敞开式离子源和微型气泵集成的微型针-柱放电结构芯片设计与实验分析

采用LIGA(Lithographie,Galvanoformung,Abformung)工艺设计加工了一种微型针-柱放电结构芯片,可实现敞开式离子源和微型气泵的系统集成。此微型放电结构由采用电镀铜加工而成的针电极、上圆柱电极和下圆柱电极组成,针-柱间距有1mm、2mm两种规格。在室温、大气压环境、无外界通入气流的条件下,通过在针-柱电极上加载负直流高压,可产生稳定的气体放电。利用风速计testo 405-V1测量芯片气体放电产生的离子风风速,结果表明针-柱间距为2mm时产生的离子风流速最大,可达0.79m/s。对针-柱间距2mm规格的微型芯片进行乙酸进样电离实验,当针-柱之间产生稳定的电晕放电后,可发现位于芯片出口处已被去离子水润湿的PH试纸变红。此时利用微弱电流检测系统采集电离产生的离子,当放电电压为-3300V时,通过微弱电流采集系统检测到的电流信号可达120pA。采用LTQ XL离子阱质谱仪,对芯片电离丙酮、无水乙醇和乙酸乙酯的离子产物进行检测,所得到的主要物质为质子化单体离子和二聚物离子。放电产生离子风风速以及乙酸的进样和电离实验表明,基于LIGA的微型针-柱结构芯片可实现大气压环境下敞开式离子源和微型气泵的双重功能。