[發明專利]一種用于微機電系統的磁場調控的智能器件及其制備方法

有效

• 申請號: 201310524559.X
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103552976A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 趙乾;馬浚銘;孟永鋼
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00;B81C1/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本發明涉及一種用于微機電系統（MEMS）的智能器件，特別涉及一種磁場可調的智能器件，屬于微機電技術領域。

背景技術

近年來對于各種異常力的研究成為人們關注的熱點，Casimir（克什米爾）力便是其中的一種。Casimir力是作用于兩宏觀物體間的自發形成的電磁力，當物體間距較小時，該力的作用凸顯出來。通常兩物體間的Casimir力表現為引力，在微機電系統中易引起器件間的粘附失效。為解決這一問題，人們希望能夠將Casimir力由吸引轉化為排斥以防止粘附失效，并有效調控該力的大小，從而進一步實現對MEMS的智能控制。

目前實現Casimir力排斥的方法主要停留在理論研究階段，其中基于Boyer理論的方法，即令相互作用的兩物體之一為滿足ε₁(iξ)>μ₁(iξ)的電性板，之二為滿足ε₂(iξ)<μ₂(iξ)的磁性板，受到了研究者的關注。ε(iξ)與μ(iξ)分別為物體在虛頻域中的介電常數及磁導率常數。對于ε₁(iξ)>μ₁(iξ)的條件，很多金屬及非金屬材料均能滿足。然而對于ε₂(iξ)<μ₂(iξ)的條件，利用自然磁性材料（如鐵氧體等）及普通磁性電介質超材料均難以滿足，因此如何構造符合條件的磁性材料便成了解決問題的關鍵。此外，在調控Casimir力的研究方面，目前尚未有任何實驗研究成果，已有的理論方法如利用拓撲絕緣體或表面鍍膜等方法均增加了系統的復雜度，阻礙了對MEMS的進一步控制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于微機電系統的磁場調控的智能器件及其制備方法，能夠將Casimir力吸引轉化為排斥，從而減小粘附失效，同時實現對微機電系統的磁場調控。

本發明的技術方案如下：

一種用于微機電系統的磁場調控的智能器件，其特征在于：該智能器件含有間距為微米量級的兩個相互平行的第一平板和第二平板；第一平板為表面鍍有金屬膜的介質板，第二平板由基板、復合物小球組成，基板上均勻分布有小孔，復合物小球置于基板的小孔中，復合物小球是由納米磁性顆粒均勻分散至電介質媒質中形成。

本發明所述的小孔排成方形陣列或圓形陣列。所述納米磁性顆粒在室溫下為金屬納米超順磁顆粒，金屬納米超順磁顆粒熔點高于電介質媒質，金屬納米超順磁顆粒在電介質媒質中的填充率f₁<0.5。所述復合物小球在基板上的填充率f₂<0.5。所述第一平板表面所鍍金屬膜厚度t在20μm～100μm。所述電介質媒質的介電常數在0到3之間。

本發明還提供了一種用于微機電系統的磁場調控的智能器件及其制備方法，該方法包括如下步驟：

1）將介質板表面拋光；

2）采用磁控濺射方法在介質板表面鍍金屬膜形成第一平板；

3）利用化學還原反應制備納米超順磁顆粒，制備時需先判斷納米超順磁顆粒的臨界尺寸R₀=(6k_BT/K)^1/3，其中k_B為玻爾茲曼常數，T為溫度，K為各向異性常數，只有當納米磁性顆粒半徑R<R₀時才能表現為超順磁性；

4）利用微流體法將納米超順磁顆粒均勻分散至電介質媒質中形成復合物小球；

5）利用聚焦離子束加工方法在基板上加工出方形或圓形陣列排布的小孔；

6）利用自組裝技術在小孔中填充復合物小球形成陣列，即得第二平板；

7）將得到的第一平板和第二平板平行放置，得到用于微機電系統的磁場調控的智能器件。

本發明所述方法中，步驟4）中所述的微流體法的具體操作過程如下：首先將電介質媒質加熱至熔融狀態，將一部分熔融電介質媒質與納米超順磁顆粒混合均勻，輸送至內導管中，將剩余部分的熔融電介質媒質輸送至外導管中，外導管套在內導管之外；由于導管兩端的壓力差，熔融電介質媒質在管口處形成球體，球體內部包覆有納米超順磁顆粒與熔融電介質媒質的混合物；將熔融物固化后得到復合物小球。