[发明专利]柔性MEMS减阻蒙皮及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于微型机械和流体动力学技术领域，特别涉及一种柔性MEMS(Micro Electro-Mechanical System)减阻蒙皮及其制造方法。 

背景技术

水面及水下航行体行驶时所受到的行进阻力包括压差阻力、旋涡阻力和表面摩擦阻力等，其中表面摩阻通常占据最大比重，对于长度和长宽比或长径比比较大的航行体尤其如此。因此，降低其表面摩擦阻力具有重要意义：在动力一定的条件下，降低摩擦阻力将使航行体的航速和航程有效增加；或者反之，在保证航速和航程的前提下，可缩减动力系统的体积和重量，节省空间和有效载荷，在航行体总体设计中，提升其它子系统的性能。 

目前减阻技术的理论和应用研究主要集中在湍流边界层，涉及多种技术方案。聚合物添加剂减阻的理论研究发展很快，但其实用化面临成本和环保等问题。表面形貌减阻(如肋条减阻)和仿生减阻(如柔顺壁减阻)是无源减阻方式，无需致动器和功率输入，并能够在不改变航行体外轮廓的前提下实现一定的减阻效果。但不同研究者给出的实验结果相差较远，局部表面摩擦阻力的降幅大多在5％到20％之间。 

表面减阻的另一有效途径是气泡注入减阻，通过一定的机构向航 行体与水接触的界面以一定速度喷射气体，变单相流为水-气泡双相流，其局部摩擦阻力的最大降幅据称可达80％。这种技术的作用原理尚无确切定论，一般认为一定浓度的气泡注入后，改变了液/固界面附近流体的等效密度和粘度，从而降低了表面摩擦阻力系数；也有一些最新的研究成果认为气泡的可压缩性是主要原因。此外，注入气泡的直径越小，与壁面距离越小，则减阻效果越好。气体注入的方式最初多采用多孔板，气泡大小和分布范围难以控制，多数气泡对减阻是无效的，因此所需气流量和功耗过大，很难实际用于舰船和其它航行体。为更精确地控制气泡的大小及其与航行体壁面的距离，还有人提出了采用MEMS流体控制器件制备气泡发生器的方案。但总之气泡注入减阻方式需要额外的气体喷射系统，并且该系统必需持续工作，这对航行体的动力系统是较大负担；而且注入气泡并没有从根本上改变固体壁面和液体的接触状态，就目前的研究现状分析，其减阻效果在实用中到底如何尚无可靠保证。 

引入气体的减阻方式还有一例是利用超空化原理，使得航行体在高速行驶过程中，在其头部发生空化生成大量气体，形成气膜将航行体大部分外表面包裹，从而变液-固界面为液-气-固界面，大大减小摩擦阻力。但存在空化噪声，而且需要采用特殊的发动机，且功耗极大，虽然航速很高，但航程大大缩短。 

发明内容

本发明的目的是为解决背景技术中所述引入气体的减阻方式存在功耗过大、有空化噪声及航程缩短等问题，基于利用微细驻留气泡实 现减阻的原理，提供一种柔性MEMS减阻蒙皮，其特征在于，柔性MEMS减阻蒙皮由衬底1、绝缘层2、表层3、金属电极和引线等构成，蒙皮上表面是表层3，下表面是衬底1，表层3为柔性材料制备的柔性材料薄膜，其上开孔，形成微凹坑6阵列，表层3下方，在每个微凹坑6的底部有包括电解阳极4和电解阴极5的交错排列微细平面梳状电极，阳极引线端子7和阴极引线端子8通过内部连线分别与每个微凹坑6内的电解阳极4和电解阴极5导通，电解电极、引线端子及其之间的内部连线均附着在绝缘层2上，绝缘层2下方是衬底1，衬底1是柔性材料制备的柔性材料薄膜，在对应于阳极引线端子7和阴极引线端子8的部位，衬底1和绝缘层2被去除，阳极引线端子7和阴极引线端子8暴露于蒙皮下表面，是连接外部供电导线的焊接部位。 

所述制备柔性材料薄膜表层3和衬底1的柔性材料为聚酰亚胺(polyimide)或聚对二甲苯(parylene)等柔性高分子聚合物。 

所述绝缘层2为二氧化硅薄膜，其厚度为0.1～1μm。 

所述表层3的厚度为5～250μm。 

所述衬底1的厚度为5～250μm。 

所述微凹坑6的长度和宽度的尺寸均为5～250μm，深度和表层3的厚度相同。 

所述电解阳极4和电解阴极5的材料为金属铂。 

所述阳极引线端子7、阴极引线端子8和内部连线的材料为铂、金、镍、铜或铝等良导体金属中任一种。 

所述电解阳极4、电解阴极5、阳极引线端子7、阴极引线端子8和内部连线的厚度为0.1～1μm。 

柔性MEMS减阻蒙皮制造方法的技术方案为采用MEMS微细加工工艺制备平面电极和微凹坑等微细结构以及柔性材料薄膜，具体步骤如下：