一种基于石墨烯加热的电热微驱动器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于石墨烯加热的电热微驱动器，其结构为悬臂梁结构，包括驱动层、偏置层、石墨烯加热层、支撑层和电极；石墨烯作为加热材料，对驱动层实现加热，并由驱动层和偏置层的不同相对位置，实现悬臂梁的不同方向运动。本实用新型专利技术结合了石墨烯具有优良的导电性和导热性的优势，实现具有高性能、高驱动效率的电热式微驱动器。动效率的电热式微驱动器。动效率的电热式微驱动器。

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯加热的电热微驱动器


[0001]本技术公开了一种基于石墨烯加热的电热微驱动器，涉及微驱动器


技术介绍

[0002]微驱动器是MEMS（微机电系统）关键的组成部分，其性能直接影响MEMS产品的品质。目前常见的微驱动器形式有静电、电热、压电、电磁和形状记忆合金等。电热驱动的驱动电压低、驱动位移大、制备工艺简单且成本低，具有十分远大的应用前景和发展空间； 然而，现存的微驱动器，由于受到材料导电导热性能制约和结构尺寸较小的限制，在对驱动层的加热效率上相对低下，从而使得驱动器的响应性能和功率
‑
位移性能都较低。

技术实现思路

[0003]本技术针对上述
技术介绍
中的缺陷，提供一种基于石墨烯加热的电热微驱动器，具有高性能、高驱动效率的电热式微驱动器。
[0004]为实现上述目的，本技术采用的技术方案如下：一种基于石墨烯加热的电热微驱动器，包括：基底、支撑层和双层膜结构，所述的支撑层设置在基底上侧，所述的支撑层上设置双层膜结构，所述的双层膜结构包括：偏置层和与其连接的驱动层，驱动层连接于偏置层的上侧或下侧，所述的驱动层引入加热层，所述的加热层和电极连接，电流通过使加热层产生焦耳热，从而传递给驱动层和偏置层，由于偏置层和驱动层的热膨胀系数的不同，会使结构整体产生运动；所述的加热层包括：石墨烯，石墨烯具有良好的导热导电能力，使得驱动器在输入较小的功率下能够实现较大的面外翘曲位移。
[0005]进一步的，所述的双层膜结构在支撑层上呈悬臂梁设计。
[0006]进一步的，所述的驱动层的热膨胀系数大于偏置层的热膨胀系数。
[0007]进一步的，所述的驱动层包括：SU
‑
8胶，所述的偏置层包括：镍；因为SU
‑
8胶的热膨胀系数大，在相同升温条件下，位移更大，能耗更小且SU
‑
8胶工艺成熟，方便图形化，故用SU
‑
8胶作为驱动层材料；而镍的热膨胀系数小且化学性质稳定，且与SU
‑
8胶之间的结合力强，故用镍作为偏置层材料。
[0008]进一步的，所述的驱动层引入加热层具体包括：加热层包裹于驱动层内结构、驱动层和加热层混合结构、驱动层顶部集成加热层结构；
[0009]所述的加热层包裹于驱动层内结构具体为：汉堡式结构，中间为加热层，加热层上下被驱动层包裹；
[0010]所述驱动层顶部集成加热层结构具体为，加热层连接于驱动层的顶部；
[0011]所述的驱动层和加热层混合结构具体为：驱动层和加热层形成均一的混合物层，且混合物层的一端连接电极。
[0012]进一步的，所述加热层包裹于驱动层内结构和所述驱动层顶部集成加热层结构中，石墨烯形状包括：曲线型，为了增大其和驱动层的接触交互面积和增大自身发热，提高
加热效率。
[0013]进一步的，所述的加热层和驱动层混合结构中：驱动层和加热层的混合比例包括：质量比1000:1~10:1。
[0014]工作原理：本技术设计的电热微驱动器为双层膜结构，偏置层和与其连接的驱动层，驱动层连接于偏置层的上侧或下侧，电极与驱动层中的石墨烯相连，当给石墨烯施加电压时，石墨烯使得驱动层能高效的发热，该发热来自于石墨烯的传导热和传导电对驱动层的加热两部分；由于双层膜结构材料的热膨胀系数不同，驱动层的热膨胀系数大于偏置层的热膨胀系数，双层膜结构在受热升温体积膨胀时产生热失配，由于热应力的作用将向热膨胀系数小的一层发生弯曲变形，从而在较低的驱动功率下产生垂直于器件的面外运动；驱动层具有较高的热膨胀系数，对其高效的加热引起大的形变量，从而形成悬臂梁驱动器的位移；根据驱动层和偏置层的相对位置，可以实现悬臂梁不同方向的弯曲位移，且弯曲方向总是朝着偏置层的一方。
[0015]有益效果：本技术采用石墨烯作为加热材料，对驱动层实现加热，并由驱动层和偏置层的不同相对位置，实现悬臂梁的不同方向运动，本技术中SU
‑
8胶和镍特有的性质，结合了石墨烯具有优良的导电性和导热性的优势，实现具有高性能、高驱动效率、使用寿命长的电热式微驱动器；本技术在制备过程中采用微纳加工工艺，结合石墨烯的集成方法，最终实现该电热微驱动器结构。
附图说明
[0016]图1（a）为石墨烯包裹于SU
‑
8内部的结构的侧视图；
[0017]图1 (b)为驱动层顶部集成制备石墨烯材料的结构的侧视图；
[0018]图1 (c)为混合石墨烯
‑
SU
‑
8的驱动层的结构的侧视图；
[0019]图1 (d)为图1（a）和图1（b）中石墨烯结构示意图；
[0020]图2为本技术的制备流程示意图，其中： (a)为基底的支撑结构；(b)为填充牺牲材料后的器件结构；(c)为制备偏置层结构后的器件结构；(d)为加上电极后的结构；(e)为制备混合石墨烯
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SU
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8的驱动层后的器件结构；(f)为释放牺牲层后的悬空结构；(g)为制备第一层SU
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8后的器件结构；(h)为在第一层SU
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8上集成石墨烯后的结构；(i)为制备完另一层SU
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8形成石墨烯包裹于SU
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8内部后的结构；(j)为释放牺牲层后的悬空结构；(k)为在驱动层顶部集成制备石墨烯材料后的结构；(l)为释放牺牲层后的悬空结构。
具体实施方式
[0021]下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本技术的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。
[0022]如图1（a）、1（d）为本技术一种实施例一：一种基于石墨烯加热的电热微驱动器，包括：基底、支撑层和双层膜结构，所述的支撑层设置在基底上侧，所述的支撑层上设置双层膜结构，所述的双层膜结构在支撑层上呈悬臂梁设计，所述的双层膜结构包括：偏置层和与其连接的驱动层，驱动层连接于偏置层的上侧或下侧，所述的驱动层的热膨胀系数大于偏置层的热膨胀系数，所述的驱动层引入加热层，所述的加热层和电极连接，所述的加热层包括：石墨烯；所述的驱动层包括：SU
‑
8胶，所述的偏置层包括：镍；
[0023]所述的加热层包裹于驱动层内结构具体为：汉堡式结构，中间为石墨烯，石墨烯上下都被SU8包裹；石墨烯采用单层或者多层；石墨烯形状采用曲线型。
[0024]如图1（b）、1（d）所示，实施例二：
[0025]与上述实施例一的区别在于：
[0026]所述的驱动层顶部集成加热层结构：石墨烯位于SU
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8的顶部；石墨烯采用单层或者多层；石墨烯形状采用曲线型。
[0027]如图1（c）所示，实施例三：
[0028]与上述实施例一的区别在于：
[0029]所述的驱动层和加热层混合结构：驱动层和加热层形成均一的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯加热的电热微驱动器，其特征在于，包括：基底、支撑层和双层膜结构，所述的支撑层设置在基底上侧，所述的支撑层上设置双层膜结构，所述的双层膜结构包括：偏置层和与其连接的驱动层，驱动层连接于偏置层的上侧或下侧，所述的驱动层引入加热层，所述的加热层和电极连接，所述的加热层包括：石墨烯。2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯加热的电热微驱动器，其特征在于，所述的双层膜结构在支撑层上呈悬臂梁设计。3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯加热的电热微驱动器，其特征在于，所述的驱动层的热膨胀系数大于偏置层的热膨胀系数。4.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯加热的电热微驱动器，其特征在于，所述的驱动层包括：SU
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8胶，所述的偏置层包括：镍。5.根据权利要求1所述的一种基于石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘启发，宾璟橦，冯柯瑞，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：新型
国别省市：