[發明專利]柔性MEMS減阻蒙皮及其制造方法

無效

• 申請號: 200910079713.0
• 申請日: 2009-03-06
• 公開（公告）號: CN101486438A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發明（設計）人: 陳旭鵬;李勇;朱效谷;黃偉峰
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81C1/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司
• 代理人: 朱印康

技術領域

本發明屬于微型機械和流體動力學技術領域，特別涉及一種柔性MEMS(Micro?Electro-Mechanical?System)減阻蒙皮及其制造方法。?

背景技術

水面及水下航行體行駛時所受到的行進阻力包括壓差阻力、旋渦阻力和表面摩擦阻力等，其中表面摩阻通常占據最大比重，對于長度和長寬比或長徑比比較大的航行體尤其如此。因此，降低其表面摩擦阻力具有重要意義：在動力一定的條件下，降低摩擦阻力將使航行體的航速和航程有效增加；或者反之，在保證航速和航程的前提下，可縮減動力系統的體積和重量，節省空間和有效載荷，在航行體總體設計中，提升其它子系統的性能。?

目前減阻技術的理論和應用研究主要集中在湍流邊界層，涉及多種技術方案。聚合物添加劑減阻的理論研究發展很快，但其實用化面臨成本和環保等問題。表面形貌減阻(如肋條減阻)和仿生減阻(如柔順壁減阻)是無源減阻方式，無需致動器和功率輸入，并能夠在不改變航行體外輪廓的前提下實現一定的減阻效果。但不同研究者給出的實驗結果相差較遠，局部表面摩擦阻力的降幅大多在5％到20％之間。?

表面減阻的另一有效途徑是氣泡注入減阻，通過一定的機構向航?行體與水接觸的界面以一定速度噴射氣體，變單相流為水-氣泡雙相流，其局部摩擦阻力的最大降幅據稱可達80％。這種技術的作用原理尚無確切定論，一般認為一定濃度的氣泡注入后，改變了液/固界面附近流體的等效密度和粘度，從而降低了表面摩擦阻力系數；也有一些最新的研究成果認為氣泡的可壓縮性是主要原因。此外，注入氣泡的直徑越小，與壁面距離越小，則減阻效果越好。氣體注入的方式最初多采用多孔板，氣泡大小和分布范圍難以控制，多數氣泡對減阻是無效的，因此所需氣流量和功耗過大，很難實際用于艦船和其它航行體。為更精確地控制氣泡的大小及其與航行體壁面的距離，還有人提出了采用MEMS流體控制器件制備氣泡發生器的方案。但總之氣泡注入減阻方式需要額外的氣體噴射系統，并且該系統必需持續工作，這對航行體的動力系統是較大負擔；而且注入氣泡并沒有從根本上改變固體壁面和液體的接觸狀態，就目前的研究現狀分析，其減阻效果在實用中到底如何尚無可靠保證。?

引入氣體的減阻方式還有一例是利用超空化原理，使得航行體在高速行駛過程中，在其頭部發生空化生成大量氣體，形成氣膜將航行體大部分外表面包裹，從而變液-固界面為液-氣-固界面，大大減小摩擦阻力。但存在空化噪聲，而且需要采用特殊的發動機，且功耗極大，雖然航速很高，但航程大大縮短。?

發明內容

本發明的目的是為解決背景技術中所述引入氣體的減阻方式存在功耗過大、有空化噪聲及航程縮短等問題，基于利用微細駐留氣泡實?現減阻的原理，提供一種柔性MEMS減阻蒙皮，其特征在于，柔性MEMS減阻蒙皮由襯底1、絕緣層2、表層3、金屬電極和引線等構成，蒙皮上表面是表層3，下表面是襯底1，表層3為柔性材料制備的柔性材料薄膜，其上開孔，形成微凹坑6陣列，表層3下方，在每個微凹坑6的底部有包括電解陽極4和電解陰極5的交錯排列微細平面梳狀電極，陽極引線端子7和陰極引線端子8通過內部連線分別與每個微凹坑6內的電解陽極4和電解陰極5導通，電解電極、引線端子及其之間的內部連線均附著在絕緣層2上，絕緣層2下方是襯底1，襯底1是柔性材料制備的柔性材料薄膜，在對應于陽極引線端子7和陰極引線端子8的部位，襯底1和絕緣層2被去除，陽極引線端子7和陰極引線端子8暴露于蒙皮下表面，是連接外部供電導線的焊接部位。?

所述制備柔性材料薄膜表層3和襯底1的柔性材料為聚酰亞胺(polyimide)或聚對二甲苯(parylene)等柔性高分子聚合物。?

所述絕緣層2為二氧化硅薄膜，其厚度為0.1～1μm。?

所述表層3的厚度為5～250μm。?

所述襯底1的厚度為5～250μm。?

所述微凹坑6的長度和寬度的尺寸均為5～250μm，深度和表層3的厚度相同。?

所述電解陽極4和電解陰極5的材料為金屬鉑。?

所述陽極引線端子7、陰極引線端子8和內部連線的材料為鉑、金、鎳、銅或鋁等良導體金屬中任一種。?

所述電解陽極4、電解陰極5、陽極引線端子7、陰極引線端子8和內部連線的厚度為0.1～1μm。?

柔性MEMS減阻蒙皮制造方法的技術方案為采用MEMS微細加工工藝制備平面電極和微凹坑等微細結構以及柔性材料薄膜，具體步驟如下：?