本发明公开了一种批量化微加工高性能压电驻极体基体的制备方法。本发明采用了MEMS微加工工艺，将具有周期性的凸起的刚性模具倒扣在块状的压电驻极体基体材料上，冷却脱模后获得单层压电驻极体基体，然后沿膜厚方向堆积在一起，切割成块后粘接，在膜厚方向上获得多层压电驻极体基体，并且实现了孔洞形貌的一致性和可控性；同时，采用一块刚性模具，一次能够得到数万个压电驻极体基体，刚性模具的重复使用高达数千次以上，从而制备得到的每一个压电驻极体基体的成本不到一块钱，大大地降低了生产成本。
1.一种批量化微加工压电驻极体基体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
1)提供刚性模具的材料，采用MEMS微加工工艺形成具有周期性的凸起的刚性模具；
2)在具有周期性的凸起的刚性模具上，或者在压电驻极体基体材料上，涂覆脱模剂；
3)将刚性模具倒扣并压印在块状的压电驻极体基体材料上，采用压印工艺，在压电驻极体基体材料上形成与刚性模具互补的图形；
4)室温冷却，随之脱模，然后按照设定的尺寸对边缘进行切割，获得具有周期性的凹陷的单层压电驻极体基体；
5)重复上述步骤1)～4)N次，获得N个尺寸相同的单层压电驻极体基体，N为自然数；
6)利用精准对准系统和固定卡具，将N个单层压电驻极体基体沿膜厚方向堆积，边缘对齐，在相邻的两层之间形成空隙，作为压电驻极体基体的内孔；
7)采用冷切割工艺，或者低温切割工艺，将堆积在一起的N个单层压电驻极体基体沿膜厚方向切割，得到所需尺寸的多层的压电驻极体基体；
8)采用电子束或者激光技术将多层的压电驻极体基体粘接成一体，批量化制备得到多层压电驻极体基体。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述刚性模具的材料采用镍、蓝宝石、金刚石和硅中的一种。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述凸起的横截面为椭圆形，椭圆形的长轴a≥100μm，短轴b≥40μm，凸起的高度h≥8μm，相邻的两个凸起的间隔g≥
20μm，并且要求满足a＞2b，a＞2h，以及a＞g。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述凸起为长方体，长度d≥100μm，宽度w≥40μm，高度h≥8μm，相邻的两个凸起的间隔g≥20μm，并且要求满足d＞2h，d＞2w，且d>g。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤2)中，所述压电驻极体基体材料采用派瑞林Parylene或特氟龙Teflon。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤3)中，采用压印工艺，加热加力，温度高于压电驻极体基体材料的玻璃态温度，在120～150℃之间；压力在5～20MPa之间。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤5)中，要求尺寸相同的单层压电驻极体基体的个数为三个以上，即N≥3。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤7)中，根据所设计的压电驻极体基体整体结构的大小，采用切割工艺，沿膜厚方向切割成多个块状的多层的压电驻极体基体，单边长度≥5mm。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤8)中，以高速电子束或激光为热源，烧结多层的压电驻极体基体，使得堆积而成的多层压电驻极体基体的边缘粘接在一起。
一种批量化微加工高性能压电驻极体基体的制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及微加工制备技术，具体涉及一种批量化微加工高性能压电驻极体基体的制备方法。
背景技术
[0002] 压电驻极体是一类新型的具有极强压电效应的柔性多孔聚合物。其压电常数d33可达数百pC/N，其压电性能可与传统压电陶瓷类材料媲美。因此压电驻极体在微机电系统领域，尤其是声学/振动/压力传感器有着广泛应用。压电驻极体包括压电驻极体基体及其表面的极化电荷。目前，压电驻极体基体的制备可以通过工业发泡制备技术实现，但会造成孔洞在压电驻极体基体内随机分布并且具有不同尺寸，造成不均匀极化，严重影响压电驻极体的压电效应。
发明内容
[0003] 针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种批量化微加工高性能压电驻极体基体的制备方法，有效地解决了孔洞形貌的一致性、可控性和高效批量化制备的难题。
[0004] 本发明的目的在于提供一种批量化微加工高性能压电驻极体基体的制备方法。
[0005] 本发明的批量化微加工高性能压电驻极体基体的制备方法，包括以下步骤：
[0006] 1)提供刚性模具的材料，采用微加工工艺形成具有周期性的凸起的刚性模具；
[0007] 2)在具有周期性的凸起的刚性模具上，或者在压电驻极体基体材料上，涂覆脱模剂；
[0008] 3)将刚性模具倒扣并压印在块状的压电驻极体基体材料上，采用压印工艺，在压电驻极体基体材料上形成与刚性模具互补的图形；
[0009] 4)室温冷却，随之脱模，然后按照设定的尺寸对边缘进行切割，获得具有周期性的凹陷的单层压电驻极体基体；
[0010] 5)重复上述步骤1)～4)N次，获得N个尺寸相同的单层压电驻极体基体，N为自然数；
[0011] 6)利用精准对准系统和固定卡具，将N个单层压电驻极体基体沿膜厚方向堆积，边缘对齐，在相邻的两层之间形成空隙，作为压电驻极体基体的内孔；
[0012] 7)采用冷切割工艺，或者低温切割工艺，将堆积在一起的N个单层压电驻极体基体沿膜厚方向切割，得到所需尺寸的多层的压电驻极体基体；
[0013] 8)采用电子束或者激光技术将多层的压电驻极体基体粘接成一体，批量化制备得到多层压电驻极体基体。
[0014] 其中，在步骤1)中，刚性模具的材料采用镍、蓝宝石、金刚石和硅中的一种，具备耐磨的特点。凸起的横截面的形状为椭圆形或长方形。椭圆形的长轴a≥100μm，短轴b≥40μm，凸起的高度h≥8μm，相邻的两个凸起的间隔g≥20μm，并且要求满足a＞2b，a＞2h，以及a＞g。若凸起为长方体，长度d≥100μm，宽度w≥40μm，高度h≥8μm，相邻的两个凸起的间隔g≥20μm，并且要求满足d＞2h，d＞2w，以及d>g，以便实现压电驻极基体的柔性特性。
[0015] 在步骤2)中，压电驻极体基体材料采用聚合物，如派瑞林Parylene和特氟龙Teflon。
[0016] 在步骤3)中，采用压印工艺，加热加力，温度高于压电驻极体基体材料的玻璃态温度，一般在120～150℃之间；压力在5～20MPa之间。
[0017] 在步骤5)中，要求尺寸相同的单层压电驻极体基体的个数为三个以上，即N≥3。
[0018] 在步骤7)中，根据所设计的压电驻极体基体整体结构的大小，采用切割工艺，沿膜厚方向切割成多个块状的多层的压电驻极体基体，单边长度≥5mm。
[0019] 在步骤8)中，以高速电子束或激光为热源，烧结多层的压电驻极体基体，使得堆积而成的多层压电驻极体基体的边缘粘接在一起。
[0020] 本发明的优点：
[0021] 本发明采用了MEMS微加工工艺，将具有周期性的凸起的刚性模具倒扣在块状的压电驻极体基体材料上，冷却脱模后获得单层压电驻极体基体，然后沿膜厚方向堆积在一起，切割成块后粘接，在膜厚方向上获得多层压电驻极体基体，并且实现了孔洞形貌的一致性和可控性；同时，采用一块刚性模具，一次能够得到数万个压电驻极体基体，刚性模具的重复使用高达数千次以上，从而制备得到的每一个压电驻极体基体的成本不到一块钱，大大地降低了生产成本。
附图说明
[0022] 图1至图6为本发明的批量化微加工高性能压电驻极体基体的制备方法的流程图。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。
[0024] 本实施例的批量化微加工高性能压电驻极体基体的制备方法，包括以下步骤：
[0025] 1)提供刚性模具的材料，材料为镍，采用微加工工艺形成具有周期性的凸起的刚性模具1，凸起的形状为长方体，长度d为100μm，宽度w为40μm，高度h为10μm，间距为10μm，如图1所示；
[0026] 2)提供块状的压电驻极体基体材料2，如图2所示，在具有周期性凸起的刚性模具1上，或者在压电驻极体基体材料上，涂覆脱模剂；
[0027] 3)将刚性模具1倒扣在块状的压电驻极体基体材料2上，压电驻极体基体材料采用派瑞林Parylene，通过采用压印工艺，刚性模具在压电驻极体基体材料上形成与刚性模具上互补的周期性的凹陷，如图3所示；
[0028] 4)室温冷却，随之脱模，然后按照设定的尺寸对边缘进行切割，使得凹陷距离边缘留有一定的距离，获得单层压电驻极体基体3，如图4所示；
[0029] 5)重复上述步骤1)～4)4次，获得4个尺寸相同的单层压电驻极体基体；
[0030] 6)利用精准对焦系统和固定卡具，将4个单层压电驻极体基体沿膜厚方向堆积，边缘对齐，在相邻的两层之间形成空隙，作为压电驻极体基体的内孔4，如图5所示；
[0031] 7)采用低温切割工艺，将堆积在一起的4个单层压电驻极体基体切割，得到内孔的形状为长方体，尺寸分别为长度d＝100μm，宽度w＝40μm，高度h＝10μm，且相邻的孔洞的间距为10μm的4层的压电驻极体基体，如图6所示；
[0032] 8)采用高速电子束为热源将多层的压电驻极体基体粘接成一体，批量化制备得到多层压电驻极体基体。
[0033] 最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
