[實用新型]一種基于超聲駐波場的包覆壓電單元薄膜的制造裝置

有效

• 申請號: 201620025560.7
• 申請日: 2016-01-12
• 公開（公告）號: CN205303514U
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 薛岱;汪延成;梅德慶;謝擴;陳子辰
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L41/33
• 分類號: H01L41/33
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

技術領域

本實用新型涉及復合壓電薄膜制造技術，尤其是涉及了一種基于超聲駐波 場的包覆壓電單元薄膜的制造裝置。

背景技術

壓電材料是一種可以實現機械能與電能相互轉化的功能材料，在工業、軍 事和醫學等領域有廣泛的應用。常規壓電材料根據其化學成分的不同，可以分 為壓電陶瓷、壓電晶體以及有機壓電材料。壓電陶瓷包括鈦酸鋇、鈦酸鉛和鋯 酸鉛等，由于壓電陶瓷具有壓電常數高，介電常數大，以及易于機械加工等特 點，因此適用于制造大功率壓電換能器和濾波器，比如海洋聲吶、超聲清洗 機、金屬探傷機和超聲醫療設備等。此外，由于壓電陶瓷在電場作用下的形變 量很小，因此基于其逆向壓電效應制造的壓電驅動器可以實現高精度的運動控 制。但由于電損耗大，并且穩定性較低，因此壓電陶瓷不適用于高頻場合。壓 電晶體包含石英、鍺酸鋰和鈮酸鋰等，其特點為穩定性高，因而適用于對頻率 穩定性要求嚴格的場合，以及制造高頻電子元器件，如振蕩器和延遲線等。但 壓電晶體壓電常數低，介電常數很小，并且存在切型約束而無法加工到特殊尺 寸與形狀，因而限制了壓電晶體應用領域。以PVDF為代表的有機壓電聚合物 具有柔韌性好、密度低和壓電常數高等優點，但是較低的壓電應變常數致使其 不適于制作有源發射端，因此應用范圍受到了制約。

與上述三種常規壓電材料化學組成和制造方法不同，復合壓電材料是通過 將單一或多種壓電陶瓷粉末與聚合物按照一定比例進行混合，并采用熱壓等方 法制備而成。由于其特殊的材料組成，復合壓電材料兼具壓電陶瓷、壓電晶體 和有機壓電材料的優點，包括較好的機械性能，如高柔韌性、低低密等，并且 具有機電、壓電耦合系數大、靈敏度高及大范圍溫度內壓電常數穩定等特點。

基于壓電效應的柔性傳感器被廣泛的應用于生機電系統和工業傳感測量領 域，如電子皮膚和加速度計等。構成柔性壓電傳感器的關鍵部分是柔性傳感 層，常見的制備柔性傳感層的材料有PVDF和具有壓電陶瓷夾層的柔性薄膜， 然而上述兩類材料不能兼具高壓電常數、高柔韌性和較大的壓電應變常數等優 點。近年來，國外研究者提出了一種新型的復合壓電材料制備方法，首先將壓 電陶瓷粉末與液態有機柔性薄材料進行混合，然后采用光固化的方式使材料從 液態轉變為固態，他們制造的復合壓電材料具有柔性好和壓電性能高的特點。 但是無論采用傳統還是新型壓電材料，在制造含有高重復性陣列排布壓電單元 的傳感層時，如壓電式柔性觸覺傳感器的受力層，都需要對壓電材料進行高精 度的機械切割及裝配，因而導致生產效率很低。因此，制造一種兼具高柔性和 高壓電性能，且免于機械裝配的含有周期性單元的壓電材料是十分必要的。

實用新型內容

為了解決背景技術中存在的問題，本實用新型提出了一種基于超聲駐波場 的包覆壓電單元薄膜的制造裝置。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

本實用新型包括鈮酸鋰晶片、銅質叉指電極、PDMS微流道和紫外光源， 鈮酸鋰晶片的上表面形成有兩對正交排布的銅質叉指電極，銅質叉指電極與鈮 酸鋰晶片構成叉指換能器，各個銅質叉指電極與信號發生器的輸出通道相連， PDMS微流道覆蓋在鈮酸鋰晶片的正中央，四個銅質叉指電極分別位于PDMS 微流道的周圍四邊并呈對稱分布，PDMS微流道內有光敏壓電混合液，紫外光 源置于鈮酸鋰晶片下方。

所述的銅質叉指電極通過光刻與濺射方法在鈮酸鋰晶片上制備。

所述的PDMS微流道為內部中空且無底板的方殼體，殼體頂部鉆有注射孔 和排氣孔，所述的光敏壓電混合液通過注射泵的控制由注射孔進入PDMS微流 道。

所述的叉指換能器是具有多種共振頻率的銅質叉指換能器，每個銅質叉指 電極的指寬和間距由外向內逐漸遞減。

所述的壓電晶片采用128°Y切型、延X向傳播的雙面拋光鈮酸鋰。

所述的光敏壓電混合液，液態預聚物采用聚乙二醇二丙烯酸酯，耦合劑采 用3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，壓電材料為經3-(甲基丙烯酰氧)丙基三 甲氧基硅烷接枝處理的鈦酸鋇粉末，并采用安息香雙甲醚作為光引發劑，聚乙 二醇二丙烯酸酯，安息香雙甲醚和經3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷接枝處 理后的鈦酸鋇粉末的配置質量比為89:10:1。