納米超聲發(fā)生裝置及其制作方法和離子導(dǎo)入裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種納米超聲發(fā)生裝置，其包括：第一導(dǎo)電層；第二導(dǎo)電層；第一高分子絕緣層，其位于所述第二導(dǎo)電層的第一側(cè)表面上；以及壓電納米線陣列，其位于第一導(dǎo)電層的第一側(cè)表面和第一高分子絕緣層的第二側(cè)表面之間，且垂直生長(zhǎng)在所述第一導(dǎo)電層的第一側(cè)表面或者所述第一高分子絕緣層的第二側(cè)表面上；所述第一導(dǎo)電層與所述第二導(dǎo)電層連接外加交流電壓，使壓電納米線陣列振動(dòng)而能夠產(chǎn)生超聲波。另外，本發(fā)明還提供一種制作納米超聲發(fā)生裝置的方法以及與納米超聲發(fā)生裝置具有相同工作原理的離子導(dǎo)入裝置。本發(fā)明的納米超聲發(fā)生裝置體積小，可以根據(jù)需要制作成所需尺寸的大小，便于攜帶和操作。
【專利說(shuō)明】納米超聲發(fā)生裝置及其制作方法和離子導(dǎo)入裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米技術(shù)，尤其涉及納米超聲發(fā)生裝置及其制作方法和離子導(dǎo)入裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波是頻率高于20KHZ赫茲的聲波，方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠(yuǎn)，因此廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等很多領(lǐng)域，例如可以用于測(cè)距、測(cè)速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，作為產(chǎn)生超聲波的裝置的超聲波發(fā)生器，其通常包括信號(hào)發(fā)生器和超聲波換能器。其中，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)與超聲波換能器的頻率匹配的特定頻率的高頻信號(hào)，該信號(hào)可以是正弦信號(hào)，也可以是脈沖信號(hào)。超聲波換能器將輸入的電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率(即超聲波)再傳遞出去。其中超聲波換能器通常采用壓電材料制作，主要是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，即具有正壓電效應(yīng)的材料在受到外加電場(chǎng)作用時(shí)，會(huì)有應(yīng)力和應(yīng)變產(chǎn)生，其應(yīng)變與外電場(chǎng)的大小成正比。
[0004]然而，現(xiàn)有的超聲波產(chǎn)生裝置尺寸比較大，這會(huì)限制其應(yīng)用的領(lǐng)域和范圍。
[0005]近年來(lái)，納米技術(shù)自提出以來(lái)已被廣泛應(yīng)用到材料、機(jī)械、電子、生物、醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域。納米技術(shù)也稱毫微技術(shù)，是研究結(jié)構(gòu)尺寸在0.1至100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用的一種技術(shù)。本發(fā)明就是試圖將納米技術(shù)來(lái)應(yīng)用于超聲波產(chǎn)生裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種納米超聲發(fā)生裝置及其制作方法和離子導(dǎo)入裝置。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種納米超聲發(fā)生裝置，其包括:第一導(dǎo)電層；第二導(dǎo)電層；第一高分子絕緣層，其位于所述第二導(dǎo)電層的第一側(cè)表面上；以及壓電納米線陣列，其位于第一導(dǎo)電層的第一側(cè)表面和第一高分子絕緣層的第二側(cè)表面之間，且垂直生長(zhǎng)在所述第一導(dǎo)電層的第一側(cè)表面上；所述第一導(dǎo)電層與所述第二導(dǎo)電層連接外加交流電壓，使壓電納米線陣列振動(dòng)而能夠產(chǎn)生超聲波。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種制作根據(jù)本發(fā)明的第一方面的納米超聲發(fā)生裝置的方法，其包括如下步驟:在第一導(dǎo)電層上鍍壓電材料種子層，由所述壓電材料種子層生長(zhǎng)壓電納米線，從而形成壓電納米線陣列；在所述壓電納米線陣列上涂覆第一高分子絕緣層；在所述第一高分子絕緣層上鍍第二導(dǎo)電層；所述第一導(dǎo)電層與所述第二導(dǎo)電層連接外部交流電源，使壓電納米線陣列振動(dòng)而發(fā)出超聲波。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種制作根據(jù)本發(fā)明的第一方面的納米超聲發(fā)生裝置的方法，其包括如下步驟:在第一導(dǎo)電層上鍍壓電材料種子層，由所述壓電材料種子層生長(zhǎng)壓電納米線，從而形成壓電納米線陣列；在第二導(dǎo)電層上鍍第一高分子絕緣層；將鍍?cè)诘诙?dǎo)電層上的第一高分子絕緣層粘接在所述壓電納米線陣列上；所述第一導(dǎo)電層與所述第二導(dǎo)電層連接外部交流電源，使壓電納米線陣列振動(dòng)而發(fā)出超聲波。[0010]根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種納米超聲發(fā)生裝置，其包括:第一導(dǎo)電層；第二導(dǎo)電層；第一高分子絕緣層，其位于所述第二導(dǎo)電層的第一側(cè)表面上；以及壓電納米線陣列，其位于第一導(dǎo)電層的第一側(cè)表面和第一高分子絕緣層的第二側(cè)表面之間，且垂直生長(zhǎng)在所述第一高分子絕緣層的第二側(cè)表面上；其中，所述第一導(dǎo)電層與所述第二導(dǎo)電層連接外加交流電壓，使壓電納米線陣列振動(dòng)而能夠產(chǎn)生超聲波。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種制作根據(jù)本發(fā)明的第四方面的納米超聲發(fā)生裝置的方法，其包括如下步驟:在第二導(dǎo)電層上鍍第一高分子絕緣層；在第一高分子絕緣層上鍍壓電材料種子層，由所述壓電材料種子層生長(zhǎng)壓電納米線，從而形成壓電納米線陣列；在所述壓電納米線陣列上鍍第一導(dǎo)電層；所述第一導(dǎo)電層與所述第二導(dǎo)電層能夠連接外接交流電源，使壓電納米線陣列振動(dòng)而發(fā)出超聲波。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供一種離子導(dǎo)入裝置，其包括:第一導(dǎo)電層；第一高分子絕緣層，其第一側(cè)表面朝著第一導(dǎo)電層而鍍?cè)诘谝粚?dǎo)電層上；以及壓電納米線陣列，其垂直生長(zhǎng)在所述第一高分子絕緣層的第二側(cè)表面上；其中，當(dāng)壓電納米線陣列接觸涂敷有欲導(dǎo)入的離子的人體皮膚時(shí)，在所述第一導(dǎo)電層與人體皮膚之間外加交流電壓，使壓電納米線陣列振動(dòng)而產(chǎn)生超聲波，從而將欲導(dǎo)入的離子導(dǎo)入人體皮膚。
[0013]本發(fā)明的納米超聲發(fā)生裝置體積小，可以根據(jù)需要制作成所需尺寸的大小，便于攜帶和操作，由此可以使其應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的納米超聲發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的另一種實(shí)現(xiàn)方式的納米超聲發(fā)生裝置的的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3示出了本發(fā)明的第一實(shí)施方式的納米超聲發(fā)生裝置制造方法的流程圖；
[0017]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的納米超聲發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的另一種實(shí)現(xiàn)方式的納米超聲發(fā)生裝置的的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖6示出了本發(fā)明的第二實(shí)施方式的納米超聲發(fā)生裝置制造方法的流程圖；
[0020]圖7示出了本發(fā)明的第一實(shí)施方式的納米超聲發(fā)生裝置的一個(gè)例子的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖8示出了本發(fā)明的離子導(dǎo)入裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖9示出了本發(fā)明的離子導(dǎo)入裝置的另一種實(shí)現(xiàn)方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為充分了解本發(fā)明的發(fā)明目的、特征及功效，借由下述具體的實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明并不僅僅限于此。
[0024]本發(fā)明是利用壓電晶體例如氧化鋅的逆壓電特性而研制的。所述壓電效應(yīng)，是指某些特殊的材料中機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象。根據(jù)轉(zhuǎn)化方向的不同，壓電效應(yīng)可以分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)兩種。某些壓電晶體在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。相反，當(dāng)在壓電晶體的極化方向上施加電場(chǎng)，這些壓電晶體也會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)去掉后，壓電晶體的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。
[0025]當(dāng)將振蕩器產(chǎn)生的超聲頻電壓加到壓電晶體而形成的薄片(即壓電晶片)上時(shí)，壓電晶片在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生縱運(yùn)動(dòng)。壓電晶片振蕩時(shí)，仿佛一個(gè)小活塞，其振幅很小，約I一IOum,但這種振動(dòng)的加速度很大，約10?103g，這樣就可以把電磁振蕩能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動(dòng)能量，若這種能量沿一定方向傳播出去，就形成超聲波。當(dāng)在壓電晶片的兩電極施加脈沖信號(hào)時(shí)，壓電晶片就會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)諧振子振動(dòng)，并推動(dòng)周圍介質(zhì)振動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波。
[0026]根據(jù)上述原理研制的本發(fā)明的納米超聲發(fā)生裝置包括:第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層、第一高分子絕緣層、以及壓電納米線陣列。其中，所述第一高分子絕緣層位于所述第一導(dǎo)電層上，所述壓電納米線陣列位于所述第一高分子絕緣層和所述第二導(dǎo)電層之間且垂直生長(zhǎng)在所述第一導(dǎo)電層上；所述第二導(dǎo)電層位于所述第一高分子絕緣層上。其中，所述第一導(dǎo)電層與所述第二導(dǎo)電層連接外加交流電壓，使壓電納米線陣列振動(dòng)而能夠產(chǎn)生超聲波。另外，所述第一導(dǎo)電層可以具有一定的硬度，從而同時(shí)起到基底的作用。還有，所述交流電壓的功率可以為5-100W，頻率可以為ΙΚΗζ-ΙΟΜΚΗζ。
[0027]優(yōu)選地，本發(fā)明的上述納米超聲發(fā)生裝置還包括多個(gè)支撐部，所述多個(gè)支撐部設(shè)置在所述第一導(dǎo)電層上的生長(zhǎng)壓電納米線陣列的一側(cè)表面上且彼此之間具有一定間隔，所述支撐部的高度高于壓電納米線陣列中的納米線的高度，以使壓電納米線可以在足夠大的空間充分振動(dòng)。
[0028]優(yōu)選地，本發(fā)明的上述納米超聲發(fā)生裝置還包括第二高分子絕緣層，該第二高分子絕緣層填充在所述第一導(dǎo)電層上生長(zhǎng)的壓電納米線陣列中的壓電納米線之間，，以提高壓電納米線陣列與其生長(zhǎng)所依附的所述第一導(dǎo)電層或所述第一高分子絕緣層的接觸強(qiáng)度。
[0029]另外，可選地，本發(fā)明的上述納米超聲發(fā)生裝置還包括基底，所述第一導(dǎo)電層位于該基底上。所述基底可以選擇硅基底、氮化鎵基底、導(dǎo)電金屬板基底、導(dǎo)電陶瓷基底或鍍有金屬電極的高分子聚合物材料基底中一種，所述基底可以是硬質(zhì)的，也可以是柔性材料制成的。
[0030]所述第一和第二高分子絕緣層可以由選擇聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷、和P型高分子材料中的一種來(lái)制作。
[0031]所述第一和第二導(dǎo)電層可以由選自銦錫金屬氧化物、石墨烯、以及銀納米線膜涂層中的一種制作，或者由選自金、銀、鉬、鋁、鎳、銅、鈦、烙、硒、及其合金中的一種來(lái)制作。
[0032]所述壓電納米線陣列可以由氧化鋅、氮化鎵(GaN)或者其它具有類似性質(zhì)的材料制作。
[0033]圖1和圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的納米超聲發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中壓電納米線陣列生長(zhǎng)在第一導(dǎo)電層上。
[0034]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的納米超聲發(fā)生裝置的一種實(shí)現(xiàn)方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]如圖1所示，本發(fā)明的納米壓電超聲發(fā)生裝置包括第一導(dǎo)電層1、第二導(dǎo)電層2、第一高分子絕緣層3、蝕刻在所述第一導(dǎo)電層I的第一側(cè)表面Ia上的彼此具有一定間隔的多個(gè)支撐部4、以及位于所述第一導(dǎo)電層I的第一側(cè)表面Ia和第一高分子絕緣層的第二側(cè)表面3b之間且垂直生長(zhǎng)在所述第一導(dǎo)電層I的第一側(cè)表面Ia上的壓電納米線陣列6。其中，壓電納米線陣列6生長(zhǎng)在所述第一導(dǎo)電層I的第一側(cè)表面Ia上沒(méi)有蝕刻支撐部4的區(qū)域；第一高分子絕緣層的第二側(cè)表面3b涂敷在所述支撐部4上；所述第二導(dǎo)電層2鍍?cè)谒龅谝桓叻肿咏^緣層3的第一側(cè)表面3a上；所述支撐部4的高度高于壓電納米線陣列6中的納米線的高度。當(dāng)在所述第一導(dǎo)電層I與所述第二導(dǎo)電層2之間施加交流電壓時(shí)，可以使壓電納米線陣列6振動(dòng)而產(chǎn)生超聲波。在該實(shí)施方式中，第一導(dǎo)電層I具有一定硬度且能夠?qū)щ?，可以同時(shí)做為基底使用。所述交流電壓的功率可以為5-100W，頻率可以為ΙΚΗζ-ΙΟΜΚΗζο
[0036]優(yōu)選地，為了使壓電納米線陣列6振動(dòng)時(shí)結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，在壓電納米線陣列6的納米線的根部(即在第一導(dǎo)電層I的生長(zhǎng)納米線陣列6的第一側(cè)表面Ia上)鍍一層濃度稀的第二高分子絕緣層5，所述第二高分子絕緣層5填充在壓電納米線陣列6的壓電納米線之間的間隙，如圖2所示，這樣，可以提高壓電納米線陣列6與所述第一導(dǎo)電層I的接觸強(qiáng)度。
[0037]可選地，在本發(fā)明的上述納米超聲發(fā)生裝置中，還可以另外包括一基底，所述第一導(dǎo)電層I的第二側(cè)表面Ib鍍?cè)谒龌咨稀Ｋ龌卓梢圆捎霉?、氮化鎵、?dǎo)電金屬板、導(dǎo)電陶瓷、和鍍有金屬電極的高分子聚合物材料中一種制作。
[0038]在本發(fā)明的上述納米超聲發(fā)生裝置中，所述第一導(dǎo)電層1、第二導(dǎo)電層2可以相同也可以不同，可以分別采用選自銦錫金屬氧化物、石墨烯、以及銀納米線膜涂層中的一種制作，或者由選自金、銀、鉬、鋁、鎳、銅、鈦、烙、硒、及其合金中的一種來(lái)制作。
[0039]所述第一高分子絕緣層3、第二高分子絕緣層5可以相同也可以不同，可以分別采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷、和P型高分子材料中的一種制作。
[0040]所述壓電納米線陣列6的納米線可以采用氧化鋅、氮化鎵(GaN)、或者其它具有類似性質(zhì)的材料制作。
[0041]所述支撐部4可以采用聚酰亞胺膠帶(例如Capton tape)、絕緣膠帶,PVP (聚乙烯吡咯烷酮)、PET (聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)、或PVC (聚氯乙烯)等絕緣有機(jī)高分子材料來(lái)制作。
[0042]下面結(jié)合圖3詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的納米超聲發(fā)生裝置制造方法，具體地，如圖3所示，包括如下步驟:
[0043]S110，第一導(dǎo)電層設(shè)置在基底上，例如，第一導(dǎo)電層可以直接涂覆或鍍(例如射頻濺鍍)在預(yù)先清潔過(guò)的基底上。
[0044]S120，在所述第一導(dǎo)電層上鍍壓電材料種子層，由所述壓電材料種子層生長(zhǎng)壓電納米線，從而形成壓電納米線陣列。例如，所述壓電材料種子層可以通過(guò)射頻濺射的方法鍍?cè)诘谝粚?dǎo)電層上，在所述壓電材料種子層上，通過(guò)濕化學(xué)方法生長(zhǎng)壓電納米線，形成壓電納米線陣列，在完成壓電納米線陣列的生長(zhǎng)之后，對(duì)其進(jìn)行加熱退火，通過(guò)加熱退火熱處理可以降低氧化鋅納米線本身帶自由電荷的濃度，減少納米線之間互相電荷遷移而降低發(fā)電量。這里濕化學(xué)法生長(zhǎng)壓電納米線陣列采用公知技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)，例如可以采用申請(qǐng)?zhí)枮?01110253998.2的專利申請(qǐng)中公開(kāi)的一種水熱法合成氧化鋅納米棒陣列的方法。另外，也可以采用另一種方法生長(zhǎng)壓電納米線陣列:在第一導(dǎo)電層上光刻氧化鋅納米線的多個(gè)生長(zhǎng)區(qū)域，在第一導(dǎo)電層和壓電材料種子層上設(shè)置光阻材料層，并通過(guò)機(jī)械濕選法形成壓電材料納米線生長(zhǎng)區(qū)域；在光阻材料形成的的多個(gè)生長(zhǎng)區(qū)域中，采用濕化學(xué)法生長(zhǎng)氧化鋅納米線陣列，使氧化鋅納米線只生長(zhǎng)在暴露的種子表面；剝落所有剩余光阻材料，從而形成包括多個(gè)區(qū)域垂直生長(zhǎng)的氧化鋅納米線陣列。其中剝落所有剩余光阻材料的步驟還包括對(duì)氧化鋅納米線加熱退火。
[0045]S130，在所述壓電納米線陣列上覆蓋第一高分子絕緣層。例如，所述第一高分子絕緣層可以通過(guò)旋涂的方法覆蓋在所述壓電納米線陣列上。
[0046]S140，在所述第一高分子絕緣層上鍍第二導(dǎo)電層。例如，所述第二導(dǎo)電層可以鍍?cè)诨蛘辰釉谒龅谝桓叻肿咏^緣層上。
[0047]S150，將所述第一導(dǎo)電層與所述第二導(dǎo)電層連接外接交流電源，使壓電納米線陣列振動(dòng)而發(fā)出超聲波。其中所述交流電源的功率可以為5-100W，頻率可以為ΙΚΗζ-ΙΟΜΚΗζ。
[0048]優(yōu)選地，在所述步驟SllO之后、且步驟S120之前還可以包括步驟SI 15:在所述第一導(dǎo)電層上蝕刻多個(gè)彼此之間具有一定間隔的支撐部，其中，所述支撐部的高度高于壓電納米線陣列中納米線的高度；相應(yīng)地，所述步驟S120為:在所述第一導(dǎo)電層上沒(méi)有設(shè)置支撐部的區(qū)域鍍壓電材料種子層，由所述壓電材料種子層生長(zhǎng)壓電納米線，從而形成壓電納米線陣列；相應(yīng)地，所述步驟S130為:在所述支撐部上覆蓋所述第一高分子絕緣層，例如，所述第一高分子絕緣層可以通過(guò)旋涂的方法覆蓋在所述支撐部上。
[0049]優(yōu)選地，在步驟S120與S130之間，還可以包括步驟S125:在所述壓電納米線陣列所位于的第一導(dǎo)電層側(cè)上鍍濃度稀的第二高分子絕緣層，使所述第二高分子絕緣層填充在所述壓電納米線陣列之間的間隙。
[0050]優(yōu)選地,所述基底和所述第一導(dǎo)電層由一個(gè)導(dǎo)電層來(lái)實(shí)現(xiàn)，這時(shí)就省去一層基底，同時(shí)省去上述的步驟S110，這樣可以節(jié)約材料和工序，降低成本而并不影響性能。
[0051]在上述圖3所示的納米超聲發(fā)生裝置制造方法中，并不一定按上面所述的順序進(jìn)行，例如，在步驟S130和S140，也可以先將第一高分子絕緣層鍍?cè)诘诙?dǎo)電層上，然后將帶有第二導(dǎo)電層的第一高分子絕緣層覆蓋在所述壓電納米線陣列上。
[0052]圖4和圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的納米超聲發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中壓電納米線陣列生長(zhǎng)在第一高分子絕緣層上。
[0053]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的納米超聲發(fā)生裝置的另一種實(shí)現(xiàn)方式的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，本發(fā)明的納米壓電超聲發(fā)生器件包括第一導(dǎo)電層1、第二導(dǎo)電層2、第一高分子絕緣層3、以及壓電納米線陣列6。其中所述第二導(dǎo)電層2同時(shí)起到基底的作用；所述第一高分子絕緣層3的第一側(cè)表面3a鍍?cè)谒龅诙?dǎo)電層2上；所述壓電納米線陣列6位于第一導(dǎo)電層I的第一側(cè)表面Ia和第一高分子絕緣層3的第二側(cè)表面3b之間，且垂直生長(zhǎng)在所述第一高分子絕緣層3的第二側(cè)表面3b上。所述第一導(dǎo)電層I與所述第二導(dǎo)電層2連接外加交流電壓，使壓電納米線陣列6振動(dòng)而能夠產(chǎn)生超聲波。其中所述交流電源的功率可以為5-100W，頻率可以為ΙΚΗζ-ΙΟΜΚΗζ。
[0054]優(yōu)選地，在所述第一高分子絕緣層3的第二側(cè)表面3b上可以設(shè)置有彼此之間具有一定間隔的多個(gè)相同的支撐部4，所述支撐部4的高度高于壓電納米線陣列6中的納米線的高度，這時(shí)，相應(yīng)地，所述第一導(dǎo)電層I覆蓋在所述支撐部4上，此結(jié)構(gòu)在圖4和圖5中未示出。
[0055]優(yōu)選地，為了使壓電納米線陣列6振動(dòng)時(shí)結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，在壓電納米線陣列6的壓電納米線的根部(即第一高分子絕緣層3的生長(zhǎng)納米線陣列6的第二側(cè)表面3b上)鍍一層濃度稀的第二高分子絕緣層5，所述第二高分子絕緣層5填充在壓電納米線陣列6的納米線之間的間隙，如圖5所示，這樣，可以提高壓電納米線陣列6與所述第一高分子絕緣層3的接觸強(qiáng)度。
[0056]在本發(fā)明的上述納米超聲發(fā)生器件中，還可以包括基底，所述第二導(dǎo)電層2鍍?cè)谠摶咨?。所述基?可以米用娃、氮化鎵、導(dǎo)電金屬板、導(dǎo)電陶瓷、和鍍有金屬電極的高分子聚合物材料中一種制作。
[0057]所述第一導(dǎo)電層1、第二導(dǎo)電層2可以相同也可以不同，可以分別采用選自銦錫金屬氧化物、石墨烯、以及銀納米線膜涂層中的一種制作，或者由選自金、銀、鉬、鋁、鎳、銅、鈦、烙、硒、及其合金中的一種來(lái)制作。。
[0058]所述第一高分子絕緣層3、第二高分子絕緣層5可以相同也可以不同，可以分別采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷、和P型高分子材料中的一種制作。
[0059]所述壓電納米線陣列6的納米線可以采用氧化鋅、氮化鎵(GaN)、或者其它具有類似性質(zhì)的材料制作。
[0060]所述支撐部4可以采用聚酰亞胺膠帶(例如Capton tape)、絕緣膠帶,PVP (聚乙烯吡咯烷酮)、PET (聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)、或PVC (聚氯乙烯)等絕緣有機(jī)高分子材料來(lái)制作。
[0061]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的納米超聲發(fā)生裝置制造方法，其中壓電納米線陣列生長(zhǎng)在第一高分子絕緣層上。具體地，包括如下步驟:
[0062]S210，第二導(dǎo)電層鍍?cè)诨咨希?br> [0063]S220，在所述第二導(dǎo)電層上鍍第一高分子絕緣層；
[0064]S230，在所述第一高分子絕緣層上鍍壓電材料種子層，由所述壓電材料種子層生長(zhǎng)壓電納米線，從而形成壓電納米線陣列；例如，所述壓電材料種子層可以通過(guò)射頻濺射的方法鍍?cè)诘谝桓叻肿咏^緣層上，在所述壓電材料種子層上，通過(guò)濕化學(xué)方法生長(zhǎng)壓電納米線，形成壓電納米線陣列，在完成壓電納米線陣列的生長(zhǎng)之后，對(duì)其進(jìn)行加熱退火。這里濕化學(xué)法生長(zhǎng)壓電納米線陣列采用公知技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)，例如可以采用申請(qǐng)?zhí)枮?01110253998.2的專利申請(qǐng)中公開(kāi)的一種水熱法合成氧化鋅納米棒陣列的方法。
[0065]S240，在所述壓電納米線陣列上覆蓋第一導(dǎo)電層，例如，所述第一導(dǎo)電層可以通過(guò)旋涂的方法覆蓋在所述壓電納米線陣列上。
[0066]S250，將所述第一導(dǎo)電層與所述第二導(dǎo)電層連接外接交流電源，使壓電納米線陣列振動(dòng)而發(fā)出超聲波。其中所述交流電源的功率可以為5-100W，頻率可以為ΙΚΗζ-ΙΟΜΚΗζ。
[0067]優(yōu)選地，在步驟S220和S230之間還可以包括步驟S225:在所述第一高分子絕緣層上光刻出多個(gè)彼此之間具有一定間隔的支撐部，其中，所述支撐部的高度高于壓電納米線陣列中納米線的高度。這時(shí)，相應(yīng)地，所述步驟S230為:在所述第一高分子絕緣層上沒(méi)有設(shè)置支撐部的區(qū)域鍍壓電材料種子層，由所述壓電材料種子層生長(zhǎng)壓電納米線，從而形成壓電納米線陣列；相應(yīng)地，所述步驟S240為:在所述支撐部上覆蓋所述第一導(dǎo)電層，例如，所述第一導(dǎo)電層可以通過(guò)旋涂的方法覆蓋在所述所述支撐部上。
[0068]優(yōu)選地，在步驟S230和S240之間還可以包括步驟S235:在所述壓電納米線陣列所位于的第一高分子絕緣層側(cè)上鍍第二高分子絕緣層，使所述第二高分子絕緣層填充在所述壓電納米線陣列之間的間隙。[0069]優(yōu)選地，所述基底和所述第二導(dǎo)電層可以由一個(gè)導(dǎo)電層來(lái)實(shí)現(xiàn)，這時(shí)就可以省略上述的步驟S210。
[0070]下面通過(guò)一個(gè)具體例子進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的納米超聲發(fā)生裝置及其制作方法。如圖7所示，其示出本發(fā)明的納米超聲發(fā)生裝置一個(gè)例子，其中本發(fā)明的納米超聲發(fā)生裝置中的第一導(dǎo)電層I和第二導(dǎo)電層2均采用銦錫金屬氧化物(ΙΤ0)涂層制作，分別稱為第一 ITO導(dǎo)電層I和第二 ITO導(dǎo)電層2。基底7采用硅基底。壓電納米線陣列6采用氧化鋅形成。
[0071]所述第一 ITO導(dǎo)電層I射頻濺鍍?cè)陬A(yù)先清洗過(guò)的硅基底7上，其中第一 ITO導(dǎo)電層I的第二側(cè)表面Ib與硅基底7結(jié)合在一起。這里，作為第一 ITO導(dǎo)電層I的ITO涂層不僅作為一個(gè)導(dǎo)電電極，而且可以提高氧化鋅種子和硅基底間的附著力。
[0072]在第一 ITO導(dǎo)電層I的第一側(cè)表面Ia上光刻出多個(gè)支撐部4 (圖中只是示意性示出了 3個(gè)，可以根據(jù)需要而設(shè)置相應(yīng)的數(shù)量)，所述多個(gè)支撐部4由聚酰亞胺膠帶(例如Capton tape)、絕緣膠帶，PVP (聚乙烯吡咯烷酮)、PET (聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)、或PVC(聚氯乙烯)等絕緣有機(jī)高分子材料制作而成，且等間距地分布在第一 ITO導(dǎo)電層I的第一側(cè)表面Ia上。
[0073]在第一 ITO導(dǎo)電層I的光刻有支撐部4的第一側(cè)表面Ia側(cè)，在沒(méi)有支撐部4的區(qū)域上通過(guò)噴砂的方法鍍氧化鋅種子層，在氧化鋅種子層上，通過(guò)濕化學(xué)方法生長(zhǎng)氧化鋅納米線，形成氧化鋅納米線陣列6 (即壓電納米線陣列)。另外，所述氧化鋅納米線的高度低于所述支撐部4的高度。這里，濕化學(xué)法生長(zhǎng)氧化鋅納米線陣列采用公知技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)，例如采用專利申請(qǐng)201110253998.2中公開(kāi)了一種水熱法合成氧化鋅納米棒陣列的方法。具體地，采用0.lmol/L濃度的由等摩爾的環(huán)六亞甲基四胺(HMTA)和硝酸鋅六水合物(ZnNO3.6 (H2O))組成的培養(yǎng)液，將硅基底7和第一 ITO導(dǎo)電層I的生長(zhǎng)有氧化鋅種子層的面朝下，放在培養(yǎng)液頂部，在95°C水浴環(huán)境中生長(zhǎng)3小時(shí)。完成氧化鋅納米線陣列6生長(zhǎng)后，對(duì)其進(jìn)行加熱退火(優(yōu)選145-155°C)，優(yōu)選地，經(jīng)超聲清洗后用氮?dú)鈽尨蹈?，置?0°C真空干燥箱中退火1.5小時(shí)。生長(zhǎng)的氧化鋅納米線的尺寸大約是直徑100-200nm、長(zhǎng)度10 μ m左右。
[0074]在生長(zhǎng)完氧化鋅納米線陣列6之后，在第一 ITO導(dǎo)電層I的生長(zhǎng)氧化鋅納米線陣列6的第一側(cè)表面Ia側(cè)，即氧化鋅納米線的根部，鍍一層濃度稀的聚甲基丙烯酸甲酯(以下簡(jiǎn)稱PMMA)，使其填充在氧化鋅納米線根部之間的間隙，形成第二 PMMA層5 (即第二高分子絕緣層)。
[0075]接下來(lái)，通過(guò)涂敷(例如旋涂)在所述支撐部4上覆蓋PMMA，形成第一 PMMA層3(即第一高分子絕緣層)，使得氧化鋅納米線陣列6位于第一 ITO導(dǎo)電層I的第一側(cè)表面Ia與第一 PMMA層3的第二側(cè)表面3b之間。
[0076]隨后，在所述第一 PMMA層3的第一側(cè)表面3a上涂覆頂層的ITO導(dǎo)電層，即第二ITO導(dǎo)電層2。
[0077]最后，采用聚甲基丙烯酸甲酯涂層進(jìn)行外殼封裝，由此獲得本發(fā)明的氧化鋅納米超聲發(fā)生裝置。其中通過(guò)將第一 ITO導(dǎo)電層I和第二 ITO導(dǎo)電層2與外接交流電源連接，可以使本發(fā)明的納米超聲發(fā)生裝置中的氧化鋅納米線振動(dòng)而發(fā)出超聲波。例如所述交流電源的功率可以為5-100W，頻率可以為ΙΚΗζ-ΙΟΜΚΗζ。[0078]另外，根據(jù)上述納米超聲發(fā)生裝置的相同的原理，本發(fā)明還提供一種離子導(dǎo)入裝置，如圖8所不,其包括:第一導(dǎo)電層I ;第一高分子絕緣層3,其第一側(cè)表面3a朝著第一導(dǎo)電層I且鍍?cè)谄渖?；以及壓電納米線陣列6，其垂直生長(zhǎng)在所述第一高分子絕緣層3的第二側(cè)表面3b上。當(dāng)在人體中欲導(dǎo)入某種離子時(shí)，在人體皮膚上涂敷欲導(dǎo)入的離子，所述離子導(dǎo)入裝置的壓電納米線陣列6接觸涂敷有欲導(dǎo)入的離子的人體皮膚，當(dāng)在所述第一導(dǎo)電層I與人體皮膚之間外加交流電壓時(shí)，由于壓電納米線陣列振動(dòng)而產(chǎn)生超聲波，從而將促進(jìn)欲導(dǎo)入的離子導(dǎo)入人體皮膚。在所述第一導(dǎo)電層I與人體皮膚之間所外加的交流電壓可以為10伏以內(nèi)、功率可以為5-100W，頻率可以為ΙΚΗζ-ΙΟΜΚΗζ。
[0079]優(yōu)選地，本發(fā)明的離子導(dǎo)入裝置還可以包括第二高分子絕緣層5，該第二高分子絕緣層5填充在所述第一高分子絕緣層3的第二側(cè)表面3b上生長(zhǎng)的壓電納米線陣列6中的壓電納米線之中，以穩(wěn)固所述壓電納米線陣列6中的納米線，如圖9所示。
[0080]可選地，本發(fā)明的離子導(dǎo)入裝置還可以包括基底，其中，所述第一導(dǎo)電層I鍍?cè)谠摶咨稀?br> [0081]在本發(fā)明的上述離子導(dǎo)入裝置中，所述第一導(dǎo)電層I可以采用選自銦錫金屬氧化物、石墨烯、以及銀納米線膜涂層中的一種制作，或者由選自金、銀、鉬、鋁、鎳、銅、鈦、烙、硒、及其合金中的一種來(lái)制作。所述第一高分子絕緣層3、第二高分子絕緣層5可以相同也可以不同，可以分別采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷、和P型高分子材料中的一種制作。
[0082]所述壓電納米線陣列6的納米線可以采用氧化鋅、氮化鎵(GaN)、或者其它具有類似性質(zhì)的材料制作。
[0083]根據(jù)本發(fā)明的離子導(dǎo)入裝置例如可以用作美容儀器，這時(shí)，離子導(dǎo)入裝置中的壓電納米線陣列與涂敷在人臉上的面膜接觸，通過(guò)壓電納米線陣列的振動(dòng)而產(chǎn)生超聲波，可以使面膜中的藥物更有利于人體吸收。
[0084]盡管已經(jīng)結(jié)合特定的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是并不是限定于此處描述的特定形式。而是，本發(fā)明的范圍僅僅由后附的權(quán)利要求限制。在權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)“包括”不排除存在其它部件或步驟。此外，盡管各個(gè)特征可以包括在不同的權(quán)利要求中，但是這些特征可以被有利地組合，且在不同權(quán)利要求中包含的內(nèi)容不意味著特征的組合是不可行和/或不利的。此外，單個(gè)的含義不排除多個(gè)。因此，“一個(gè)”、“第一”、“第二”等的含義不排除多個(gè)。此外，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為對(duì)范圍的限制。
[0085]以上所述僅是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明精神的前提下，可以作出若干改進(jìn)、修改、和變形，這些改進(jìn)、修改、和變形都應(yīng)視為落在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種納米超聲發(fā)生裝置，其特征在于，包括: 第一導(dǎo)電層； 第二導(dǎo)電層； 第一高分子絕緣層，其位于所述第二導(dǎo)電層的第一側(cè)表面上；以及壓電納米線陣列，其位于第一導(dǎo)電層的第一側(cè)表面和第一高分子絕緣層的第二側(cè)表面之間，且垂直生長(zhǎng)在所述第一導(dǎo)電層的第一側(cè)表面上； 所述第一導(dǎo)電層與所述第二導(dǎo)電層連接外加交流電壓，使壓電納米線陣列振動(dòng)而能夠產(chǎn)生超聲波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米超聲發(fā)生裝置，其特征在于，還包括: 多個(gè)支撐部，其設(shè)置在所述第一導(dǎo)電層的第一側(cè)表面上且彼此之間具有一定的間隔，所述支撐部的高度高于壓電納米線陣列中納米線的高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米超聲發(fā)生裝置，其特征在于，還包括: 第二高分子絕緣層，其填充在所述第一導(dǎo)電層的第一側(cè)表面上生長(zhǎng)的壓電納米線陣列中的壓電納米線之間，以穩(wěn)固所述壓電納米線陣列中的納米線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任何一項(xiàng)所述的納米超聲發(fā)生裝置，其特征在于，還包括: 基底; 其中，所述第一導(dǎo)電層的第二側(cè)表面位于該基底上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任何一項(xiàng)所述的納米超聲發(fā)生裝置，其特征在于， 所述交流電壓的功率為5-100W，頻率為ΙΚΗζ-ΙΟΜΚΗζ。
6.一種制作權(quán)利要求1所述的納米超聲發(fā)生裝置的方法，其特征在于，包括如下步驟: 在第一導(dǎo)電層上鍍壓電材料種子層，由所述壓電材料種子層生長(zhǎng)壓電納米線，從而形成壓電納米線陣列； 在所述壓電納米線陣列上涂覆第一高分子絕緣層； 在所述第一高分子絕緣層上鍍第二導(dǎo)電層， 所述第一導(dǎo)電層與所述第二導(dǎo)電層連接外部交流電源，使壓電納米線陣列振動(dòng)而發(fā)出超聲波。
7.一種制作權(quán)利要求1所述的納米超聲發(fā)生裝置的方法，其特征在于，包括如下步驟: 在第一導(dǎo)電層上鍍壓電材料種子層，由所述壓電材料種子層生長(zhǎng)壓電納米線，從而形成壓電納米線陣列； 在第二導(dǎo)電層上鍍第一高分子絕緣層； 將鍍?cè)诘诙?dǎo)電層上的第一高分子絕緣層粘接在所述壓電納米線陣列上； 所述第一導(dǎo)電層與所述第二導(dǎo)電層連接外部交流電源，使壓電納米線陣列振動(dòng)而發(fā)出超聲波。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的制作方法，其特征在于， 在第一導(dǎo)電層上鍍壓電材料種子層之前還包括步驟:在所述第一導(dǎo)電層上蝕刻出多個(gè)彼此之間具有一定間隔的支撐部，其中，所述支撐部的高度高于所述壓電納米線陣列中納米線的高度； 相應(yīng)地，所述“在所述第一導(dǎo)電層上鍍壓電材料種子層，由壓電材料種子層生長(zhǎng)壓電納米線，從而形成壓電納米線陣列”的步驟，以及所述“在所述壓電納米線陣列上覆蓋第一高分子絕緣層”的步驟具體為:在所述第一導(dǎo)電層上沒(méi)有設(shè)置支撐部的區(qū)域鍍壓電材料種子層，由所述壓電材料種子層生長(zhǎng)壓電納米線，從而形成壓電納米線陣列；所述第一高分子絕緣層覆蓋于所述支撐部上。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任何一個(gè)所述的制作方法,其特征在于， 在涂覆第一高分子絕緣層之前，在所述壓電納米線陣列所位于的第一導(dǎo)電層側(cè)上鍍第二高分子絕緣層，使所述第二高分子絕緣層填充在所述壓電納米線陣列之間的間隙。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任何一個(gè)所述的制作方法,其特征在于， 在所述在第一導(dǎo)電層上鍍壓電材料種子層步驟之前還包括: 將第一導(dǎo)電層鍍?cè)诨咨稀?br> 11.一種納米超聲發(fā)生裝置，其特征在于，包括: 第一導(dǎo)電層； 第二導(dǎo)電層； 第一高分子絕緣層，其位于所述第二導(dǎo)電層的第一側(cè)表面上；以及壓電納米線陣列，其位于第一導(dǎo)電層的第一側(cè)表面和第一高分子絕緣層的第二側(cè)表面之間，且垂直生長(zhǎng)在所述第一高分子絕緣層的第二側(cè)表面上； 所述第一導(dǎo)電層與所述第二導(dǎo)電層連接外加交流電壓，使壓電納米線陣列振動(dòng)而能夠產(chǎn)生超聲波。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的納米超聲發(fā)生裝置，其特征在于，還包括: 多個(gè)支撐部，其設(shè)置在所述第一高分子絕緣層的第二側(cè)表面上且彼此之間具有一定的間隔，所述支撐部的高度高于壓電納米線陣列中納米線的高度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的納米超聲發(fā)生裝置，其特征在于，還包括: 第二高分子絕緣層，其填充在所述第一高分子絕緣層的第二側(cè)表面上生長(zhǎng)的壓電納米線陣列中的壓電納米線之間，以穩(wěn)固所述壓電納米線陣列中的納米線。
14.根據(jù)權(quán)利要求11-13中任何一項(xiàng)所述的納米超聲發(fā)生裝置，其特征在于，還包括: 基底， 其中，所述第二導(dǎo)電層鍍?cè)谠摶咨稀?br> 15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的納米超聲發(fā)生裝置，其特征在于， 所述交流電壓的功率為5-100W，頻率為ΙΚΗζ-ΙΟΜΚΗζ。
16.一種制作權(quán)利要求11所述的納米超聲發(fā)生裝置的方法，其特征在于，包括如下步驟: 在第二導(dǎo)電層上鍍第一高分子絕緣層； 在第一高分子絕緣層上鍍壓電材料種子層，由所述壓電材料種子層生長(zhǎng)壓電納米線，從而形成壓電納米線陣列； 在所述壓電納米線陣列上鍍第一導(dǎo)電層； 所述第一導(dǎo)電層與所述第二導(dǎo)電層能夠連接外接交流電源，使壓電納米線陣列振動(dòng)而發(fā)出超聲波。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制作方法，其特征在于， 在第一高分子絕緣層上鍍壓電材料種子層步驟之前還包括步驟:在所述第一高分子絕緣層上蝕刻多個(gè)彼此之間具有一定間隔的支撐部，其中，所述支撐部的高度高于壓電納米線陣列中納米線的高度； 相應(yīng)地，所述在第一高分子絕緣層上鍍壓電材料種子層，由所述壓電材料種子層生長(zhǎng)壓電納米線，從而形成壓電納米線陣列的步驟，以及在所述壓電納米線陣列上鍍第一導(dǎo)電層的步驟具體為:在所述第一高分子絕緣層上沒(méi)有設(shè)置支撐部的區(qū)域鍍壓電材料種子層，由所述壓電材料種子層生長(zhǎng)壓電納米線，從而形成壓電納米線陣列；以及在所述支撐部上鍍第一導(dǎo)電層。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述制作方法，其特征在于， 在鍍第一導(dǎo)電層之前，在所述壓電納米線陣列所位于的第一高分子絕緣層側(cè)上鍍第二高分子絕緣層，使所述第二高分子絕緣層填充在所述壓電納米線陣列之間的間隙。
19.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的制作方法，其特征在于， 在所述在第二導(dǎo)電層上鍍第一高分子絕緣層步驟之前還包括: 將第二導(dǎo)電層鍍?cè)诨咨稀?br> 20.一種離子導(dǎo)入裝置，其特征在于，包括: 第一導(dǎo)電層; 第一高分子絕緣層，其第一側(cè)表面朝著第一導(dǎo)電層而鍍?cè)诘谝粚?dǎo)電層上；以及 壓電納米線陣列，其垂直生長(zhǎng)在所述第一高分子絕緣層的第二側(cè)表面上； 其中，當(dāng)壓電納米線陣列接觸涂敷有欲導(dǎo)入的離子的人體皮膚時(shí)，在所述第一導(dǎo)電層與人體皮膚之間外加交流電壓，使壓電納米線陣列振動(dòng)而產(chǎn)生超聲波，從而將欲導(dǎo)入的離子導(dǎo)入人體皮膚。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的離子導(dǎo)入裝置，其特征在于，還包括: 第二高分子絕緣層，其填充在所述第一高分子絕緣層的第二側(cè)表面上生長(zhǎng)的壓電納米線陣列中的壓電納米線之中，以穩(wěn)固所述壓電納米線陣列中的納米線。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的離子導(dǎo)入裝置，其特征在于，還包括: 基底， 其中，所述第一導(dǎo)電層鍍?cè)谠摶咨稀?br> 【文檔編號(hào)】B06B1/06GK103567136SQ201210273171
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月2日
【發(fā)明者】李澤堂, 原超, 劉紅閣 申請(qǐng)人:納米新能源（唐山）有限責(zé)任公司