具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种微通道板及其制备方法和应用，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

本发明提供了一种微通道板的制备方法，包括以下步骤：

预制棒制备：制备该微通道板包括两种玻璃材料，通道区材料和通道壁材料。通道区材料为硼硅酸盐玻璃，组分及比例包括：SiO₂，30.3～36.4mol％；B₂O₃，18.9～20.2mol％；La₂O₃，5.9～6.1mol％；BaO和CaO的总含量为，33.7～39.4mol％；Al₂O₃，1.6～2.3mol％；TiO₂，2.0～2.9mol％，可在后续工艺中经酸溶解去除形成通道。通道壁材料为铅硅酸盐玻璃，组分及比例包括：SiO₂，70.5～74.5mol％；PbO，12.0～12.5mol％；Bi₂O₃，0～2.0mol％；Na₂O、K₂O、Rb₂O和Cs₂O的总含量为，5.8～7.7mol％；BaO和MgO，4.6～6.7mol％；Al₂O₃，1.1～3.0mol％；TiO₂，0～2.0mol％。该通道壁材料耐酸溶，从而保证在通道刻蚀过程中通道壁不被破坏。将铅硅酸盐玻璃加工为圆柱管状；硼硅酸盐玻璃加工为圆柱体棒状。

拉单丝：将硼硅酸盐玻璃预制棒与铅硅酸盐玻璃预制管进行嵌套，形成管棒复合体，将所述管棒复合体拉制为单丝，作为复丝内部单丝，将硼硅酸盐玻璃预制棒单独拉制为单丝，作为复丝最外层单丝。两种单丝的丝径及丝长相同，截面均为圆形，单丝丝径优选0.3～2mm，丝长优选0.5～1m以便后续排棒可以形成规则阵列。丝径过细会导致排棒时易折断，丝径过粗拉丝丝径均匀性控制难度过大。

排棒：复丝棒的最外层均采用硼硅酸盐玻璃棒单独拉制的单丝，复丝棒内部均采用棒管配合拉制的单丝。将复丝内部单丝4与复丝最外层单丝3进行排列，捆绑，得到截面为正六边形的复丝棒，如图2所示。复丝棒对边尺寸优选15～50mm，复丝棒过细会导致材料利用率偏低。复丝棒过粗会导致复丝棒中心与外围温度差异较大。

拉复丝：将复丝棒拉制出复丝，复丝的最外层单丝同样会发生变形椭圆化，但因最外层单丝为可酸溶材料，可通过浸入稀酸溶液中腐蚀去除，见图3。如果复丝长度与复丝内部的单丝的芯径的比值大于或等于1000：1，将复丝浸入2～5wt％的稀HCl或3.5～9wt％稀HNO₃溶液中，因复丝最外层的单丝为硼硅酸盐玻璃材料，可以被稀HCl或稀HNO₃溶液溶解除去。酸蚀溶液的浓度需要有合适的区间，若稀HCl溶液的浓度低于2wt％或稀HNO₃溶液的浓度低于3.5wt％，则导致酸蚀效率太低，而稀HCl溶液的浓度高于5wt％或稀HNO₃溶液的浓度高于9wt％，则会导致通道壁也受酸腐蚀。虽然通道壁材料为铅硅酸盐，酸蚀速率比硼硅酸盐玻璃低几个数量级，但过高的酸也会轻微腐蚀通道壁。内层单丝的通道区材料被通道壁材料包覆，因长径比很大，浸入后，复丝两端的通道区材料会受酸轻微腐蚀，其余区域的通道区材料仍能受到保护。再用0.5～2wt％的NaOH溶液清洗复丝，将表面附着的反应生成物除去。NaOH溶液的浓度也需要有合适的区间，若低于0.5wt％则难以将反应生成物完全去除，若高于2wt％则会腐蚀玻璃，硼硅酸盐玻璃与铅硅酸盐玻璃均不耐碱蚀。再将复丝用去离子水超声清洗，以除去NaOH溶液。如果复丝长度与复丝内部的单丝的孔径的比值小于1000：1，在溶解复丝前，复丝两端的端面也可涂覆光学环氧胶等进行保护，涂覆厚度大于500μm，避免端面被过快腐蚀。之后用异丙醇脱水，再将复丝烘干。

排板：将复丝两端被腐蚀的部分切除，其中切除长度大于等于3mm；再将剩余复丝定长切断排列为截面为正六边形的坯板，见图4。

熔压：将坯板装入熔压模具置于高温熔炉，熔压温度高于通道壁材料的软化点而低于通道区材料的软化点，使坯板纤维熔合在一起同时通道区能够保持原有的形状。

切片：将熔压后的坯板沿一定的倾斜角切为薄片，厚度比最终所需微通道板的厚度大0.05～0.1mm，倾斜角为6～12°(通道和坯板轴线之间的夹角)，切片后精雕为圆片，使得微通道板使用中入射电子可以撞击在通道壁激发出二次电子。

抛光：用抛光机将薄片进行抛光，抛光介质选用流体抛光液，优选CeO₂或Fe₂O₃悬浮液，悬浮液浓度为200～400g/L，抛光颗粒粒径小于等于1μm。之后用去离子水将试样表面的抛光液和抛光颗粒冲洗干净。

通道刻蚀：把样品放置在聚四氟乙烯夹具上，采用浓度为1～8wt％的HNO₃溶液与浓度为0.5～2wt％的NaOH溶液为刻蚀液，溶液温度为40～60℃，通过酸-碱-酸交替刻蚀的方式使通道区玻璃溶解，刻蚀结束之后用去离子水将样品表面与内部残留的腐蚀液清洗干净，再将试样放入异丙醇中超声清洗，以达到更好的脱水效果，之后放置于烘箱烘干。

还原：将烘干的样品放置在气氛还原炉中，使炉内温度升至350～500℃后通入氢气，氢气的流速为0.01～0.1L/min，氢气压力为0.01～0.2MPa。还原3～5h后停止通气对炉内进行降温取出还原后的样品。

镀电极：向样品上下两个平面分别蒸镀镍铬膜层，镍、铬二者重量比为75：25，膜层厚度为300～500nm，制成微通道板。

本发明还提供了上述方法制备的微通道板，包括，平板状基体，所述基体具有相互平行的上表面和下表面，所述基体设有多数个贯穿所述上表面及下表面的圆形通道，多数个所述圆形通道的长径比相同。所述微通道板在例如600-1400V的工作电压下输入信号为0～100nA时无固定图案噪声，例如在600-1400V的工作电压下输入信号为900pA时无固定图案噪声，或者输入信号为1500pA时也无固定图案噪声。其中最外层通道与内层通道形貌一致，均为同一直径的圆形，见图5。微通道板的增益与通道的长径比有关：式中，k是与通道材料有关的常数，U是通道两端加的电压，α是通道的长径比，v₀是二次电子的平均发射电位。最外层通道与内层通道形貌一致，则长径比都相同，也就不存在长径比差异导致的增益不均匀的问题，克服了复丝边界导致的固定图案噪声问题。

本发明还提供了一种微光像增强器，其可以包括上述的微通道板。

本发明还提供了一种光电倍增管，其可以包括上述的微通道板。

本发明还提供了一种粒子计数器，其可以包括上述的微通道板。

下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

在本发明以下实施例中，若无特殊说明，所涉及的组分均为本领域技术人员熟知的市售商品；若无特殊说明，所述方法均为本领域公知的方法。除非另外定义，所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内的普通技术人员所理解的通常意义。

实施例1

本实施例提供了一种微通道板的制备方法，包括以下步骤：

预制棒制备：制备该微通道板包括两种玻璃材料，通道区材料和通道壁材料。通道区材料为硼硅酸盐玻璃，组分及比例为：SiO₂，32.0mol％；B₂O₃，18.9mol％；La₂O₃，5.9mol％；BaO，24.4mol％；Al₂O₃，2.3mol％；CaO，13.6mol％；TiO₂，2.9mol％，软化点597℃。通道壁材料为铅硅酸盐玻璃，组分及比例为SiO₂，70.5mol％；PbO，12.5mol％；Bi₂O₃，1.7mol％；Na₂O，4.0mol％；Cs₂O，3.7mol％；BaO，3.4mol％，MgO，1.2mol％；Al₂O₃，3.0mol％，软化点为493℃。将铅硅酸盐玻璃加工为圆柱管状；硼硅酸盐玻璃加工为圆柱体棒状。

拉单丝：将硼硅酸盐玻璃预制棒与铅硅酸盐玻璃预制管进行嵌套，形成管棒复合体，将所述管棒复合体拉制为单丝，作为复丝内部单丝，将硼硅酸盐玻璃预制棒单独拉制为单丝，作为复丝最外层单丝。两种单丝的丝径均为0.4mm，丝长均为550mm，截面均为圆形。

排棒：复丝棒的最外层均采用硼硅酸盐玻璃棒单独拉制的单丝，复丝棒内部均采用棒管配合拉制的单丝。将复丝内部单丝与复丝最外层单丝进行排列，捆绑，得到截面为正六边形的复丝棒。复丝棒对边尺寸为17.7mm，长度为550mm。

拉复丝：将复丝棒拉制出复丝，复丝的长度为500mm，复丝内部单丝芯径为10μm，复丝的长度与复丝内部单丝芯径比值为50000：1，将复丝浸入2wt％的稀HCl溶液中，使得复丝最外层的单丝被稀HCl溶液溶解除去。再用0.5wt％的NaOH溶液清洗复丝，将表面附着的反应生成物除去。之后用去离子水清洗复丝，除去NaOH溶液，用异丙醇将复丝脱水，再将复丝烘干。

排板：将复丝两端被腐蚀的部分切除，其中切除长度为3mm，再将剩余复丝定长切断排列为截面为正六边形的坯板，正六边形对边为30mm。

熔压：将坯板装入熔压模具置于高温熔炉，熔压温度为572℃，使坯板纤维熔合在一起。

切片：将熔压后的坯板沿6°倾斜角(通道和坯板轴线之间的夹角)切为薄片，厚度为0.43mm；将该薄片精雕为直径为25mm的圆片。

抛光：用抛光机将薄片进行抛光，抛光至0.38mm；选用Fe₂O₃悬浮液作为抛光液，悬浮液浓度为300g/L，Fe₂O₃颗粒粒径不大于1μm，用去离子水将试样表面的抛光液和抛光颗粒冲洗干净。

通道刻蚀：把样品放置在聚四氟乙烯夹具上，采用浓度为1wt％的HNO₃溶液与浓度为0.5wt％的NaOH溶液为刻蚀液，溶液温度为40℃，通过酸-碱-酸交替刻蚀的方式使通道区玻璃溶解，刻蚀结束之后用去离子水将样品表面与内部残留的腐蚀液清洗干净，再将样品放入异丙醇中超声清洗，之后放置于烘箱烘干。

还原：将烘干的样品放置在气氛还原炉中，使炉内温度升至400℃后通入氢气，氢气的流速为0.1L/min，氢气压力为0.01MPa。还原3h后停止通气并对炉内降温至室温后，取出还原后的样品。

镀电极：向样品上下两个平面分别蒸镀镍铬膜层，镍、铬二者的重量比为75：25，膜层厚度为300nm，制成微通道板，其长径比为38。

经本领域常规的微通道板光电成像测试仪测试，本实施例所得的微通道板图像增益均匀，800V工作电压下输入信号为900pA时无固定图案噪声，见图6。

该微通道板应用于微光像增强器中，无固定图案噪声，信噪比为27.8。

实施例2

本实施例提供了一种微通道板的制备方法，包括以下步骤：

预制棒制备：制备该微通道板包括两种玻璃材料，通道区材料和通道壁材料。通道区材料为硼硅酸盐玻璃，组分及比例为：SiO₂，36.4mol％；B₂O₃，20.2mol％；La₂O₃，6.1mol％；BaO，22.1mol％；Al₂O₃，1.6mol％；CaO，11.6mol％；TiO₂，2.0mol％，软化点614℃。通道壁材料为铅硅酸盐玻璃，组分及比例为SiO₂，74.5mol％；PbO，12.0mol％；Bi₂O₃，2.0mol％；Na₂O，5.3mol％；K₂O，0.5mol％；BaO，0.8mol％，MgO，3.8mol％；Al₂O₃，1.1mol％，软化点522℃。将铅硅酸盐玻璃加工为圆柱管状；硼硅酸盐玻璃加工为圆柱体棒状。

拉单丝：将硼硅酸盐玻璃预制棒与铅硅酸盐玻璃预制管进行嵌套，形成管棒复合体，将所述管棒复合体拉制为单丝，作为复丝内部单丝，将硼硅酸盐玻璃预制棒单独拉制为单丝，作为复丝最外层单丝。两种单丝的丝径均为0.5mm，丝长均为600mm，截面均为圆形。

排棒：复丝棒的最外层均采用硼硅酸盐玻璃棒单独拉制的单丝，复丝棒内部均采用棒管配合拉制的单丝。将复丝内部单丝与复丝最外层单丝进行排列，捆绑，得到截面为正六边形的复丝棒。复丝棒对边尺寸23.9mm，长度为600mm。

拉复丝：将复丝棒拉制出复丝，复丝的长度为720mm，复丝内部单丝芯径为12μm，复丝的长度与复丝内部单丝芯径比值为60000：1，将复丝浸入5wt％的稀HCl溶液中，使得复丝最外层的单丝被稀HCl溶液溶解除去。再用1wt％的NaOH溶液清洗复丝，将表面附着的反应生成物除去。之后用去离子水清洗复丝，除去NaOH溶液，用异丙醇将复丝脱水，再将复丝烘干。

排板：将复丝两端被腐蚀的部分切除，其中切除长度为4mm，再将剩余复丝定长切断排列为截面为正六边形的坯板，正六边形对边为40mm。

熔压：将坯板装入熔压模具置于高温熔炉，熔压温度为595℃，使坯板纤维熔合在一起。

切片：将熔压后的坯板沿12°倾斜角(通道和坯板轴线之间的夹角)切为薄片，厚度为0.66mm；将该薄片精雕为直径为32mm的圆片。

抛光：用抛光机将薄片进行抛光，抛光至0.60mm；选用Fe₂O₃悬浮液作为抛光液，悬浮液浓度为400g/L，Fe₂O₃颗粒粒径不大于1μm，用去离子水将试样表面的抛光液和抛光颗粒冲洗干净。

通道刻蚀：把样品放置在聚四氟乙烯夹具上，采用浓度为2wt％的HNO₃溶液与浓度为1wt％的NaOH溶液为刻蚀液，溶液温度为60℃，通过酸-碱-酸交替刻蚀的方式使通道区玻璃溶解，刻蚀结束之后用去离子水将样品表面与内部残留的腐蚀液清洗干净，再将试样放入异丙醇中超声清洗，之后放置于烘箱烘干。

还原：将烘干的样品放置在气氛还原炉中，使炉内温度升至480℃后通入氢气，氢气流速为0.01L/min，氢气压力为0.05MPa，还原5h后停止通气对炉内进行降温至室温后，取出还原后的样品。

镀电极：向样品上下两个平面分别蒸镀镍铬膜层，镍铬重量比为75：25，膜层厚度500nm，制成微通道板，其长径比为50。

经本领域常规的微通道板光电成像测试仪测试，本实施例所得的微通道板图像增益均匀，1000V工作电压下输入信号为900pA时无固定图案噪声，见图7。

该微通道板应用于光电倍增管中，无固定图案噪声，信噪比为28.4。

实施例3

本实施例提供了一种微通道板的制备方法，包括以下步骤：

预制棒制备：制备该微通道板包括两种玻璃材料，通道区材料和通道壁材料。通道区材料为硼硅酸盐玻璃，组分及比例为：SiO₂，30.3mol％；B₂O₃，20.2mol％；La₂O₃，6.1mol％；BaO，27.8mol％；Al₂O₃，1.6mol％；CaO，11.6mol％；TiO₂，2.4mol％，软化点578℃。通道壁材料为铅硅酸盐玻璃，组分及比例为：SiO₂，71.9mol％；PbO，12.1mol％；Na₂O，1.8mol％；K₂O，4.0mol％；BaO，3.3mol％；MgO，3.4mol％；Al₂O₃，1.5mol％，TiO₂，2.0mol％，软化点为501℃。将铅硅酸盐玻璃加工为圆柱管状；硼硅酸盐玻璃加工为圆柱体棒状。

拉单丝：将硼硅酸盐玻璃预制棒与铅硅酸盐玻璃预制管进行嵌套，形成管棒复合体，将所述管棒复合体拉制为单丝，作为复丝内部单丝，将硼硅酸盐玻璃预制棒单独拉制为单丝，作为复丝最外层单丝。两种单丝的丝径均为2mm，丝长均为800mm，截面均为圆形。

排棒：复丝棒的最外层均采用硼硅酸盐玻璃棒单独拉制的单丝，复丝棒内部均采用棒管配合拉制的单丝。将复丝内部单丝与复丝最外层单丝进行排列，捆绑，得到截面为正六边形的复丝棒。复丝棒对边尺寸37.2mm，长度为800mm。

拉复丝：将复丝棒拉制出复丝，复丝的长度为90mm，复丝内部单丝芯径为100μm，复丝的长度与复丝内部单丝芯径比值为900：1。在溶解复丝前，复丝两端的端面涂覆1mm厚的光学环氧胶进行保护。将复丝浸入9wt％的稀HNO₃溶液中，使得复丝最外层的单丝被稀HNO₃溶液溶解除去。再用2wt％的NaOH溶液清洗复丝，将表面附着的反应生成物除去。之后用去离子水清洗复丝，除去NaOH溶液，用异丙醇将复丝脱水，再将复丝烘干。

排板：将复丝两端涂覆光学环氧胶的部分切除，其中切除长度为5mm，再将剩余复丝定长切断排列为截面为正六边形的坯板，正六边形对边为62mm。

熔压：将坯板装入熔压模具置于高温熔炉，熔压温度为567℃，使坯板纤维熔合在一起。

切片：将熔压后的坯板沿8°倾斜角(通道和坯板轴线之间的夹角)切为薄片，厚度为4.10mm；将该薄片精雕为直径为56mm的圆片。

抛光：用抛光机将薄片进行抛光，抛光至4.00mm；选用CeO₂悬浮液作为抛光液，悬浮液浓度为200g/L，CeO₂颗粒粒径不大于1μm，用去离子水将试样表面的抛光液和抛光颗粒冲洗干净。

通道刻蚀：把样品放置在聚四氟乙烯夹具上，采用浓度为8wt％的HNO₃溶液与浓度为2wt％的NaOH溶液为刻蚀液，溶液温度为50℃，通过酸-碱-酸交替刻蚀的方式使通道区玻璃溶解，刻蚀结束之后用去离子水将样品表面与内部残留的腐蚀液清洗干净，再将试样放入异丙醇中超声清洗，之后放置于烘箱烘干。

还原：将烘干的样品放置在气氛还原炉中，使炉内温度升至420℃后通入氢气，氢气的流速为0.05L/min，氢气压力为0.2MPa。还原4h后停止通气对炉内降温至室温后，取出还原后的样品。

镀电极：向样品上下两个平面分别蒸镀镍铬膜层，镍铬重量比为75：25，膜层厚度为400nm，制成微通道板，其长径比为40。

经本领域常规的微通道板光电成像测试仪测试，本实施例所得的微通道板图像增益均匀，800V工作电压下输入信号为900pA时无固定图案噪声，见图8。

该微通道板应用于光电倍增管中，无固定图案噪声，信噪比为28.2。

对比例1

本对比例提供了一种微通道板的制备方法，包括以下步骤：

预制棒制备：制备该微通道板包括两种玻璃材料，通道区材料和通道壁材料。通道区材料为硼硅酸盐玻璃(其配方同实施例1)，通道壁材料为铅硅酸盐玻璃(其配方同实施例1)。将铅硅酸盐玻璃加工为圆柱管状；硼硅酸盐玻璃加工为圆柱体棒状。

拉单丝：将硼硅酸盐玻璃预制棒与铅硅酸盐玻璃预制管进行嵌套，形成管棒复合体，将所述管棒复合体拉制为单丝。单丝的丝径为0.4mm，丝长为550mm，截面为圆形。

排棒：将拉制出的单丝进行排列，捆绑，得到截面为正六边形的复丝棒。复丝棒对边尺寸为17.7mm，长度为550mm。

拉复丝：将复丝棒拉制出复丝，复丝的长度为500mm，复丝内部单丝孔径为10μm。

排板：将复丝定长切断排列为截面为正六边形的坯板，正六边形对边为30mm。

熔压：将坯板装入熔压模具置于高温熔炉，熔压温度为572℃，使坯板纤维熔合在一起。

切片：将熔压后的坯板沿6°倾斜角(通道和坯板轴线之间的夹角)切为薄片，厚度为0.43mm；将该薄片精雕为直径为25mm的圆片。

抛光：用抛光机将薄片进行抛光，抛光至0.38mm；选用Fe₂O₃悬浮液作为抛光液，悬浮液浓度为300g/L，Fe₂O₃颗粒粒径不大于1μm，用去离子水将试样表面的抛光液和抛光颗粒冲洗干净。

通道刻蚀：把样品放置在聚四氟乙烯夹具上，采用浓度为1wt％的HNO₃溶液与浓度为0.5wt％的NaOH溶液为刻蚀液，溶液温度为40℃，通过酸-碱-酸交替刻蚀的方式使通道区玻璃溶解，刻蚀结束之后用去离子水将样品表面与内部残留的腐蚀液清洗干净，再将试样放入异丙醇中超声清洗，之后放置于烘箱烘干。

还原：将烘干的样品放置在气氛还原炉中，使炉内温度升至400℃后通入氢气，氢气的流速为0.1L/min，氢气压力为0.01MPa。还原3h后停止通气对炉内降温至室温后，取出还原后的样品。

镀电极：向样品上下两个平面分别蒸镀镍铬膜层，镍、铬二者的重量比为75：25，膜层厚度为300nm，制成微通道板，其长径比为38。

经本领域常规的微通道板光电成像测试仪测试，本对比例所得的微通道板图像增益不均匀，800V工作电压下输入信号为900pA时有明显的固定图案噪声，见图9。

在实施例1-3中，复丝最外层采用的是可被酸蚀的单丝，拉制出复丝后虽然最外层也会发生变形，但将复丝浸泡于酸碱溶液可使最外层除去，剩余的单丝均为丝径一致的圆形单丝，因此不存在因长径比不一致而导致的增益不均匀的问题。在对比例1中，复丝最外层和最内层都采用了同样的单丝，拉制出复丝后最外层变形但是不能除去，因为复丝最外层单丝发生了变形，导致增益特性与复丝内部单丝不一致，测试时在各复丝边界出现了明显的固定图案噪声。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

可以理解的是，上述装置中的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

本发明中所述的数值范围包括此范围内所有的数值，并且包括此范围内任意两个数值组成的范围值。本发明所有实施例中出现的同一指标的不同数值，可以任意组合，组成范围值。

本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。