基于斜指换能器的可变间距微结构的制备装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于斜指换能器的可变间距微结构的制备装置及方法。铌酸锂晶片上有一对斜指电极，中央布置有玻璃液槽；液态光敏预聚物置于玻璃液槽内；UV固化灯置于铌酸锂晶片下方。两个斜指换能器上加振幅变化、具有相位差且相位差变化的激励信号，两侧激励信号产生的声表面波叠加到液态光敏预聚物，形成峰谷高度变化/峰线谷线变化的可调变间距微阵列结构，通过紫外光照射使其固化成形。本发明专利技术能实现快速、可调控地制造微阵列结构，具有操作简便、生产效率高、结构可调控等特点。

Fabrication device and method of variable pitch microstructure based on oblique transducer

【技术实现步骤摘要】
基于斜指换能器的可变间距微结构的制备装置及方法
本专利技术涉及微成形方法及成形装置，尤其是涉及一种基于斜指换能器的可变间距微结构的制备装置及方法。
技术介绍
图案化微阵列结构成形方法和工艺是微制造领域的一个重要研究课题，在生物医学、航空航天、电子信息等领域具有广泛的应用。图案化微阵列结构可以被用于化学物质检测、药物筛选等，使得化学反应处于一定程度上可控的微环境中，保证反应的特异性；此外，表面的微阵列形貌能产生较大的摩擦力，因此适用于作为一般微小构件的外表层，如仿生皮肤的外表层。目前，图案化微阵列结构的制造主要可分为模具成形法和无模成形法两类。模具成形法需要采用模具或者掩膜，光刻法和软光刻法是两种典型的模具成形法。光刻法采用特定波长光照下会发生化学反应的光刻胶，在掩模板的遮挡下，光照以使未遮挡部分曝光并发生反应，然后去除相应区域上的材料的加工过程。软光刻法是指采用柔性材料制造成软光刻所需的特定形状的柔性印章、模具或者掩模，再利用该柔性印章、模具或掩模进行微观结构的加工或复制的工艺。模具成形法使用单一模具或者掩模只能制造一种微结构，不能改变所制造的微结构的样式，当所需制造的图案化微阵列结构发生改变的时候，就必须设计全新的光刻模具或者柔性模具，制造周期长，灵活性比较低。无模成形法包括超精密微机械制造技术、增材制造技术等。超精密微机械制造技术是利用微型化的加工设备对工件进行加工的方法，如微铣床、微车床等。这种方法跟宏观的机械加工设备操作方法相同，但是这种微制造技术对微制造设备要求较高，生产周期长，生产效率低。增材制造技术，如喷墨打印法、光固化打印法等，喷头的热效应或紫外光照射对材料的性能存在一定程度的损伤，并且增材制造技术的制造精度较低，难以满足高精度应用场合的需求。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于斜指换能器的可变间距微结构的制备装置及方法。特定的叠加信号在斜指电极的不同位置产生不同波长的声表面波，声表面波在铌酸锂晶片表面传播，以瑞利角进入液态光敏预聚物内产生特定驻波声场，并在液态光敏预聚物表面形成对应微阵列结构，结构稳定后通过紫外光照射使其固化成形，从而实现可变间距微结构的制备。本专利技术采用的技术方案如下：一、一种基于斜指换能器的可变间距微结构的制备装置，其特征在于：装置包括铌酸锂晶片、叉指电极、玻璃液槽和UV固化灯，在铌酸锂晶片上表面的两侧光刻有一对叉指电极，在铌酸锂晶片上表面的中间布置有玻璃液槽，玻璃液槽中有液态光敏预聚物，UV固化灯置于玻璃液槽正下方，一对叉指电极对称布置在玻璃液槽的两侧；所述的叉指电极为斜指电极，斜指电极为由两个手指形电极交叉交错布置构成，手指形电极的每根电极指的指宽、相邻电极指之间的间隙统一均从一侧的手指形电极到另一侧的手指形电极由细到粗逐渐变化；斜指电极与铌酸锂晶片构成声表面波斜指换能器，信号发生器的输出通道与声表面波斜指换能器的两个斜指电极相连；通过信号发生器向两侧的两个斜指电极施加不同频率的激励信号时，在不同指宽所在位置产生不同波长的声表面波。所述的玻璃液槽底面胶结于铌酸锂晶片中央。所述的斜指电极包括上层100nm金和下层20nm钛，金和钛通过光刻和物理气相沉积的方法在铌酸锂晶片上形成。所述的玻璃液槽为无底玻璃液槽，通过玻璃底面与铌酸锂晶片胶结，玻璃液槽的整体宽度大于等于声表面波斜指换能器的声孔径L。本专利技术设计了特殊的斜指电极，并且通过斜指电极指宽与间距线性变化，施加不同频率的激励信号时，在不同指宽位置产生不同波长的声表面波。二、一种基于斜指换能器的可变间距微结构的制备方法，方法包括以下各步骤：(1)采用权利要求1-4任一所述的制备装置，将声表面波斜指换能器的斜指电极与信号发生器的输出通道相连，将液态光敏预聚物通过微量注射泵注入玻璃液槽内；(2)根据所需制备的微阵列结构的形状设置信号发生器输出信号，信号发生器发出激励信号施加到两侧的斜指电极，在叠加的高频交变电场的作用下斜指电极不同指宽位置产生不同波长的声表面波，经铌酸锂晶片表面传播以瑞利角进入液态光敏预聚物内并产生稳定的驻波声场，在液态光敏预聚物表面形成所需的微阵列结构；(3)待液态光敏预聚物表面形成的微阵列结构稳定后，采用UV固化灯对玻璃液槽区域进行照射，使微阵列结构的液态光敏预聚物固化成形，从而获得所需的微阵列结构的固体产品；(4)计算获得最高频率fh＝c/(4*wh)和最低频率fl＝c/(4*wl)，c表示铌酸锂晶片中声表面波传播方向的声速，wh表示最小指宽，wl表示最大指宽；将最高频率fh和最低频率fl的激励信号分别对应到斜指电极指宽和间隙渐变的两端，最高频率fh和最低频率fl的激励信号之间的间隔频率变化和斜指电极指长线性对应，从中选择最高频率fh和最低频率fl之间任意频率范围的激励信号，进而线性对应控制斜指电极指宽和间隙最大处及指宽和间隙最小处之间对应区域范围产生声表面波，实现微阵列结构的成形。信号发生器向两侧的斜指电极输出频率相同布置的激励信号，即一侧斜指电极的沿指宽和间隙最大处和指宽到间隙最小处之间的频率起始和变化与另一侧的相同。具体实施中，斜指电极指宽和间隙最小的一端对应施加最高频率fh的激励信号，斜指电极指宽和间隙最大的一端对应施加最低频率fl的激励信号。通过信号发生器向两侧的斜指电极输出振幅变化、具有相位差且相位差变化的激励信号，两侧激励信号产生的声表面波叠加到液态光敏预聚物，形成以玻璃液槽中心线对称或者不对称的峰谷高度变化/峰线谷线变化的可调变间距微阵列结构。所述步骤(4)中，通过信号发生器向两侧的斜指电极输出振幅相等、无相位差的密集等差频率的激励信号，密集等差频率的两侧激励信号产生的声表面波叠加到液态光敏预聚物，形成以玻璃液槽中心线对称排布的沿指宽和间隙变化方向(即垂直于声表面波传播方向)的线性变间距微阵列结构，玻璃液槽中心线为两侧的斜指电极对称布置的中心线，微阵列结构具有峰结构和谷结构，沿声表面波传播方向，相邻两个峰结构或相邻两个谷结构之间的间距从指宽和间隙较小向指宽和间隙较大的方向由λ1＝c/2f1线性变化至λ2＝c/2f2，f1和f2分别表示信号发生器向两侧的斜指电极输出信号的频率范围的最高值和最低值，信号发生器向两侧的斜指电极的频率范围f1～f2处于最高频率fh和最低频率fl之间，微阵列结构固体产品的整体宽度为[(f1-f2)Lfhfl]/[(fh-fl)f1f2]。所述步骤(4)中，通过信号发生器向两侧的斜指电极输出振幅统一连续线性变化、无相位差的密集等差频率的激励信号，密集等差频率的两侧激励信号产生的声表面波叠加到液态光敏预聚物，形成以玻璃液槽中心线对称排布的沿指宽和间隙变化方向(即垂直于声表面波传播方向)的峰谷高度变化的线性变间距微阵列结构，玻璃液槽中心线为两侧的斜指电极对称布置的中心线，微阵列结构具有峰结构和谷结构，沿声表面波传播方向，相邻两个峰结构或相邻两个谷结构之间的间距从指宽和间隙较小向指宽和间隙较大的方向由λ1＝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于斜指换能器的可变间距微结构的制备装置，包括铌酸锂晶片(1)、叉指电极、玻璃液槽(3)和UV固化灯(5)，在铌酸锂晶片(1)上表面的两侧光刻有一对叉指电极，在铌酸锂晶片(1)上表面的中间布置有玻璃液槽(3)，玻璃液槽(3)中有液态光敏预聚物(4)，UV固化灯(5)置于玻璃液槽(3)正下方，一对叉指电极对称布置在玻璃液槽(3)的两侧；其特征在于：所述的叉指电极为斜指电极(2)，斜指电极(2)为由两个手指形电极交叉交错布置构成，手指形电极的每根电极指的指宽、相邻电极指之间的间隙统一均从一侧的手指形电极到另一侧的手指形电极由细到粗逐渐变化；斜指电极(2)与铌酸锂晶片(1)构成声表面波斜指换能器，信号发生器的输出通道与声表面波斜指换能器的两个斜指电极(2)相连；通过信号发生器向两侧的两个斜指电极(2)施加不同频率的激励信号时，在不同指宽所在位置产生不同波长的声表面波。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于斜指换能器的可变间距微结构的制备装置，包括铌酸锂晶片(1)、叉指电极、玻璃液槽(3)和UV固化灯(5)，在铌酸锂晶片(1)上表面的两侧光刻有一对叉指电极，在铌酸锂晶片(1)上表面的中间布置有玻璃液槽(3)，玻璃液槽(3)中有液态光敏预聚物(4)，UV固化灯(5)置于玻璃液槽(3)正下方，一对叉指电极对称布置在玻璃液槽(3)的两侧；其特征在于：所述的叉指电极为斜指电极(2)，斜指电极(2)为由两个手指形电极交叉交错布置构成，手指形电极的每根电极指的指宽、相邻电极指之间的间隙统一均从一侧的手指形电极到另一侧的手指形电极由细到粗逐渐变化；斜指电极(2)与铌酸锂晶片(1)构成声表面波斜指换能器，信号发生器的输出通道与声表面波斜指换能器的两个斜指电极(2)相连；通过信号发生器向两侧的两个斜指电极(2)施加不同频率的激励信号时，在不同指宽所在位置产生不同波长的声表面波。


2.根据权利要求1所述的一种基于斜指换能器的可变间距微结构的制备装置，其特征在于：所述的玻璃液槽(3)底面胶结于铌酸锂晶片(1)中央。


3.根据权利要求1所述的一种基于斜指换能器的可变间距微结构的制备装置，其特征在于：所述的斜指电极(2)包括上层100nm金和下层20nm钛，金和钛通过光刻和物理气相沉积的方法在铌酸锂晶片(1)上形成。


4.根据权利要求1所述的一种基于斜指换能器的可变间距微结构的制备装置，其特征在于：所述的玻璃液槽(3)为无底玻璃液槽，通过玻璃底面与铌酸锂晶片(1)胶结，玻璃液槽(3)的整体宽度大于等于声表面波斜指换能器的声孔径L。


5.一种基于斜指换能器的可变间距微结构的制备方法，其特征在于方法包括以下各步骤：
(1)采用权利要求1-4任一所述的制备装置，将声表面波斜指换能器的斜指电极(2)与信号发生器的输出通道相连，将液态光敏预聚物(4)通过微量注射泵注入玻璃液槽(3)内；
(2)根据所需制备的微阵列结构(7)的形状设置信号发生器输出信号，信号发生器发出激励信号施加到两侧的斜指电极(2)，在叠加的高频交变电场的作用下斜指电极(2)不同指宽位置产生不同波长的声表面波，经铌酸锂晶片(1)表面传播进入液态光敏预聚物(4)内并产生稳定的驻波声场，在液态光敏预聚物(4)表面形成所需的微阵列结构(7)；
(3)待液态光敏预聚物(4)表面形成的微阵列结构(7)稳定后，采用UV固化灯(5)对玻璃液槽(3)区域进行照射，使微阵列结构的液态光敏预聚物(4)固化成形，从而获得所需的微阵列结构的固体产品；
(4)计算获得最高频率fh＝c/(4*wh)和最低频率fl＝c/(4*wl)，c表示铌酸锂晶片(1)中声表面波传播方向的声速，wh表示最小指宽，wl表示最大指宽；将最高频率fh和最低频率fl的激励信号分别对应到斜指电极(2)指宽和间隙渐变的两端，从中选择最高频率fh和最低频率fl之间任意频率范围的激励信号，进而线性对应控制斜指电极(2)指宽和间隙最大处及指宽和间隙最小处之间对应区域范围产生声表面波，实现微阵列结构的成形。


6.根据权利要求5所述的一种基于斜指换能器...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪延成，许诚瑶，梅德庆，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33