一種批量化微加工高性能壓電駐極體基體的制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及微加工制備技術，具體涉及一種批量化微加工高性能壓電駐極體基體的制備方法。
【背景技術】
[0002]壓電駐極體是一類新型的具有極強壓電效應的柔性多孔聚合物。其壓電常數(shù)d33可達數(shù)百PC/N，其壓電性能可與傳統(tǒng)壓電陶瓷類材料媲美。因此壓電駐極體在微機電系統(tǒng)領域，尤其是聲學/振動/壓力傳感器有著廣泛應用。壓電駐極體包括壓電駐極體基體及其表面的極化電荷。目前，壓電駐極體基體的制備可以通過工業(yè)發(fā)泡制備技術實現(xiàn)，但會造成孔洞在壓電駐極體基體內(nèi)隨機分布并且具有不同尺寸，造成不均勻極化，嚴重影響壓電駐極體的壓電效應。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]針對以上現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提出了一種批量化微加工高性能壓電駐極體基體的制備方法，有效地解決了孔洞形貌的一致性、可控性和高效批量化制備的難題。
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種批量化微加工高性能壓電駐極體基體的制備方法。
[0005]本發(fā)明的批量化微加工高性能壓電駐極體基體的制備方法，包括以下步驟:
[0006]I)提供剛性模具的材料，采用微加工工藝形成具有周期性的凸起的剛性模具；
[0007]2)在具有周期性的凸起的剛性模具上，或者在壓電駐極體基體材料上，涂覆脫模劑；
[0008]3)將剛性模具倒扣并壓印在塊狀的壓電駐極體基體材料上，采用壓印工藝，在壓電駐極體基體材料上形成與剛性模具互補的圖形；
[0009]4)室溫冷卻，隨之脫模，然后按照設定的尺寸對邊緣進行切割，獲得具有周期性的凹陷的單層壓電駐極體基體；
[0010]5)重復上述步驟I)?4)N次，獲得N個尺寸相同的單層壓電駐極體基體，N為自然數(shù)；
[0011]6)利用精準對準系統(tǒng)和固定卡具，將N個單層壓電駐極體基體沿膜厚方向堆積，邊緣對齊，在相鄰的兩層之間形成空隙，作為壓電駐極體基體的內(nèi)孔；
[0012]7)采用冷切割工藝，或者低溫切割工藝，將堆積在一起的N個單層壓電駐極體基體沿膜厚方向切割，得到所需尺寸的多層的壓電駐極體基體；
[0013]8)采用電子束或者激光技術將多層的壓電駐極體基體粘接成一體，批量化制備得到多層壓電駐極體基體。
[0014]其中，在步驟I)中，剛性模具的材料采用鎳、藍寶石、金剛石和硅中的一種，具備耐磨的特點。凸起的橫截面的形狀為橢圓形或長方形。橢圓形的長軸ΙΟΟμπι，短軸b彡40 μπι，凸起的高度h彡8 μ m，相鄰的兩個凸起的間隔g彡20 μπι，并且要求滿足a > 2b,a > 2h，以及a > g。若凸起為長方體，長度d彡100 μπι，寬度w彡40 μπι，高度h彡8 μπι，相鄰的兩個凸起的間隔g彡20 μ m，并且要求滿足d > 2h，d > 2w，以及d>g，以便實現(xiàn)壓電駐極基體的柔性特性。
[0015]在步驟2)中，壓電駐極體基體材料采用聚合物，如派瑞林Parylene和特氟龍Teflon0
[0016]在步驟3)中，采用壓印工藝，加熱加力，溫度高于壓電駐極體基體材料的玻璃態(tài)溫度，一般在120?150°C之間；壓力在5?20MPa之間。
[0017]在步驟5)中，要求尺寸相同的單層壓電駐極體基體的個數(shù)為三個以上，即N多3。
[0018]在步驟7)中，根據(jù)所設計的壓電駐極體基體整體結(jié)構(gòu)的大小，采用切割工藝，沿膜厚方向切割成多個塊狀的多層的壓電駐極體基體，單邊長度多5mm。
[0019]在步驟8)中，以高速電子束或激光為熱源，燒結(jié)多層的壓電駐極體基體，使得堆積而成的多層壓電駐極體基體的邊緣粘接在一起。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點:
[0021]本發(fā)明采用了 MEMS微加工工藝，將具有周期性的凸起的剛性模具倒扣在塊狀的壓電駐極體基體材料上，冷卻脫模后獲得單層壓電駐極體基體，然后沿膜厚方向堆積在一起，切割成塊后粘接，在膜厚方向上獲得多層壓電駐極體基體，并且實現(xiàn)了孔洞形貌的一致性和可控性；同時，采用一塊剛性模具，一次能夠得到數(shù)萬個壓電駐極體基體，剛性模具的重復使用高達數(shù)千次以上，從而制備得到的每一個壓電駐極體基體的成本不到一塊錢，大大地降低了生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0022]圖1至圖6為本發(fā)明的批量化微加工高性能壓電駐極體基體的制備方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖，通過實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0024]本實施例的批量化微加工高性能壓電駐極體基體的制備方法，包括以下步驟:
[0025]I)提供剛性模具的材料，材料為鎳，采用微加工工藝形成具有周期性的凸起的剛性模具I，凸起的形狀為長方體，長度d為100 μ m，寬度w為40 μ m，高度h為10 μ m，間距為10 μ m，如圖1所示；
[0026]2)提供塊狀的壓電駐極體基體材料2，如圖2所示，在具有周期性凸起的剛性模具I上，或者在壓電駐極體基體材料上，涂覆脫模劑；
[0027]3)將剛性模具I倒扣在塊狀的壓電駐極體基體材料2上，壓電駐極體基體材料采用派瑞林Parylene，通過采用壓印工藝，剛性模具在壓電駐極體基體材料上形成與剛性模具上互補的周期性的凹陷，如圖3所示；
[0028]4)室溫冷卻，隨之脫模，然后按照設定的尺寸對邊緣進行切割，使得凹陷距離邊緣留有一定的距離，獲得單層壓電駐極體基體3，如圖4所示；
[0029]5)重復上述步驟I)?4) 4次，獲得4個尺寸相同的單層壓電駐極體基體；
[0030]6)利用精準對焦系統(tǒng)和固定卡具，將4個單層壓電駐極體基體沿膜厚方向堆積，邊緣對齊，在相鄰的兩層之間形成空隙，作為壓電駐極體基體的內(nèi)孔4，如圖5所示；
[0031]7)采用低溫切割工藝，將堆積在一起的4個單層壓電駐極體基體切割，得到內(nèi)孔的形狀為長方體，尺寸分別為長度d = 100 μ m，寬度w = 40 4!11，高度11 = 10 μ m，且相鄰的孔洞的間距為10 μπι的4層的壓電駐極體基體，如圖6所示；
[0032]8)采用高速電子束為熱源將多層的壓電駐極體基體粘接成一體，批量化制備得到多層壓電駐極體基體。
[0033]最后需要注意的是，公布實施方式的目的在于幫助進一步理解本發(fā)明，但是本領域的技術人員可以理解:在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應局限于實施例所公開的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護的范圍以權(quán)利要求書界定的范圍為準。
【主權(quán)項】
1.一種批量化微加工高性能壓電駐極體基體的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟: 1)提供剛性模具的材料，采用微加工工藝形成具有周期性的凸起的剛性模具； 2)在具有周期性的凸起的剛性模具上，或者在壓電駐極體基體材料上，涂覆脫模劑； 3)將剛性模具倒扣并壓印在塊狀的壓電駐極體基體材料上，采用壓印工藝，在壓電駐極體基體材料上形成與剛性模具互補的圖形； 4)室溫冷卻，隨之脫模，然后按照設定的尺寸對邊緣進行切割，獲得具有周期性的凹陷的單層壓電駐極體基體； 5)重復上述步驟I)?4)N次，獲得N個尺寸相同的單層壓電駐極體基體，N為自然數(shù)； 6)利用精準對準系統(tǒng)和固定卡具，將N個單層壓電駐極體基體沿膜厚方向堆積，邊緣對齊，在相鄰的兩層之間形成空隙，作為壓電駐極體基體的內(nèi)孔； 7)采用冷切割工藝，或者低溫切割工藝，將堆積在一起的N個單層壓電駐極體基體沿膜厚方向切割，得到所需尺寸的多層的壓電駐極體基體； 8)采用電子束或者激光技術將多層的壓電駐極體基體粘接成一體，批量化制備得到多層壓電駐極體基體。2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟I)中，所述剛性模具的材料采用鎳、藍寶石、金剛石和硅中的一種。3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟I)中，所述凸起的橫截面為橢圓形，橢圓形的長軸a彡100 μπι，短軸b彡40 μπι，凸起的高度h彡8 μ m，相鄰的兩個凸起的間隔g彡20 μ m，并且要求滿足a > 2b，a > 2h，以及a > g。4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟I)中，所述凸起為長方體，長度d彡100 μ m，寬度w彡40 μ m，高度h彡8 μ m，相鄰的兩個凸起的間隔g彡20 μ m，并且要求滿足 d > 2h，d > 2w，且 d>g。5.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟2)中，所述壓電駐極體基體材料采用派瑞林Parylene或特氟龍Teflon。6.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟3)中，采用壓印工藝，加熱加力，溫度高于壓電駐極體基體材料的玻璃態(tài)溫度，在120?150°C之間；壓力在5?20MPa之間。7.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟5)中，要求尺寸相同的單層壓電駐極體基體的個數(shù)為三個以上，即N多3。8.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟7)中，根據(jù)所設計的壓電駐極體基體整體結(jié)構(gòu)的大小，采用切割工藝，沿膜厚方向切割成多個塊狀的多層的壓電駐極體基體，單邊長度彡5mm。9.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟8)中，以高速電子束或激光為熱源，燒結(jié)多層的壓電駐極體基體，使得堆積而成的多層壓電駐極體基體的邊緣粘接在一起。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種批量化微加工高性能壓電駐極體基體的制備方法。本發(fā)明采用了MEMS微加工工藝，將具有周期性的凸起的剛性模具倒扣在塊狀的壓電駐極體基體材料上，冷卻脫模后獲得單層壓電駐極體基體，然后沿膜厚方向堆積在一起，切割成塊后粘接，在膜厚方向上獲得多層壓電駐極體基體，并且實現(xiàn)了孔洞形貌的一致性和可控性；同時，采用一塊剛性模具，一次能夠得到數(shù)萬個壓電駐極體基體，剛性模具的重復使用高達數(shù)千次以上，從而制備得到的每一個壓電駐極體基體的成本不到一塊錢，大大地降低了生產(chǎn)成本。
【IPC分類】H01L41/45
【公開號】CN105161612
【申請?zhí)枴緾N201510368643
【發(fā)明人】馮躍, 婁文忠
【申請人】北京理工大學
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年6月29日