一种基于聚合物的三维介心结构压电振动能量收割机

1. 三维网格结构的制造 玻璃基板的清洗 准备30毫米 x 40 毫米玻璃基板。 通过浇注150毫升硫酸 (浓度: 96%) 制备食人鱼溶液到玻璃烧杯。然后轻轻加入50毫升的过氧化氢溶液 (浓度: 30%)。确保硫酸: 过氧化氢水的体积比为3:1。 在浇注溶液时, 请戴上防护眼镜和衣服, 以确保安全。 在特氟龙夹具中设置玻璃基板进行清洗。然后将其浸入食人鱼溶液中1分钟。 在食人鱼溶液中浸泡1分钟后, 用纯净水冲洗洗过的玻璃基板2-3 次 (溢出2-3 次)。 用空气吹气去除玻璃基板上的水滴。 用于在玻璃基板上进行背面曝光的 cr 掩模图案的图案 将玻璃基板设置在射频磁控溅射机的腔内。将射频功率设置为 250 w, ar 气体的流速为 12 sccm, 腔内压力为 0.5 pa, 溅射时间设置为11分钟。然后通过射频磁控溅射在玻璃基板上形成10-200 纳米的铬膜。注: 厚度由溅射时间控制, 同时考虑溅射速率条件。 将基板设置在自旋涂布机室的固定阶段。在铬膜上滴下正光带 s1813, 并在 4, 000 rpm 的情况下, 在30秒内通过旋转涂层涂覆1-2 微米薄膜。 在115°c 下, 在热板上烤光敏涂层基板 1分钟, 以干燥电阻。 接触光掩模和光致位涂覆基板。垂直向光掩罩暴露紫外线。确保曝光剂量为 80 mjcm2, 波长为 405 nm。使用图 1所示的光罩。 准备两个500毫升的烧杯。然后倒入150毫升的 tmah (四甲基氢氧化铵: 2.38, 溶剂: 水) 溶液倒入一个烧杯, 倒入150毫升的铬蚀刻剂 (硝酸铵 (iv): 16%, 硝酸: 8%)到另一个烧杯。 将基板浸入 tmah 溶液的150毫升中, 并开发30秒至1分钟的光刻胶。 用纯净水冲洗基板。 将基材浸入150毫升的铬蚀刻溶液和蚀刻铬中, 约1至2分钟。 用纯净水冲洗基板, 用空气吹去除水滴。 通过浇注150毫升硫酸 (浓度: 96%) 制备食人鱼溶液到玻璃烧杯。然后轻轻加入50毫升的过氧化氢溶液 (浓度: 30%)。确保硫酸: 过氧化氢水的体积比为3:1。注: 浇注溶液时, 请戴上防护眼镜、衣物和手套, 以确保安全。食人鱼溶液会在一段时间后失去活动, 所以每次都要做好准备。 将玻璃基板放在特氟龙夹具上进行清洗。然后, 将其浸入食人鱼溶液中 15-30, 以去除光刻胶。 su-8 涂层的制备 将基板设置在自旋涂布机室的固定阶段。在基材的铬图案侧滴下约1毫升的丙烯酸树脂溶液 (浓度: 10%, 溶剂: 甲苯), 以释放制造的结构作为牺牲层。然后, 在2000rpm 的情况下, 在30秒内通过旋转涂层形成薄膜。 在100°c 下烤10分钟。 su-8 喷涂 启动喷淋涂布机, 将丙酮溶液倒入注射器中进行清洗。 喷洒丙酮溶液, 清洁和清除喷嘴内的残留物。注: 如果清洁不足, 则会导致喷涂时堵塞。重复此步骤两次以仔细清洁。 将基板放在喷雾涂布机中的连接板上。 用边缘盖覆盖基板, 以防止边缘珠。 将负光刻胶 su-83005 倒进注射器中。 将喷嘴直径设置为5毫米, 喷嘴移动速度为120毫米, 雾化压力为150千帕, 流体压力为60千帕, 喷嘴与基板之间的距离为 40 mm, 间距距离为3毫米, 每一层的间隔时间为45s 喷涂基板上的 su-8 多层板。以同样的方式重复涂层10次。 涂覆10次后, 使基板保持5分钟。注: 在站立时间内, su-8 薄膜均匀扁平, 并释放喷涂过程中混合的气泡。 在95°c 的热板上烤60分钟。 用千分尺测量10层的厚度。然后, 计算每层的厚度。 根据计算出的每层膜厚确定喷涂的剩余重复次数。然后将多层喷雾形成厚膜, 以达到目标膜的厚度。在这项研究中, 40 层被应用于200微米的厚度。 让基板在多层喷涂后的5分钟内站立。 在95°c 的热板上烤240分钟。 将 su-8 涂层基板放在热板上 60分钟, 然后将其慢慢冷却至室温。 三维网格结构形成 将基板放在角度调整台上, 方法是将基板翻转 (即, su-8 薄膜朝下), 如图 2所示。 用胶带固定基板的边缘。 将调整表的角度倾斜到45°。注: 0°表示基板处于水平状态。此时的角度是由斯内尔定律确定的, 该定律是根据光刻胶的折射率, 即空气的折射率计算的。通过以45°入射角照射, 制备了结构角度为64°的网状结构。 将角度调节表置于 uv 光源下。 以 150 mjcm 2 的曝光剂量和 365 nm 的波长垂直地将紫外线垂直应用于基板上。曝光后, 将调整表的角度返回到 0°, 并将其向相反方向倾斜到45°。以同样的方式垂直应用紫外线。注: 示意图如图 3ab 所示。 将基板放在热板上, 并将 peb 的温度设置为 95°c (曝光后烘烤)。温度变为95°c 后, 将基板烤8分钟。 关闭热板的电源。等待, 直到热板的温度下降到约40°c。 将150毫升的 su-8 显影剂倒进500毫升的玻璃烧杯上。将基板设置在特氟龙夹具中进行开发。 将150毫升异丙醇 (ipa) 倒进另一台500毫升的玻璃烧杯中。 开发约 20至30分钟. 确保如果开发时间不够, 会导致网孔开孔不足。 将基材浸入 ipa 中, 冲洗2分钟。注: 如果 su-8 的表面明显是白色和泥泞的, 这表明发展是不够的。在这种情况下, 重复开发并再次冲洗。完成开发后, 形成了一个网格结构, 如图3c 所示。 玻璃基板的结构释放 将150毫升甲苯溶液倒进500毫升的玻璃烧杯中。用铝箔覆盖烧杯, 因为甲苯在室温下很容易蒸发。 将基材浸入甲苯溶液中约3-4 小时. 确保丙烯酸树脂的牺牲层被蚀刻, 并从基材中释放具有网状结构的 su-8 结构, 如图 3d所示。 将空气吹到基材上, 去除水分。将其存储在干燥器中, 直到在步骤4.3 中使用。 2. 压电薄膜的制备 准备一张 pvdf 工作表。此外, 准备一把切割刀与不锈钢刀片和切割垫。 将 pvdf 片切割成 360 mm2片 (悬臂用10毫米 x 30 毫米, 电气连接为6毫米 x 10 毫米), 如图3a 所示。 将切割的 pvdf 薄膜放在带有纤维素雨刮器的培养皿上。将它们存储在干燥器中。 3. 用于粘接网状结构和压电薄膜的基板的制备 将 pdms 的主要剂10毫升和固化剂的1毫升倒进离心管 (即近似体积比为 102:1)。 将离心管设置在行星搅拌和消泡机中, 并将两种溶液混合1分钟。 准备两个30毫米 x 40 毫米的玻璃基板。 将玻璃基板设置在自旋涂布机室的固定阶段。将 pdms 溶液滴到玻璃基板上。然后, 在 4, 000 rpm 处通过旋转涂层形成 pdms 薄膜, 如图 3e所示。 在100°c 的热板上烤基板 60分钟, 使 pdms 薄膜干燥。 关闭热板的电源。等待, 直到热板的温度下降到约40°c。 4. 双振能量收割机的制造 将切割的 pvdf 薄膜一个接一个地放置在两个不同的 pdms 基板上, 如图 3f所示。确保只需将 pvdf 薄膜放置在 pdms 表面, 它们就会相互粘附。如果在 pvdf 薄膜上看到皱纹, 则用滚子将其延伸。注: 为了清晰起见, 这两种 pvdf 薄膜称为pvdf flm1 和 pvdf flm2, 这两个 pdms 基板是pdms sbs1和pdms sbs1. 将 su-8 3005 拖到pdms sbs1上的 pvdf flm1 上。然后, 在 4, 000 rpm 处通过旋转涂层形成 su-8 薄膜, 如图 3g所示。注: 此 su-8 薄膜成为网格结构和pvdf flm1之间的粘合层。su-8 3005 没有掉落的地方用于接线以获取电力。 将 su-8 网格结构放在pvdf flm1 上, 并将其粘合起来, 如图 3h所示。 将 su-8 3005 拖到pdms sbs2上放置的pvdf flm2上。然后, 以步骤4.2 相同的方式, 在 4, 000 转/分的情况下通过旋转涂层形成 su-8 薄膜。 从pdms sbs2 中剥离pvdf flm2,然后将其放置在pvdf flm1 上的 su-8 网格结构的顶部, 并将其粘附在图3i,j 中。将带有粘结状态的设备存放在湿度较低的容器 (如干燥器) 中。离开它大约12小时。 将推子放入底层 pvdf flm1 的底部, 并同时从基板上剥离 3层 pvdf flm1、su-8 网格结构和pvdf flm2,如图3k 所示。