[00686416]基于MEMS技术的敞开式离子源和微型气泵集成系统

用于痕量物质检测的便携式分析仪器是近年来国际上的研究热点，国内外学者开展了大量的研究。该项目以便携式分析仪器的关键技术-离子源和供气系统的微型化为研究对象，针对敞开式离子源存在的离子源没有微型化、供气系统体积庞大、不便携带等问题，以面向环境和生化检测应用的微型分析仪器为应用背景，提出了一种基于MEMS技术的新型敞开式离子源和微型气泵集成系统。课题组经过三年的研究，在以下方面取得了突破：设计了一种新型的针-柱电极结构放电装置。采用针尖直径为56.4μm的不锈钢针作为放电阴极，直径为4mm的紫铜圆柱作为放电阳极，在大气压环境、室温、无外部通入气流时，针-柱之间实现了稳定的电晕放电和辉光放电。首次通过理论和实验研究发现，在针-柱电晕放电阶段，离子风流速随电流的增大而增大；进入辉光放电阶段后，离子风流速反而减小。在单针-单柱的基础上，对单排针-单柱、单排针-双柱、双排针-双柱三种不同的针-柱结构进行了放电实验，表明双排针-双柱结构产生的风速最大。采用双排针-双柱、间距10mm的针-柱电极结构进行了乙酸的进样和电离实验，pH试纸变红表明乙酸在离子风的驱动下实现了进样，放电电压-12000V时法拉第杯检测到的电流值为-200pA表明乙酸实现了电离。基于MEMS工艺，设计加工了金属电极的针-阵列式柱结构。在大气压环境，无外界气流的条件下，实现了MEMS针-柱结构稳定的电晕放电和辉光放电，且产生了最大流速0.79m/s的离子风，辉光放电时法拉第杯检测到的最大电流值为-123pA，实现了乙酸的进样和电离。通过上述研究，取得了有价值的基础理论和实用技术，为相关便携式分析仪器提供了一种高性能的敞开式离子源和微型气泵集成系统。