环状集束多孔发射针针尖的静态制备方法及装置与流程

本发明涉及航空航天技术领域，特别涉及一种环状集束多孔发射针针尖的静态制备方法及装置。

背景技术：

多孔针型场发射电推力器是一种新型的场发射电推力器，它综合了毛细管型的稳定性和实心针型的高阻抗优点。发射针针尖处的半径尺寸极小，通常为微米量级，发射针针尖处的电场强度极高，液态推进剂被针尖处的极强电场电离并加速喷出产生推力，同时推进剂在发射针内部孔隙的毛细作用下输运到针尖进行推进剂的补给。为了提高场发射电推力器的推力，通常可将多台推力器并联成簇，或将多根发射针集成在一起成环状，而由于后者的集成度更高，可大大减小系统的尺寸和质量，在实际的工程应用中有更大的发展前景。如图1所示，环状集束发射针由一个基底和数十根针组成，其中该数十根针均匀分布，间距约1mm左右，与基底垂直。环状集束发射针通常由金属粉末烧结一体成型，针与基底之间无需通过夹具连接，整体尺寸小，集成度高。为了实现推力器的正常工作，要求环状集束发射针的针尖尺寸尽量一致，且针尖半径尺寸应小于3微米。因此，其多根针尖的同时制备是该推力器的关键技术和难点之一。

申请号为cn201210313301.0的中国发明专利《制备金属针尖的装置及方法》提到了一种金属针尖的制备方法，该方法通过对待制备的金属丝和电极间加载恒流源，直至金属丝在电解液液面接触处断裂从而形成针尖。该方法一次只能制备一根针尖，因此，不适用于环状集束发射针针尖的制备；

申请号为cn201910031212.9的中国发明专利《一种可控长径比的钨丝针尖的制备装置及制备方法》提到了一种可控长径比的钨丝针尖制备方法，该方法通过对钨丝做上下往复的提拉运动并最终使钨丝在液面处断裂从而形成针尖。该方法一次只能制备一根针尖，因此，不适用于环状集束发射针针尖的制备；

申请号为201910750467.0的中国发明专利《自动化阵列式纳米针尖电化学制备平台及制备方法》提到了一种自动化阵列式纳米针尖电化学制备平台及方法，该方法通过阵列式夹具实现一次多量的纳米针尖制备，适用于单针尖的批量化制备，但是该制备平台中的阳极与阴极一一对应，即一根针对应一个阴极环，而环状集束发射针中针与针之间的间距较小，无法为每根针匹配一个阴极环，因此，该平台不适用于环状集束发射针针尖的制备。

申请号为201911110421.9的中国发明专利《一种纳米针尖批量生产装置及制备方法》提到了一种纳米针尖批量生产装置及制备方法，该方法通过电化学腐蚀法使金属丝从中部腐蚀断裂并采用收集装置收集得到的纳米针尖，可实现针尖的批量制备，但是该方法采用的是每次制备一根针尖的思路，即制备完一根针尖才能开始下一根针尖的制备，不适用于环状集束发射针针尖的制备。

经调研，目前尚未有适用于多孔发射针的针尖制备方法，且现有的多针尖同时制备方法不适用于环状集束多孔发射针针尖的制备。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种环状集束多孔发射针针尖的静态制备方法及装置，以解决现有的针尖制备方法不适用于环状集束多孔发射针针尖制备的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种环状集束多孔发射针针尖的静态制备装置，包括：

发射针模块，被配置为夹持环状集束多孔发射针；

溶液模块，被配置为承载与环状集束多孔发射针进行反应的溶液；以及

运动装置，被配置为带动发射针模块移动，以使环状集束多孔发射针浸入溶液中；其中：

使环状集束多孔发射针浸入溶液中进行标定，待环状集束多孔发射针达到参数要求后，运动装置带动环状集束多孔发射针向上运动离开溶液液面，标定浸入时间，完成针尖标定；

使环状集束多孔发射针浸入溶液中进行制备，待环状集束多孔发射针达到所标定的浸入时间后，运动装置带动环状集束多孔发射针向上运动离开溶液液面，完成针尖制备。

可选的，在所述的环状集束多孔发射针针尖的静态制备装置中，所述运动装置包括：

连杆，被配置为使所述发射针模块通过连杆固定在运动控制模块上；

支架，被配置为竖直固定在基座上；

运动控制模块，被配置为竖直固定在支架上，能够带动连杆沿支架做升降移动；以及

支撑块，被配置为对支架进行加固，防止其晃动。

可选的，在所述的环状集束多孔发射针针尖的静态制备装置中，所述连杆包括横连杆和竖连杆，其中：

所述横连杆水平放置，固定在竖连杆上；所述竖连杆竖直放置，固定在运动控制模块上。

可选的，在所述的环状集束多孔发射针针尖的静态制备装置中，所述运动控制模块包括丝杠螺母机构、驱动器、控制器，其中：

所述丝杠螺母机构竖直固定在支架上；所述驱动器和控制器固定在基座上。

可选的，在所述的环状集束多孔发射针针尖的静态制备装置中，所述溶液模块包括：

溶液槽，被配置为水平固定在基座上；

溶液，被配置为容置于溶液槽中，溶液液面高于不锈钢圆环，其中溶液为naoh溶液；

阴极支架，被配置为固定在溶液槽内并对不锈钢圆环形成支撑；

不锈钢圆环，被配置为连接电源的负极以作为电化学反应的阴极。

可选的，在所述的环状集束多孔发射针针尖的静态制备装置中，调节运动控制模块与溶液模块之间的相对位置，使得所述环状集束多孔发射针与不锈钢圆环同轴；

运动控制模块带动连杆沿支架做升降移动，以带动所述发射针模块做升降移动，以使环状集束多孔发射针浸入溶液或离开溶液液面；

上升运动极限位置包括：环状集束多孔发射针位于溶液液面正上方一定距离处；

下降运动极限位置包括：环状集束多孔发射针位于溶液液面下且不接触溶液槽的底部；

所述环状集束多孔发射针的材料包括钨或铼；

所述环状集束多孔发射针连接电源的正极以作为电化学反应的阳极。

可选的，在所述的环状集束多孔发射针针尖的静态制备装置中，所述不锈钢圆环的内径为40mm，所述不锈钢圆环的厚度为1mm；

所述环状集束多孔发射针的基底直径为9mm；

所述环状集束多孔发射针的基底上均匀分布25根长5mm、直径0.5mm的钨发射针或铼发射针。

本发明还提供一种通过如上所述的环状集束多孔发射针针尖的静态制备装置实现的制备方法，使环状集束多孔发射针浸入溶液中进行标定包括：

使环状集束多孔发射针浸入溶液液面一定深度，在环状集束多孔发射针和不锈钢圆环之间加载电压；

运动控制模块保持静止，以使环状集束多孔发射针始终浸在溶液中；

记录在不同极间电压、溶液浓度、浸入液面深度下，各环状集束多孔发射针的半径尺寸与浸入时间的变化关系，最终得到能使所有针尖半径尺寸小于3微米的制备参数和浸入时间，完成标定过程。

可选的，在所述的环状集束多孔发射针针尖的静态制备方法中，制备参数包括所标定的电压、标定浓度溶液、以及所标定的深度；

所标定的电压为5v，标定浓度溶液为1mol/l，所标定的深度为2mm，所标定的浸入时间为50分钟。

可选的，在所述的环状集束多孔发射针针尖的静态制备方法中，使环状集束多孔发射针浸入溶液中进行制备包括：

运动控制模块带动环状集束多孔发射针向下移动，并使环状集束多孔发射针浸入标定浓度溶液至所标定的深度，在阳极和阴极间加载所标定的电压，直至电化学腐蚀反应达到所标定的浸入时间时，运动控制模块自动带动环状集束多孔发射针向上运动离开溶液液面，针尖制备过程结束。

本发明的发明人经研究发现，针对通过对待制备的发射针和电极间加载恒流源或恒压源，直至发射针在电解液液面接触处断裂从而形成针尖的方法，其是采用使发射针在中间断裂形成针尖的方式，而发射针从中间断裂的方式不适用于多根发射针针尖的同时制备。在电化学腐蚀法制备针尖的过程中，表面张力、电化学反应产物下落、静电力对反应产物的吸附等各因素综合引起的电解液浓度分布不均使得液面处的发射针反应最快，使液面处的发射针呈“脖颈”状，如图2所示，并随着电化学腐蚀的进行在下端发射针重力的拉拽作用下使发射针最终在该处断裂从而形成针尖。然而，对于由粉末颗粒烧结而成的多孔型发射针，其内部颗粒尺寸和分布均匀性存在一定差异，这不可避免地引起各发射针的电化学反应速率差异，从而导致下端发射针的断裂时机不同而使各针尖的尺寸差异较大；另一方面，各发射针的电化学反应速率的差异引起下端发射针直径变化差异，直径骤变将引起表面张力的变化，从而可能使“脖颈”的位置发生变化，如图3所示，“脖颈”位置的二次或多次出现将使发射针在新的部位被重新腐蚀，导致不同发射针的断裂时间差为几分钟甚至几十分钟，而在这段时间差内，已经形成的针尖将进一步被电化学腐蚀而变钝，而最终无法制备出符合要求尺寸的针尖。

针对通过对发射针做上下往复的提拉运动并最终使发射针在液面处断裂从而形成针尖的方法，其是首先在液面处的发射针产生“脖颈”，再使发射针以“脖颈”为中心点作小幅度的上下往复提拉运动，通过电化学反应对“脖颈”附近的发射针进行腐蚀直至断裂。与上述的中间断裂方式制备针尖的过程类似，多孔发射针内部颗粒的差异将导致发射针断裂时间不同，而不适用于环状集束多孔发射针针尖的制备。

此外，环状集束发射针中各发射针的间距较小，在针尖制备过程中彼此受到周边发射针的影响，因此，现有方法和装置不能满足环状集束多孔发射针针尖的制备。

本发明的发明人在研究中还发现：使用本发明的环状集束多孔发射针针尖的静态制备装置(不锈钢圆环为阴极接电源负极，水平放置在naoh溶液中，环状集束多孔发射针为阳极接电源正极，垂直浸入naoh溶液中一定深度，并与不锈钢圆环同轴)，出现了下列情形：位于溶液液面以下的发射针在阳极和阴极间电场和溶液的作用下发生电化学反应而逐渐溶解变细的同时，极间电压、溶液浓度、浸入液面深度参数的变化会影响液面下的发射针各部位的反应速率。

另外，发明人经分析得出结论：与单根发射针针尖的制备过程不同，环状集束多孔发射针中各发射针的反应速率除了受到极间电压、溶液浓度、浸入液面深度的影响外，环状集束多孔发射针的反应速率更多地受到了其附近发射针的影响，这是因为每根发射针的附近都有发射针与其相邻，影响到发射针和不锈钢圆环之间的电场分布并进而影响该发射针下端不同部位的反应速率。

进一步的，本发明的发明人通过大量的试验发现，通过调节极间电压、溶液浓度、浸入液面深度三个参数可以改变电化学产物颗粒的生成速率，这些产物颗粒在下降过程中也对发射针和不锈钢圆环之间的电场分布产生影响，该影响与发射针受到其相邻发射针的影响共同作用，最终可获得不在液面处产生“脖颈”而发射针下端反应速率随深度增加的结果，即发射针尾端的反应速率最快。

如此，随着时间的进行，便可最终得到所需要的针尖尺寸；同时，由于不同针尖的反应速率存在些许差异，为了防止已经达到尺寸要求的针尖在溶液中被继续腐蚀而变钝，在制备针尖的参数选择时，应选择较低的工作电压和/或溶液浓度而降低由于各针尖反应速率不同引起的针尖尺寸差异。

基于以上洞察，本发明提供了一种环状集束多孔发射针针尖的静态制备方法及装置，通过运动装置带动夹持环状集束多孔发射针的发射针模块移动，以使环状集束多孔发射针浸入溶液中，实现了环状集束多孔发射针的多针进行统一移动浸入溶液，实现了同步制备；另外，使环状集束多孔发射针浸入溶液中进行标定，待环状集束多孔发射针达到参数要求后，运动装置带动环状集束多孔发射针向上运动离开溶液液面，标定浸入时间，完成针尖标定，实现了在制备前获取最佳制备参数，使得制备效果达到最好的效果；进一步的，使环状集束多孔发射针浸入溶液中进行制备，待环状集束多孔发射针达到所标定的浸入时间后，运动装置带动环状集束多孔发射针向上运动离开溶液液面，完成针尖制备。

因此，本发明创造性的提出在进行制备前，通过环状集束多孔发射针浸入溶液中进行标定，得到了最佳的制备参数和浸入时间，防止了现有制备方法中容易出现的缺陷。

本发明的发明人通过大量的试验已经探索得到可制备符合要求针尖尺寸的极间电压、溶液浓度、浸入溶液深度和浸入时间，验证了本发明提供的环状集束多孔发射针针尖的静态制备方法和装置。该方法能够实现环状集束多孔发射针多根针尖的同时制备，加工出的针尖尺寸符合要求，一致性较好，方法简单，只需控制电化学腐蚀的时间即可，自动化程度高。

附图说明

图1是现有的及本发明环状集束多孔发射针的示意图；

图2是现有的电化学腐蚀法制备针尖过程中的“脖颈”示意图；

图3是现有的电化学腐蚀法制备针尖过程中的“脖颈”位置变化示意图；

图4是本发明环状集束多孔发射针针尖的静态制备装置示意图；

图中所示：10-基座；20-溶液模块；21-溶液槽；22-溶液；23-阴极支架；24-不锈钢圆环；30-发射针模块；31-环状集束多孔发射针；32-夹具；40-横连杆；50-竖连杆；60-支架；70-运动控制模块；71-丝杠螺母机构；72-驱动器；73-控制器；80-支撑块。

具体实施方式

应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。

在本发明中，除非特别指出，“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外，“布置在…上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系，而在一定情况下、如在颠倒产品方向后，也可以转换为“布置在…下或下方”，反之亦然。

在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。

在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。

在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。

在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。以此类推，在本发明中，表方向的术语“垂直于”、“平行于”等等同样涵盖了“基本上垂直于”、“基本上平行于”的含义。

另外，本发明的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出，各方法步骤可以以不同顺序执行。

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的环状集束多孔发射针针尖的静态制备方法及装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。

本发明的核心思想在于提供一种环状集束多孔发射针针尖的静态制备方法及装置，以解决现有的针尖制备方法不适用于环状集束多孔发射针针尖制备的问题。

为实现上述思想，本发明提供了一种环状集束多孔发射针针尖的静态制备方法及装置，包括：发射针模块，被配置为夹持环状集束多孔发射针；溶液模块，被配置为承载与环状集束多孔发射针进行反应的溶液；以及运动装置，被配置为带动发射针模块移动，以使环状集束多孔发射针浸入溶液中；其中：使环状集束多孔发射针浸入溶液中进行标定，待环状集束多孔发射针达到参数要求后，运动装置带动环状集束多孔发射针向上运动离开溶液液面，标定浸入时间，完成针尖标定；使环状集束多孔发射针浸入溶液中进行制备，待环状集束多孔发射针达到所标定的浸入时间后，运动装置带动环状集束多孔发射针向上运动离开溶液液面，完成针尖制备。

本发明提供一种环状集束多孔发射针针尖的静态制备装置，如图4所示，包括：发射针模块30，被配置为通过发射针夹具32夹持多根环状集束多孔发射针31；溶液模块20，被配置为承载与环状集束多孔发射针31进行反应的溶液22；以及运动装置，被配置为带动发射针模块30移动，以使环状集束多孔发射针31浸入溶液22中；其中：使环状集束多孔发射针31浸入溶液22中进行标定，待环状集束多孔发射针31达到参数要求后，运动装置带动环状集束多孔发射针31向上运动离开溶液液面，标定浸入时间，完成针尖标定；使环状集束多孔发射针31浸入溶液22中进行制备，待环状集束多孔发射针31达到所标定的浸入时间后，运动装置带动环状集束多孔发射针31向上运动离开溶液液面，完成针尖制备。

在本发明的一个实施例中，在所述的环状集束多孔发射针针尖的静态制备装置中，所述运动装置包括：连杆，被配置为使所述发射针模块30通过连杆固定在运动控制模块70上；支架60，被配置为竖直固定在基座10上；运动控制模块70，被配置为竖直固定在支架60上，能够带动连杆沿支架60做升降移动；以及支撑块80，被配置为对支架60进行加固，防止其晃动。在所述的环状集束多孔发射针针尖的静态制备装置中，所述连杆包括横连杆40和竖连杆50，其中：所述横连杆40水平放置，固定在竖连杆50上；所述竖连杆50竖直放置，固定在运动控制模块70上。

在本发明的一个实施例中，在所述的环状集束多孔发射针针尖的静态制备装置中，所述运动控制模块70包括丝杠螺母机构71、驱动器72、控制器73，其中：所述丝杠螺母机构71竖直固定在支架60上；所述驱动器72和控制器73固定在基座10上。

在本发明的一个实施例中，在所述的环状集束多孔发射针针尖的静态制备装置中，所述溶液模块20包括：溶液槽21，被配置为水平固定在基座10上；溶液22，被配置为容置于溶液槽21中，溶液液面高于不锈钢圆环24，其中溶液为naoh溶液；阴极支架23，被配置为固定在溶液槽21内并对不锈钢圆环24形成支撑；不锈钢圆环24，被配置为连接电源的负极以作为电化学反应的阴极。

在本发明的一个实施例中，在所述的环状集束多孔发射针针尖的静态制备装置中，调节运动控制模块70与溶液模块20之间的相对位置，使得所述环状集束多孔发射针31与不锈钢圆环24同轴；运动控制模块70带动连杆沿支架60做升降移动，以带动所述发射针模块30做升降移动，以使环状集束多孔发射针31浸入溶液22或离开溶液液面；上升运动极限位置包括：环状集束多孔发射针31位于溶液液面正上方一定距离处；下降运动极限位置包括：环状集束多孔发射针31位于溶液液面下且不接触溶液槽21的底部；所述环状集束多孔发射针31的材料包括钨或铼；所述环状集束多孔发射针31连接电源的正极以作为电化学反应的阳极。

在本发明的一个实施例中，在所述的环状集束多孔发射针针尖的静态制备装置中，所述不锈钢圆环24的内径为40mm，所述不锈钢圆环24的厚度为1mm；所述环状集束多孔发射针31的基底直径为9mm；所述环状集束多孔发射针31的基底上均匀分布25根长5mm、直径0.5mm的钨发射针或铼发射针。

本发明还提供一种通过如上所述的环状集束多孔发射针针尖的静态制备装置实现的制备方法，使环状集束多孔发射针31浸入溶液22中进行标定包括：使环状集束多孔发射针31浸入溶液液面一定深度，在环状集束多孔发射针31和不锈钢圆环24之间加载电压；运动控制模块70保持静止，以使环状集束多孔发射针31始终浸在溶液22中；记录在不同极间电压、溶液浓度、浸入液面深度下，各环状集束多孔发射针31的半径尺寸与浸入时间的变化关系，最终得到能使所有针尖半径尺寸小于3微米的制备参数和浸入时间，完成标定过程。

在本发明的一个实施例中，制备参数包括所标定的电压、标定浓度溶液、以及所标定的深度；所标定的电压为5v，标定浓度溶液为1mol/l，所标定的深度为2mm，所标定的浸入时间为50分钟。

在本发明的一个实施例中，使环状集束多孔发射针浸入溶液中进行制备包括：运动控制模块70带动环状集束多孔发射针31向下移动，并使环状集束多孔发射针31浸入标定浓度溶液至所标定的深度，在阳极和阴极间加载所标定的电压，直至电化学腐蚀反应达到所标定的浸入时间时，运动控制模块70自动带动环状集束多孔发射针31向上运动离开溶液液面，针尖制备过程结束。

本发明的发明人经研究发现，针对通过对待制备的发射针和电极间加载恒流源或恒压源，直至发射针在电解液液面接触处断裂从而形成针尖的方法，其是采用使发射针在中间断裂形成针尖的方式，而发射针从中间断裂的方式不适用于多根发射针针尖的同时制备。在电化学腐蚀法制备针尖的过程中，表面张力、电化学反应产物下落、静电力对反应产物的吸附等各因素综合引起的电解液浓度分布不均使得液面处的发射针反应最快，使液面处的发射针呈“脖颈”状，如图2所示，并随着电化学腐蚀的进行在下端发射针重力的拉拽作用下使发射针最终在该处断裂从而形成针尖。然而，对于由粉末颗粒烧结而成的多孔型发射针，其内部颗粒尺寸和分布均匀性存在一定差异，这不可避免地引起各发射针的电化学反应速率差异，从而导致下端发射针的断裂时机不同而使各针尖的尺寸差异较大；另一方面，各发射针的电化学反应速率的差异引起下端发射针直径变化差异，直径骤变将引起表面张力的变化，从而可能使“脖颈”的位置发生变化，如图3所示，“脖颈”位置的二次或多次出现将使发射针在新的部位被重新腐蚀，导致不同发射针的断裂时间差为几分钟甚至几十分钟，而在这段时间差内，已经形成的针尖将进一步被电化学腐蚀而变钝，而最终无法制备出符合要求尺寸的针尖。

针对通过对发射针做上下往复的提拉运动并最终使发射针在液面处断裂从而形成针尖的方法，其是首先在液面处的发射针产生“脖颈”，再使发射针以“脖颈”为中心点作小幅度的上下往复提拉运动，通过电化学反应对“脖颈”附近的发射针进行腐蚀直至断裂。与上述的中间断裂方式制备针尖的过程类似，多孔发射针内部颗粒的差异将导致发射针断裂时间不同，而不适用于环状集束多孔发射针31针尖的制备。

此外，环状集束发射针中各发射针的间距较小，在针尖制备过程中彼此受到周边发射针的影响，因此，现有方法和装置不能满足环状集束多孔发射针31针尖的制备。

本发明的发明人在研究中还发现：使用本发明的环状集束多孔发射针针尖的静态制备装置(不锈钢圆环24为阴极接电源负极，水平放置在naoh溶液22中，环状集束多孔发射针31为阳极接电源正极，垂直浸入naoh溶液中一定深度，并与不锈钢圆环24同轴)，出现了下列情形：位于溶液液面以下的发射针在阳极和阴极间电场和溶液的作用下发生电化学反应而逐渐溶解变细的同时，极间电压、溶液浓度、浸入液面深度参数的变化会影响液面下的发射针各部位的反应速率。

发明人经分析得出结论：与单根发射针针尖的制备过程不同，环状集束多孔发射针31中各发射针的反应速率除了受到极间电压、溶液浓度、浸入液面深度的影响外，环状集束多孔发射针31的反应速率更多地受到了其附近发射针的影响，这是因为每根发射针的附近都有发射针与其相邻，影响到发射针和不锈钢圆环24之间的电场分布并进而影响该发射针下端不同部位的反应速率。

进一步的，本发明的发明人通过大量的试验发现，通过调节极间电压、溶液浓度、浸入液面深度三个参数可以改变电化学产物颗粒的生成速率，这些产物颗粒在下降过程中也对发射针和不锈钢圆环之间的电场分布产生影响，该影响与发射针受到其相邻发射针的影响共同作用，最终可获得不在液面处产生“脖颈”而发射针下端反应速率随深度增加的结果，即发射针尾端的反应速率最快。

如此，随着时间的进行，便可最终得到所需要的针尖尺寸；同时，由于不同针尖的反应速率存在些许差异，为了防止已经达到尺寸要求的针尖在溶液中被继续腐蚀而变钝，在制备针尖的参数选择时，应选择较低的工作电压和/或溶液浓度而降低由于各针尖反应速率不同引起的针尖尺寸差异。

基于以上洞察，本发明提供了一种环状集束多孔发射针针尖的静态制备方法及装置，通过运动装置带动夹持环状集束多孔发射针的发射针模块移动，以使环状集束多孔发射针浸入溶液中，实现了环状集束多孔发射针的多针进行统一移动浸入溶液，实现了同步制备；另外，使环状集束多孔发射针浸入溶液中进行标定，待环状集束多孔发射针达到参数要求后，运动装置带动环状集束多孔发射针向上运动离开溶液液面，标定浸入时间，完成针尖标定，实现了在制备前获取最佳制备参数，使得制备效果达到最好的效果；进一步的，使环状集束多孔发射针浸入溶液中进行制备，待环状集束多孔发射针达到所标定的浸入时间后，运动装置带动环状集束多孔发射针向上运动离开溶液液面，完成针尖制备。

因此，本发明创造性的提出在进行制备前，通过环状集束多孔发射针31浸入溶液中进行标定，得到了最佳的制备参数和浸入时间，防止了现有制备方法中容易出现的缺陷。

本发明的发明人通过大量的试验已经探索得到可制备符合要求针尖尺寸的极间电压、溶液浓度、浸入溶液深度和浸入时间，验证了本发明提供的环状集束多孔发射针针尖的静态制备方法和装置。该方法能够实现环状集束多孔发射针多根针尖的同时制备，加工出的针尖尺寸符合要求，一致性较好，方法简单，只需控制电化学腐蚀的浸入时间即可，自动化程度高。

具体的，所述标定过程包括：不锈钢圆环24为阴极，接电源负极，水平放置在naoh溶液22中，环状集束多孔发射针31为阳极，接电源正极，并与不锈钢圆环24同轴，运动控制模块70带动环状集束多孔发射针31向下运动，使其浸入液面22一定深度。记录在不同极间电压、溶液浓度、浸入液面深度下，各发射针的半径尺寸与时间的变化关系，其中发射针的半径尺寸在显微镜下进行测量。最终得到能使所有针尖半径尺寸小于3微米的制备参数和时间分别为5v、1mol/l、2mm、50min，从而完成标定过程。

进一步的，所述制备过程包括：通过运动控制模块70带动环状集束多孔发射针31向下运动，使发射针浸入1mol/l的naoh溶液22至2mm深度，并在阳极和阴极间加载5v电压，直至电化学腐蚀达到50min时间，运动控制模块70自动带着环状集束多孔发射针31向上运动离开液面，针尖制备过程结束。

综上，上述实施例对环状集束多孔发射针针尖的静态制备方法及装置的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。