我们的协议演示了柔性网格结构的制造步骤和粘合工艺,以制造聚合物振动能量采集器。该技术的优点在于,3D摄影可以轻松构建网格结构,即有效振动能量采集器的低频应用开始,准备30毫米至40毫米的玻璃基板。将玻璃基板放在特氟龙夹具中进行清洁。
戴防护眼镜、衣服和手套。然后,在食人鱼溶液中出现一分钟的夹具。将玻璃基板放在射频磁控喷溅机的腔室中。
将射频功率设置为 250 瓦,溅射时间设置为 11 分钟,将 Argon 气体的流速设置为 12 sccm,将腔室压力设置为 0.5 帕斯卡。现在,通过射频磁控溅射,在玻璃基材上形成100至200纳米的铬膜。接下来,将基板设置在旋转涂层腔室的固定阶段。
将正光电阻滴为1A13,在4000 RPM下通过旋转涂层涂覆一至两微米薄膜30秒。如文本协议所述,烘烤基板后,请使用照片蒙版接触照片电阻涂层基板。将紫外光垂直照射到照片蒙版。
确保暴露剂量为每平方厘米80毫焦耳,波长为405纳米。将基板浸入 150 毫升 TMAH 溶液中,并开发光抗性 30 秒至 1 分钟。用纯净水冲洗基材后,将基材浸入150毫升的铬蚀刻溶液中,并蚀刻铬约一至两分钟。
然后,删除文本协议中描述的照片电阻。现在,将基板放在旋转涂布室的固定阶段。将大约一毫升的丙烯酸树脂溶液滴到基板的铬图案侧,以释放制造结构作为牺牲层。
然后,在 2000 RPM 下旋转涂层,形成薄膜 30 秒。在 100 摄氏度下烘烤基材 10 分钟后,将基板放在喷雾器的附加板上。用边缘盖盖住基板,以防止边缘跳动。
将反光电阻SU8-3005倒入注射器中。设置文本协议中列出的每一层的喷嘴直径、喷嘴运动速度、雾化压力、流体压力、俯仰距离和间隔时间。此外,将喷嘴和基板之间的距离设置为 40 毫米。
在基材上喷洒 SU8 多层。以相同方式重复涂层 10 次。然后,在95摄氏度的热板上烘烤基板60分钟。
确定每层薄膜厚度后,如文本协议中描述的那样,喷洒多层以达到目标膜厚度。在这项研究中,40层应用200微米厚度。现在,通过翻转基板,将基板放在角度调整台上。
将调整表的角度倾斜到 45 度。将角度调整表放在 UV 光源下。以每平方厘米150毫焦耳的照射剂量和365纳米的波长垂直照射到基材上。
曝光后,将调整表的角度返回零度,并在相反方向倾斜至 45 度。在执行文本协议中描述的曝光后烘焙之前,以相同方式垂直应用 UV 光。现在,在SU-8开发者中开发基板约20至30分钟。
如果开发时间不够,则会导致网格空隙的打开不足。在 IPA 中冲洗后,如文本协议中所述,将基板浸入 Toluene 溶液中约 3 到 4 小时。确保丙烯酸树脂的牺牲层边缘,并且从基材中释放具有网格结构的SU-8结构。
要准备压电薄膜,请用 360 平方毫米的薄膜将 PVDF 板切割到设备形状。将切割的 PVDF 薄膜放在带手机刷卡器的 Petri 盘上。将它们存放在干燥器中。
现在,将PDMS的主要剂10毫升和1毫升固化剂倒入离心管中。将离心管放在行星存储和消泡机中,并混合两种溶液一分钟。现在,准备两个30毫米由40毫米玻璃基板。
将玻璃基板放在旋转涂布室的固定舞台上。将 PDMS 溶液滴到玻璃基板上。然后,以 4000 RPM 的旋转涂层形成 PDMS 薄膜,然后像文本协议中描述的那样烘烤基材。
将切割的 PVDF 薄膜一个一个地放在两个不同的 PDMS 基材上。确保,只要将 PVDF 薄膜放在 PDMS 的表面,它们就相互粘附。如果在 PVDF 薄膜上看到皱纹,请用滚轮延长它们。
将 SU-8 滴到 PVDF 薄膜上,放在 PDMS 基板一号上。然后,在 4000 RPM 的旋转涂层下形成 SU-8 薄膜。将 SU-8 网格结构放在 PVDF 薄膜 1 上并粘合它们。
现在,将SU-8滴到PVDF薄膜二,放在PDMS基板上2。以 4000 RPM 的旋转涂层形成 SU-8 薄膜。从PDMS基板2中关闭PVDF薄膜2,然后放置在SU-8网格结构的顶部,放置在PVDF薄膜上。
将粘附装置与粘结状态一起存放在湿度较低的容器中,如干燥器约 12 小时。12小时后,将钳子放入最低层的底部,PVDF膜一。然后,同时从基材上剥离粘合的三层PVDF薄膜一层、SU-8网状结构、PVDF膜两层。
展示了一种双态式振动能量采集器,由两层PVDF薄膜和一个由SU-8网格结构组成的中间层组成。上部和下部PVDF的电极连接在一起,以获得输出电压。光学图像和两个SEM图像显示了具有网格结构的弹性层。
根据图像,弹性层,由背面倾斜曝光处理,似乎有精细的3D网格模式,没有开发失败。在振动测试中,对两个器件进行了评估,一个为网格芯弹性层,另一个为实心芯结构弹性层,以验证网格芯类型器件的有效性。当器件设置在振动摇床上并兴奋时,网格芯型和实心芯型器件都显示正弦输出与正弦输入同步。
网状芯型器件的输出电压比实心芯型器件高42.6%。此处显示的最大输出功率的频率响应。网状芯型器件的谐振频率为18.7赫兹,比实心型器件低15.8%。
其输出功率为24.6微瓦,比实心型器件高68.5%。在倾斜曝光方面,从基板的背面,和足够的开发时间对于制作网格结构的精细打印非常重要。在薄粘结过程中,我们也可以使用即时粘合。
但是,胶水将填补网格结构的空白,并导致设备刚度增加。因此,谐振频率也会增加。所有使用能量收集系统,我们可以将3D摄影应用到微纳米应用中,如生物、光学和微流体系统。