一种刺激响应变形结构的加工方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种刺激响应变形结构的加工方法，刺激响应变形结构包括致动层和被动层，具体包括以下步骤：S1、刺激响应变形结构的制备，S2、微结构加工图形设计，S3、微结构激光加工，S4、施加刺激使结构发生变形；其应用为一种变形柔性电子系统。本发明专利技术采用上述步骤的一种刺激响应变形结构的加工方法及应用，使用激光直接在薄膜上加工微损伤结构，并通过调节微损伤结构的图案、深度、宽度和排列方向、间距，来定量调控刺激响应变形结构的变形参数，调控精准、快速，不受限于材料的制备工艺，适用范围广。广。广。

【技术实现步骤摘要】
一种刺激响应变形结构的加工方法及应用


[0001]本专利技术涉及刺激响应变形结构制备
，尤其是涉及一种刺激响应变形结构的加工方法及应用。

技术介绍

[0002]刺激响应变形结构在受到特定外界刺激(包括光、温度、湿度、PH值、磁场、电)时发生变形，可由薄膜的平面二维结构转变为三维结构。在刺激响应变形薄膜结构上集成电子器件或其他功能组件可以将成熟的平面微电子加工制备工艺方便地引入到三维结构中，实现功能组件在目标上的三维共形自安装和自固定。
[0003]刺激响应变形薄膜结构中，通常通过调节薄膜的厚度、交联度、弹性模量等，或通过不同材料组分在平面上的结合，对变形的方向、曲率等参数进行调控。然而，这些方案中使用的工艺复杂、困难或耗时，且可调节的参数大多涉及材料的固有特性，需要在材料制备过程中进行调控，极大地限制了控制的灵活性和便捷性。此外，现有方案无法在时间维度上对变形进行调控，限制了它们在复杂变形结构中的应用。由于工艺方法的限制，这些方案与平面微电子集成制备工艺兼容性差，限制了其在智能变形柔性电子系统中的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种刺激响应变形结构的加工方法及应用，使用激光直接在薄膜上加工微损伤结构，并通过调节微损伤结构的图案、深度、宽度和排列方向、间距，来定量调控刺激响应变形结构的变形参数，调控精准、快速，不受限于材料的制备工艺，适用范围广。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种刺激响应变形结构的加工方法，刺激响应变形结构包括致动层和被动层，致动层是受到特定刺激时发生变形的单层或多层结构，被动层是对上述刺激没有响应或与致动层材料产生的响应不同的单层或多层结构，致动层和被动层由牢固的界面结合在一起，受到特定刺激时在致动层和被动层之间产生应变差从而发生由二维到三维的变形；
[0006]具体包括以下步骤：
[0007]S1、刺激响应变形结构的制备，
[0008]通过制备工艺制备包含致动层和被动层的刺激响应变形结构的薄膜；
[0009]S2、微结构加工图形设计，
[0010]根据激光加工微损伤结构的方向、深度、宽度和间距与变形参数的对应关系以及所需的三维结构，设计加工微结构的图纸，变形参数包括变形方向、弯曲曲率、致动时间；根据双金属梁的经典热膨胀弯曲方程：
[0011][0012]这种刺激响应变形结构的变形曲率与双层膜的膨胀差、弹性模量比、厚度比有关；
[0013]S3、微结构激光加工，
[0014]导入图纸，使用激光器射出的激光束在刺激响应变形结构上加工微损伤结构，如图1所示。根据激光束与材料相互作用的机理，大体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。激光热加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程；光化学反应加工是指激光束照射到物体，借助高密度激光高能光子引发或控制光化学反应的加工过程；
[0015]单个微损伤结构的宽度和深度通过调节激光的功率、扫描速度和扫描次数等参数进行调节，微损伤结构的排布方向以及微损伤结构的间距通过图纸的设计进行调节；
[0016]S4、施加刺激使结构发生变形，
[0017]对薄膜结构施加与使用的刺激响应材料相对应的刺激，使薄膜做出响应并进行所需的三维形状变换。
[0018]优选的，S1所述的制备工艺包括但不限于旋涂、刮涂、模型浇筑、溶胶凝胶、辐照聚合、溅射、蒸镀、化学沉积。
[0019]致动层和被动层的材料不限定为均匀材料。
[0020]一种刺激响应变形结构加工方法的应用，所述的应用为一种变形柔性电子系统，变形柔性电子系统包括致动层和被动层，致动层的表面具有激光束加工出的微损伤结构，被动层上远离致动层的一面使用二维平面微电子制备加工工艺进行电子器件的集成或电路结构的附着。
[0021]因此，本专利技术采用上述步骤的一种刺激响应变形结构的加工方法及应用，具有以下有益效果：
[0022]1、使用的激光加工技术通过调节激光的功率、扫描速度和扫描次数等参数以及微损伤图案的设计，可以方便的控制微损伤结构的截面形状、大小、方向以及定向排列间距等，从而对刺激响应结构的变形参数，包括变形方向，弯曲曲率、致动时间，进行精确的定量调控；
[0023]2、加工过程简单快速，通常只需要几秒钟到几分钟就可以完成微损伤图案的加工；
[0024]3、使用激光加工技术对刺激响应材料的表面进行微结构的加工，赋予材料特殊的加工性能而不需要改变材料的本征性能，使得调控更加灵活和便捷。在刺激响应结构中的多层薄膜均为均匀的薄膜的情况下，可以通过在同一个薄膜样品上同时形成不同线痕深度、宽度以及排布的微结构图案，实现复杂的变形动作；
[0025]4、设计的激光加工微结构调控刺激响应变形结构变形参数的方法适用于可被激光损伤的各种类型的刺激响应变形材料，且不受限于材料的制备工艺，适用范围广；
[0026]5、本专利技术使用的激光加工技术根据激光波长的不同可以对目标材料进行选择性加工，如可以透过上层材料对下层材料进行加工，为器件的整个制备工艺设计提供更大的灵活性和自由度。
[0027]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0028]图1为本专利技术一种刺激响应变形结构的加工方法及应用的微结构激光加工状态示意图；
[0029]图2为本专利技术实施例1的使用激光在PVA薄膜表面加工的单个微损伤结构效果图；
[0030]图3为本专利技术实施例1的改变激光加工参数形成的具有不同宽度和深度的线痕效果图；
[0031]图4为本专利技术实施例1的线痕间距对曲率和致动时间的调控曲线图；
[0032]图5为本专利技术实施例1的线痕排列方向对变形方向的调控效果图；
[0033]图6为本专利技术实施例1的利用微损伤结构调控设计形成的锥形螺旋结构图；
[0034]图7为本专利技术实施例1的利用微损伤结构调控设计形成的蝴蝶结结构效果图；
[0035]图8为本专利技术实施例1的利用微损伤结构调控设计形成的自锁结构效果图；
[0036]图9为本专利技术实施例2的螺旋结构自变形电极在目标上自固定效果图；
[0037]图10为本专利技术实施例3的线痕深度对曲率的调控曲线图；
[0038]图11为本专利技术实施例3的线痕间距对曲率的调控曲线图；
[0039]图12为本专利技术实施例3线痕排列方向对变形方向的调控效果图。
[0040]附图标记
[0041]1、激光器；2、激光束；3、致动层；4、被动层；5、微损伤结构。
具体实施方式
[0042]以下通过附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0043]实施例1激光调控生成PVA/PCL双层水响应机械变形系统
[0044]S1、刺激响应变形结构的制备，
[0045]在清洗干净的玻璃片上使用PCL溶液(以20wt.％质量分数溶于N,N
‑
二甲基甲酰胺中)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种刺激响应变形结构的加工方法，其特征在于：刺激响应变形结构包括致动层和被动层，致动层是受到特定刺激时发生变形的单层或多层结构，被动层是对上述刺激没有响应或与致动层材料产生的响应不同的单层或多层结构，致动层和被动层由牢固的界面结合在一起，受到特定刺激时在致动层和被动层之间产生应变差从而发生由二维到三维的变形；具体包括以下步骤：S1、刺激响应变形结构的制备，通过制备工艺制备包含致动层和被动层的刺激响应变形结构薄膜；S2、微结构加工图形设计，根据激光加工微损伤结构的图案、方向、深度、宽度和间距与变形参数的对应关系以及所需的三维结构，设计加工微结构的图纸，变形参数包括变形方向、弯曲曲率、致动时间；S3、微结构激光加工，导入图纸，使用激光束在刺激响应变形结构的致动层或被动层上加工微损伤结构，单...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘长波，崔媛媛，贾奔，邓元，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：