[发明专利]基于可控卷曲二氧化钒薄膜的微纳致动器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于可控卷曲二氧化钒薄膜的微纳致动器，其特征在于，具有三维管状结构，具体包括：

衬底，一种表面平整的石英玻璃；

形成于衬底表面的二氧化钒管状结构，该二氧化钒管状结构由具有内应力梯度的二氧化钒薄膜在腐蚀液中释放应力卷曲而得，包括向上卷曲与向下卷曲两种结构；其中，单个管状结构长度为200μm±2μm，管径为60-80μm；

其中，所述具有内应力梯度的二氧化钒薄膜由两种不同衬底温度下溅射形成，总厚度为100nm±5nm；

其中，所述二氧化钒管状结构由具有内应力梯度的二氧化钒薄膜在腐蚀液中释放应力卷曲而得，具体流程为：一次磁控溅射过程中，在其他参数不变的情况下，先在550℃温度下沉积下层，然后在450℃温度下沉积上层；该二层二氧化钒薄膜复合膜，在应力释放后二氧化钒薄膜向上卷曲；将沉积先后顺序调换，先在450℃温度下沉积下层，然后在550℃温度下沉积上层；该二层二氧化钒薄膜复合膜，在应力释放后二氧化钒薄膜向下卷曲；

所述基于可控卷曲二氧化钒薄膜的微纳致动器工作方式为：

（1）对微纳致动器加热至68℃或施加红外光照，使向上卷曲的二氧化钒管状结构在受到热或光照后触发相变，管径逐渐增大，直到完全展平于衬底上；

使向下卷曲的二氧化钒管状结构在受到热或光照后触发相变，管径先逐渐增大，曲率为零后，管径持续变化，由向下卷曲变为向上卷曲，最后的向上卷曲管径达到与初始的向下卷曲管径一致；

（2）撤消加热或光照

使完全展平于衬底上的薄膜重新卷曲成原来的向上卷曲的二氧化钒管状结构；

使已经转变为上卷曲的二氧化钒管状结构重新转变为向下卷曲的二氧化钒管状结构。

2.一种如权利要求1所述的基于可控卷曲二氧化钒薄膜的微纳致动器的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）利用丙酮、乙醇、清水，分别超声清洗石英衬底；

（2）利用磁控溅射在石英衬底表面生长具有内应力的二氧化钒薄膜；

（3）在二氧化钒表面光刻图形阵列；

（4）利用氢氟酸选择性腐蚀石英衬底，得到两种不同卷曲方向的二氧化钒管状结构。

3.根据权利要求2所述的基于可控卷曲二氧化钒薄膜的微纳致动器的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述石英衬底为双面抛光，表面粗糙度低于2nm。

4.一种如权利要求1所述的基于可控卷曲二氧化钒薄膜的微纳致动器的致动方式，其特征在于，具体为：

（1）对微纳致动器加热至68℃或施加红外光照，使向上卷曲的二氧化钒管状结构在受到热或光照后触发相变，管径逐渐增大，直到完全展平于衬底上；

使向下卷曲的二氧化钒管状结构在受到热或光照后触发相变，管径先逐渐增大，曲率为零后，管径持续变化，由向下卷曲变为向上卷曲，最后的向上卷曲管径达到与初始的向下卷曲管径一致；

（2）撤消加热或光照

使完全展平于衬底上的薄膜重新卷曲成原来的向上卷曲的二氧化钒管状结构；

使已经转变为上卷曲的二氧化钒管状结构重新转变为向下卷曲的二氧化钒管状结构。