[发明专利]微纳波纹结构制造装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及微纳波纹结构制造装置与方法。

背景技术

波纹结构由于其独特的力学性能及其在柔性可拉伸电子、纳米光电器件的潜在用途，近年来引起了人们的广泛研究。尤其是在柔性电子制造领域，如电子皮肤、柔性可拉伸显示屏等，多采用波纹结构作为电子元件互联结构，从而具有极高的抗拉伸、抗弯曲性能。

为了获得蜿蜒波纹结构，现有技术已提出了一些解决方案，如采用预拉伸方法，先将柔性基底进行预拉伸，然后喷印连接结构，在预拉伸释放后，基板恢复自然状态，连接结构由于受到压力，屈曲成蜿蜒状，从而具有较好的抗拉伸性能。然而，该制造方法仍然存在诸多不足，如需要预拉伸工序，流程复杂，且其抗拉伸能力受预拉伸程度影响，因为其是将波纹结构转移到预应变的弹性橡胶基板上，然后释放基板，形成屈曲结构，不可避免的引入残余应力。

专利CN102162176A中提出了一种利用静电纺丝来制备微纳波纹结构的方法，其通过将静电纺丝高分子溶液经由喷头进行喷射，并经过电场作用落在柔性基板上，利用射流的非线性不稳定“鞭动”，在空间形成螺旋状，根据射流速度，移动金属收集板，在基板上沉积形成波纹结构。然而，进一步的研究表明，尽管上述现有解决方案能在一定程度上解决波纹结构制备过程中残余应力大的问题，但仍然存在以下的技术问题：由于静电纺丝中的“鞭动”行为本身跟溶液的密度、表面张力、电导率、介电常数等综合因素相关，是电纺丝本身的一种特性，由于影响因素众多、机制复杂，导致多数纤维的“鞭动”行为杂乱无章，沉积的纤维也多为随机的、无规律的无纺布形态；另外，为实现“鞭动”行为，需针对不同溶液体系，对多种工艺参数(如电压、喷射距离、流量等)进行调整，参数控制较为困难，只能在特定的工艺参数下，才能获得稳定可靠的“鞭动”。且由于静电纺丝工艺自身的局限性，目前仍没有成熟的方法，实现静电纺丝的高精度定位沉积与图案化。因此这种制备微纳波纹结构的方法往往效率较低，不能长期、稳定地获得特定波纹结构，实际可操作性差。

热感生电场诱导流变成形技术，利用铁电晶体等热电材料，在热源辐射下，产生感生电场，使聚合物在热感生电场的作用下，流变拉伸，形成泰勒锥，泰勒锥尖端与运动的接收基板接触，结合接收基材运动，完成微纳图案的直写。

卷绳效应（Liquid rope-coil effect），广泛存在于粘性流体运动过程中。粘性流体非线性运动过程中，因为局部的不均衡受力，导致液柱向某一个方向弯折（buckling），形成的非线性振动。这个振动先是在某一个平面内产生的，但在和个平面垂直的方向看，则只是压缩形变（crushing）。在这个平面上，一旦有新的因素，诱发在这个平面内发生弯折，就会出现另外一个振动。两者所在的平面相互垂直。前后两种振动叠加，形成三维振动。两个振动的振幅、频率也不同，产生出来的综合形态也不同。因此在平面上产生的堆积形变可表现为单纯的折叠（folding），也可表现为花瓣型，也可表现为8字型（figure of eight）。当两个平面内的振幅以及频率趋于一致，堆积则表现为螺旋状，卷绳效应产生。其堆叠的形状，频率和波长，与流体粘度、流量速度、高度、接收板的运动速度等因素有关。（参考文献：1、Habibi M, Hosseini S H, Khatami M H, et al. Liquid supercoiling[J]. Physics of Fluids (1994-present), 2014, 26(2): 024101.）。

发明内容

本发明的目的在于提供微纳波纹结构制造装置与方法。

本发明所采取的技术方案是：

微纳波纹结构制造装置，

包括控制系统，热源，接收基材，热电体，挤出板，储液装置；

其中，控制系统分别与热源、接收基材、挤出板、储液装置相连；

热源用于向热电体提供热辐射以产生感生电场；

储液装置与挤出板相连，其用于向挤出板提供流动态聚合物材料；

挤出板用于向接收基材输出流动态聚合物材料。

所述的挤出板上设有多个挤出口。

所述的储液装置通过多个管路与挤出板相连通。

所述的热电体为铁电体。

所述的铁电体为BaTiO₃、SrTiO₃、LiNbO₃中的一种。

一种微纳波纹结构制造方法，步骤为：

1）将流动态聚合物材料置于所述的装置的储液装置中；

2）控制系统控制热源工作以进行热辐射，在热源辐射下，热电体产生感生电场；