為硅片襯底，正面磁控濺射一層cr膜；

(2.2)正面旋涂光刻膠，曝光顯影后將主通道和噴嘴圖形轉移到光刻膠上，用硝酸鈰銨溶液腐蝕得到主通道和噴嘴圖形的cr膜，并以cr和光刻膠為掩膜，用icp刻蝕方法刻蝕主通道和噴嘴，丙酮去除殘留光刻膠，硝酸鈰銨去除殘留cr膜；

(2.3)用pdms填充刻蝕后形成的主通道和噴嘴，再正面濺射一層cr膜，旋涂光刻膠，再次光刻和濕法刻蝕得到噴墨腔室圖形的cr膜，并以cr膜和光刻膠為掩膜，用icp刻蝕方法刻蝕噴墨腔室，用丙酮去除殘留光刻膠，硝酸鈰銨去除殘留cr膜；；

(2.4)用pdms填充刻蝕后形成的噴墨腔室，再正面濺射一層cr膜，旋涂光刻膠；

(2.5)再次光刻、濕法刻蝕得到進墨通道圖形的cr膜，以cr膜和光刻膠為掩膜，用icp刻蝕方法刻蝕進墨通道，用丙酮去除殘留光刻膠，硝酸鈰銨去除殘留cr膜，用氧等離子刻蝕方法去除主通道、噴嘴以及噴墨腔室內填充的pdms；

(2.6)在硅片反面濺射一層cr膜，旋涂一層光刻膠，再次光刻、濕法刻蝕得到反面結構圖形的cr膜，并以cr膜和光刻膠為掩膜，用icp刻蝕方法刻蝕反面結構；

(2.7)用丙酮去除殘留光刻膠，硝酸鈰銨去除殘留金屬薄膜，完成微流體結構的制備。

表1icp刻蝕的工藝參數

(3)將制備了微流體結構的硅片與微氣泡發(fā)生器及傳感器陣列的玻璃基底陽極鍵合，其過程為：

(3.1)用旋涂pmma的濕法轉移工藝將石墨烯轉移至制備了微流體結構的硅片表面空白區(qū)域；

(3.2)將制備了石墨烯-碳納米管復合結構氣泡發(fā)生器、碳納米管溫度傳感器的玻璃基底固定在干凈透明的玻璃板上，作為光刻機對準的掩膜版；

(3.3)用光刻機將玻璃基底和帶微流體結構的硅片對準；

(3.4)將對準后的玻璃基底/石墨烯/硅片放置在沖壓機上；

(3.5)將溫度升到350℃，通入900v直流電壓，持續(xù)10min。

【實施例2】

(1)采用pyrex7740型玻璃作為基底，將玻璃進行清洗，將基于石墨烯-碳納米管復合結構的微氣泡發(fā)生器與溫度傳感器制備在石英玻璃上，其過程為：

(1.1)采用磁控濺射，形成厚度為200nm的鈦膜，利用現有的剝離工藝形成鈦測試電極；

(1.2)采用旋涂pmma的濕法轉移工藝轉移銅箔上cvd生長的石墨烯至玻璃基底，經光刻和氧氣的rie刻蝕制備出微氣泡發(fā)生器以及溫度傳感器的石墨烯電極；石墨烯的間距為6μm，寬度為5μm；

(1.3)將碳納米管與無水乙醇溶劑按0.05mg/ml比例混合，經超聲使碳納米管均勻分散；將1mhz，16v的交流電壓加載到玻璃上的鈦電極間，用微型注射器將碳納米管懸浮液滴到電極間，當溶劑揮發(fā)完全時，碳納米管將電極連通并定位在電極間，此時撤除所加電場；

(1.4)采用磁控濺射，形成厚度為200nm的二氧化硅膜；

(2)采用與實施例1中相同的方法制備微流體結構；

(3)將制備了微流體結構的硅片與微氣泡發(fā)生器及傳感器陣列的玻璃基底無縫鍵合，其過程為：

(3.1)用旋涂pmma的濕法轉移工藝將石墨烯轉移至制備了微流體結構的硅片表面空白區(qū)域；

(3.2)將制備了石墨烯-碳納米管復合結構氣泡發(fā)生器、碳納米管溫度傳感器的玻璃基底固定在干凈透明的玻璃板上，作為光刻機對準的掩膜版；

(3.3)用光刻機將玻璃基底和帶微流體結構的硅片對準；

(3.4)將對準后的玻璃基底/石墨烯/硅片放置在沖壓機上；

(3.5)將溫度升到300℃，通入600v直流電壓，持續(xù)10min。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。