利用線性振動實現受控微納溝道刻蝕及納米切割的超聲裝置及其工作方法
【技術領域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種利用線性振動實現受控微納溝道刻蝕及納米切割的超聲裝置及其工作方法，其屬于超聲應用領域及微納米機械加工領域。
【背景技術】
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[0002]隨著納米科技及納米材料科學的快速發(fā)展，如何進行納米加工等已經成為現在科學研究的重要課題，如何以高效率、低成本和無熱損傷的方式進行可控微納結構的制造，如微納槽刻蝕及納米切割是我們面臨的重大技術課題。理想的刻蝕工藝必須具有以下特點:加工批量大，控制容易，成本低，對環(huán)境污染少，適用于工業(yè)生產。而微納切割在現代微加工中變得越來越重要，尤其是在高精度加工和高價值產品的加工中。成本控制和設備的批量化生產，是現今微納制造領域所面臨的問題。
[0003]因此，確有必要對現有技術進行改進以解決現有技術之不足。

【發(fā)明內容】

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[0004]本發(fā)明提供一種利用線性振動實現受控微納溝道刻蝕及納米切割的超聲裝置及其工作方法，該裝置利用嵌有壓電元件和與其相連接的振動傳遞部件在某些頻率下產生線性振動，傳遞到微刀具上，可以進行可控微納槽的刻蝕，并可以對納米線進行切割。
[0005]本發(fā)明采用如下技術方案:一種利用線性振動實現受控微納溝道刻蝕及納米切割的超聲裝置，包括振動傳遞部件、設置于振動傳遞部件上的壓電元件及設置于振動傳遞部件一末端部的微切割刀具，所述振動傳遞部件夾持于三維移動平臺上以實現加工圖案的多樣化，被切割物體通過水分子間作用力固定于硅基板上。
[0006]進一步地，所述振動傳遞部件為圓柱、圓錐、方形柱、三角形柱形狀。
[0007]進一步地，所述微切割刀具為多面體、曲面體形狀。
[0008]本發(fā)明還采用如下技術方案:一種利用線性振動實現受控微納溝道刻蝕及納米切割的超聲裝置的工作方法，包括如下步驟:
[0009]步驟一:將被切割物體通過水分子固定于硅基板上；
[0010]步驟二:將壓電元件粘貼在振動傳遞部件的一末端部上；
[0011]步驟三:外界正弦交流電信號激勵下壓電元件出現周期性振動，振動通過振動傳遞部件傳遞到微切割刀具上，微切割刀具產生線性振動；
[0012]步驟四:超聲裝置利用線性振動進行切割。
[0013]本發(fā)明具有如下有益效果:本發(fā)明利用線性振動實現受控微納溝道刻蝕及納米切割的超聲裝置依靠壓電元件的線性振動可進行微納槽的可控刻蝕，并可以對納米線進行切害J。本發(fā)明利用線性振動實現受控微納溝道刻蝕及納米切割的超聲裝置對被切割物體或被刻蝕表面的電學性能沒有要求，另外，由于采用壓電材料勵振和無旋轉部件，本發(fā)明涉及到的裝置具有小型化、易清潔和可靠性好等優(yōu)點，無需包括復雜的機械、電氣和真空裝置，因此這種工藝的設備投資是不昂貴的。
【附圖說明】
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[0014]圖1為本發(fā)明利用線性振動實現受控微納溝道刻蝕及納米切割的超聲裝置的結構示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明利用線性振動實現受控微納溝道刻蝕及納米切割的超聲裝置的流程圖。
[0016]其中:
[0017]1-振動傳遞部件、2-壓電元件、3-微切割刀具。
【具體實施方式】
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[0018]請參照圖1所示，本發(fā)明利用線性振動實現受控微納溝道刻蝕及納米切割的超聲裝置包括振動傳遞部件1、設置(粘貼)于振動傳遞部件I上的壓電元件2及設置(粘貼)于振動傳遞部件I 一末端部的微切割刀具3。其中振動傳遞部件I夾持于三維移動平臺上以實現加工圖案的多樣化，被切割物體(如納米線)通過水分子間作用力固定于硅基板上。
[0019]其中壓電元件2設置于振動傳遞部件I的一側。其中振動傳遞部件I可以為圓柱、圓錐、方形柱、三角形柱等多種形狀。微切割刀具3可以為多面體、曲面體等多種形狀。
[0020]本發(fā)明利用線性振動實現受控微納溝道刻蝕及納米切割的超聲裝置的工作方法，包括如下步驟:
[0021]步驟一:將被切割物體(如納米線)通過水分子固定于硅基板上；
[0022]步驟二:將壓電元件2粘貼在振動傳遞部件I的一末端部上；
[0023]步驟三:外界正弦交流電信號激勵下壓電元件2出現周期性振動，振動通過振動傳遞部件I傳遞到微切割刀具3上，微切割刀具3產生線性振動；
[0024]步驟四:超聲裝置利用線性振動進行切割。
[0025]本發(fā)明利用線性振動實現受控微納溝道刻蝕及納米切割的超聲裝置的工作方法是利用超聲振動產生的驅動力在某些頻率下微探針產生線性往復運動對加工工件表面進行受控微納溝道刻蝕及對納米線進行切割。
[0026]其中振動傳遞部件I及微切割刀具3為固體材料，壓電兀件2與振動傳遞部件表面剛性連接，加工工件為固體材料，壓電元件2和振動傳遞部件I不與加工工件接觸，微切割刀具3與加工工件表面接觸并進行刻蝕。加工工件的被加工表面與液體或空氣接觸。
[0027]下面借助于一個實施例說明本發(fā)明利用線性振動進行納米切割，并可以實現受控微納溝道刻蝕超聲裝置及其刻蝕與切割方法，下述實施例中，壓電元件2的尺寸為10*10*1_，壓電元件2左端粘貼于距離振動傳遞部件I左末端Ilmm處，居中放置，振動傳遞部件I的尺寸為70*0.8 (直徑)mm，材料為鋼。
[0028]壓電元件2作為驅動部件，在外界正弦交流電信號激勵下驅動時，由于逆壓電效應，壓電片出現周期性形變。
[0029 ]試驗中流程圖如圖2所示。
[0030]a.制備帶有鎢微針尖的器件。如圖2中201所示。
[0031 ] b.將被加工工件置于顯微鏡工作平臺上，再將振動傳遞部件I根部固定在三維移動平臺上。如圖2中202所示。
[0032 ] c.移動鎢微針尖靠近被加工表面。如圖2中203所示。
[0033]d.工作器件加超聲頻率的正弦信號交流電。如圖2中204所示。
[0034]e.通過三維移動平臺進行受控刻蝕。如圖2中205所示。
[0035]f.關閉信號源。如圖2中206所示。
[0036]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以作出若干改進，這些改進也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種利用線性振動實現受控微納溝道刻蝕及納米切割的超聲裝置，其特征在于:包括振動傳遞部件(I)、設置于振動傳遞部件(I)上的壓電元件(2)及設置于振動傳遞部件(I)一末端部的微切割刀具(3)，所述振動傳遞部件(I)夾持于三維移動平臺上以實現加工圖案的多樣化，被切割物體通過水分子間作用力固定于硅基板上。2.如權利要求1所述的利用線性振動實現受控微納溝道刻蝕及納米切割的超聲裝置，其特征在于:所述振動傳遞部件(I)為圓柱、圓錐、方形柱、三角形柱形狀。3.如權利要求1所述的利用線性振動實現受控微納溝道刻蝕及納米切割的超聲裝置，其特征在于:所述微切割刀具(3)為多面體、曲面體形狀。4.一種如權利要求1所述的利用線性振動實現受控微納溝道刻蝕及納米切割的超聲裝置的工作方法，其特征在于:包括如下步驟 步驟一:將被切割物體通過水分子固定于硅基板上； 步驟二:將壓電元件(2)粘貼在振動傳遞部件(I)的一末端部上； 步驟三:外界正弦交流電信號激勵下壓電元件(2)出現周期性振動，振動通過振動傳遞部件(I)傳遞到微切割刀具(3)上，微切割刀具(3)產生線性振動； 步驟四:超聲裝置利用線性振動進行切割。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種利用線性振動實現受控微納溝道刻蝕及納米切割的超聲裝置及其工作方法，超聲裝置包括振動傳遞部件及設置于振動傳遞部件上的壓電元件和微切割刀具，該超聲裝置利用超聲換能器產生線性振動，通過振動傳遞部件驅動微切割刀具對加工工件表面進行微納溝道的可控刻蝕。在進行受控刻蝕時，該裝置對被加工工件表面的導電性沒有要求，在刻蝕過程中無需模板，通過配合三維移動平臺，對刻蝕路徑的規(guī)劃即可實現，適合于進行柔性制造,小批量生產，針對個性化定制。該基于線性振動的納米切割方法利用水分子固定被切割物體。另外，由于采用壓電材料勵振和無旋轉部件，本發(fā)明具有小型化、易清潔、結構簡單、設備投資較少和可靠性好等優(yōu)點。
【IPC分類】B81C1/00
【公開號】CN105668508
【申請?zhí)枴緾N201610050631
【發(fā)明人】胡俊輝, 王旭
【申請人】南京航空航天大學
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月25日