基于曲面基底的三维微纳器件的制造方法技术

本公开涉及一种基于曲面基底的三维微纳器件的制造方法。该方法包括：根据对应的预应力加载策略对曲面基底进行预应力加载，得到展后曲面基底；将根据具有目标空间结构的三维微纳器件制造出的二维前驱体转印至展后曲面基底；将二维前驱体的待固定部分固定到展后曲面基底上；释放展后曲面基底所加载的预应力，以使得二维前驱体变形为三维微纳器件，得到曲面基底和固定组装于曲面基底上的三维微纳器件。该方法可以在几何形貌复杂的曲面上高效、快速、精确的设计并组装丰富的三维微纳器件。适用的组装范围更加广泛，拓扑结构组装丰富性更强。可用于开发适用于曲面的、应用范围广泛的新型三维柔性电子器件。新型三维柔性电子器件。新型三维柔性电子器件。

【技术实现步骤摘要】
基于曲面基底的三维微纳器件的制造方法


[0001]本公开涉及先进制造
，尤其涉及一种基于曲面基底的三维微纳器件的设计与制造方法。

技术介绍

[0002]三维微纳器件因在空间尺寸和结构设计上的特殊性，具有性能增强，高集成度和新功能丰富等诸多优势，所以在微电子学、柔性电子、生物医疗、能量收集和微机电系统等领域具有重要应用潜力。三维微纳器件的设计与制备要求适用材料范围广、加工尺度跨度大、装配精度高、加工速度快、几何拓扑结构丰富等。但相关技术所提供的制造方法中，三维微纳器件仅能够实现在平面基底上组装，如何提供一种能够针对具有复杂几何形貌和曲率分布的曲面进行三维微纳器件的设计和组装的方法，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本公开提出了一种基于曲面基底的三维微纳器件的制造方法。
[0004]根据本公开的一方面，提供了一种基于曲面基底的三维微纳器件的制造方法，所述方法包括：
[0005]根据对应于曲面基底的预应力加载策略，对所述曲面基底进行预应力加载，得到展后曲面基底；
[0006]将二维前驱体转印至所述展后曲面基底，所述二维前驱体是根据所需制造的具有目标空间结构的三维微纳器件制造出的；
[0007]将所述二维前驱体的待固定部分固定到所述展后曲面基底上；
[0008]释放所述展后曲面基底所加载的预应力，以使得所述二维前驱体在释放预应力的过程中变形为三维微纳器件，得到所述曲面基底和固定组装于所述曲面基底的所述三维微纳器件。
[0009]在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：
[0010]基于目标对象的三维立体结构，逆向设计并制造出能够匹配安装于所述目标对象的曲面基底。
[0011]在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：
[0012]基于所述三维微纳器件和/或所述曲面基底的结构，确定出针对所述曲面基底的预应力加载策略；
[0013]其中，所述预应力加载策略包括以下任意一种：单轴拉伸加载、双轴拉伸加载、三轴拉伸加载、多轴拉伸加载、拉扭耦合拉伸加载、拉弯耦合拉伸加载。
[0014]在一种可能的实现方式中，所述曲面基底的曲面包括以下一种或多种的组合：一级蛇形曲面、分形蛇形曲面、半球形凸曲面、半球形凹曲面、多级半球形凸曲面、多级半球形凹曲面、对应于仿生对象的仿生曲面、双曲面、柱面、三通管曲面、扭转曲面、螺旋状曲面、阿基米德螺线管状曲面；
[0015]其中，所述仿生对象包括以下任意一种：心脏、头骨、脸部、血管。
[0016]在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：
[0017]根据所述三维微纳器件的目标空间结构的目标结构参数，确定出对应于所述三维微纳器件的模拟平面结构体的第一参数；
[0018]基于所述第一参数对所述模拟平面结构体进行屈曲组装模拟，得到所述模拟平面结构体组装于所述曲面基底之后对应的模拟空间结构体的模拟结构参数；
[0019]其中，若所述模拟结构参数与所述目标结构参数之间的相对误差大于误差阈值，则根据所述相对误差调整所述第一参数，并基于调整后的第一参数继续进行屈曲组装模拟；或者
[0020]若所述模拟结构参数与所述目标结构参数之间的相对误差小于或等于误差阈值，则根据当前模拟平面结构体的第一参数制造出所述二维前驱体。
[0021]在一种可能的实现方式中，基于所述第一参数对所述模拟平面结构体进行屈曲组装模拟，得到所述模拟平面结构体组装于所述曲面基底之后对应的模拟空间结构体的模拟结构参数，包括：
[0022]基于所述第一参数，采用有限元仿真的方式对所述模拟平面结构体进行屈曲组装仿真模拟，得到所述模拟平面结构体组装于所述曲面基底之后对应的模拟空间结构体的模拟结构参数。
[0023]在一种可能的实现方式中，将所述二维前驱体的待固定部分固定到所述展后曲面基底上，包括：
[0024]采用粘贴的方式，将所述二维前驱体的待固定部分固定到所述展后曲面基底上；
[0025]其中，所述待固定部分是根据所述三维微纳器件的目标空间结构确定的。
[0026]在一种可能的实现方式中，所述三维微纳器件的目标空间结构，包括以下一种或多种的组合：
[0027]条带结构、薄膜结构、叠层结构、剪纸结构、折纸结构。
[0028]在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：
[0029]将所述曲面基底和固定组装于所述曲面基底的所述三维微纳器件安装到目标对象上。
[0030]本公开所提供的基于曲面基底的三维微纳器件的制造方法，通过多种加载方式的组合，可以在几何形貌复杂的曲面上高效、快速、精确的设计并组装丰富的三维微纳器件。相比于相关技术中基于平面基底的方法，本公开方法适用的组装范围更加广泛，拓扑结构组装丰富性更强。可用于开发适用于曲面的新型三维柔性电子器件，将在生物医药，健康医疗，电磁传感，机器人等诸多领域具有重要意义。
[0031]根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
[0032]包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
[0033]图1示出根据本公开一实施例的基于曲面基底的三维微纳器件的制造方法的流程
图。
[0034]图2A
‑
图2N示出根据本公开一实施例的基于曲面基底的三维微纳器件的制造方法中曲面基底的示意图。
[0035]图3示出根据本公开一实施例的基于曲面基底的三维微纳器件的制造方法中制造二维前驱体的流程图。
[0036]图4A
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图4D示出根据本公开一实施例的基于曲面基底的三维微纳器件的制造方法中制造三维微纳器件流程示意图。
具体实施方式
[0037]以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
[0038]在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
[0039]另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
[0040]相关技术中，国内外已报到多种三维微纳器件的制备和组装方法，例如，微纳加工刻蚀、4D打印、基于主动材料应变驱动组装等。近年来，基于力学屈曲变形理论发展的力学引导的三维组装方法为制备复杂三维微纳结构提供了一种新的途径。该方法基于传统平面微电子加工工艺制备初始二维结构并转印至预拉伸展平的平面基底上，接着通过释放预拉伸的基底，将选择性转印在基底上的平面结构精确组装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于曲面基底的三维微纳器件的制造方法，其特征在于，所述方法包括：根据对应于曲面基底的预应力加载策略，对所述曲面基底进行预应力加载，得到展后曲面基底；将二维前驱体转印至所述展后曲面基底，所述二维前驱体是根据所需制造的具有目标空间结构的三维微纳器件制造出的；将所述二维前驱体的待固定部分固定到所述展后曲面基底上；释放所述展后曲面基底所加载的预应力，以使得所述二维前驱体在释放预应力的过程中变形为三维微纳器件，得到所述曲面基底和固定组装于所述曲面基底的所述三维微纳器件。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：基于目标对象的三维立体结构，制造能够匹配安装于所述目标对象的曲面基底。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：基于所述三维微纳器件和/或所述曲面基底的结构，确定出针对所述曲面基底的预应力加载策略；其中，所述预应力加载策略包括以下任意一种：单轴拉伸加载、双轴拉伸加载、三轴拉伸加载、多轴拉伸加载、拉扭耦合拉伸加载、拉弯耦合拉伸加载。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述曲面基底的曲面包括以下一种或多种的组合：一级蛇形曲面、分形蛇形曲面、半球形凸曲面、半球形凹曲面、多级半球形凸曲面、多级半球形凹曲面、对应于仿生对象的仿生曲面、双曲面、柱面、三通管曲面、扭转曲面、螺旋状曲面、阿基米德螺线管状曲面；其中，所述仿生对象包括以下任意一种：心脏、头骨、脸部、血管。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述三维微纳器件的目标空间结构的目标结构参数，确定出对应于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张一慧，金天棨，薛兆国，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：