CN105668508A - 利用线性振动实现受控微纳沟道刻蚀及纳米切割的超声装置及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用线性振动实现受控微纳沟道刻蚀及纳米切割的超声装置及其工作方法，超声装置包括振动传递部件及设置于振动传递部件上的压电元件和微切割刀具，该超声装置利用超声换能器产生线性振动，通过振动传递部件驱动微切割刀具对加工工件表面进行微纳沟道的可控刻蚀。在进行受控刻蚀时，该装置对被加工工件表面的导电性没有要求，在刻蚀过程中无需模板，通过配合三维移动平台，对刻蚀路径的规划即可实现，适合于进行柔性制造,小批量生产，针对个性化定制。该基于线性振动的纳米切割方法利用水分子固定被切割物体。另外，由于采用压电材料励振和无旋转部件，本发明具有小型化、易清洁、结构简单、设备投资较少和可靠性好等优点。

Description

利用线性振动实现受控微纳沟道刻蚀及纳米切割的超声装置及其工作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用线性振动实现受控微纳沟道刻蚀及纳米切割的超声装置及其工作方法，其属于超声应用领域及微纳米机械加工领域。
背景技术：
随着纳米科技及纳米材料科学的快速发展，如何进行纳米加工等已经成为现在科学研究的重要课题，如何以高效率、低成本和无热损伤的方式进行可控微纳结构的制造，如微纳槽刻蚀及纳米切割是我们面临的重大技术课题。理想的刻蚀工艺必须具有以下特点：加工批量大，控制容易，成本低，对环境污染少，适用于工业生产。而微纳切割在现代微加工中变得越来越重要，尤其是在高精度加工和高价值产品的加工中。成本控制和设备的批量化生产，是现今微纳制造领域所面临的问题。
因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。
发明内容：
本发明提供一种利用线性振动实现受控微纳沟道刻蚀及纳米切割的超声装置及其工作方法，该装置利用嵌有压电元件和与其相连接的振动传递部件在某些频率下产生线性振动，传递到微刀具上，可以进行可控微纳槽的刻蚀，并可以对纳米线进行切割。
本发明采用如下技术方案：一种利用线性振动实现受控微纳沟道刻蚀及纳米切割的超声装置，包括振动传递部件、设置于振动传递部件上的压电元件及设置于振动传递部件一末端部的微切割刀具，所述振动传递部件夹持于三维移动平台上以实现加工图案的多样化，被切割物体通过水分子间作用力固定于硅基板上。
进一步地，所述振动传递部件为圆柱、圆锥、方形柱、三角形柱形状。
进一步地，所述微切割刀具为多面体、曲面体形状。
本发明还采用如下技术方案：一种利用线性振动实现受控微纳沟道刻蚀及纳米切割的超声装置的工作方法，包括如下步骤：
步骤一：将被切割物体通过水分子固定于硅基板上；
步骤二：将压电元件粘贴在振动传递部件的一末端部上；
步骤三：外界正弦交流电信号激励下压电元件出现周期性振动，振动通过振动传递部件传递到微切割刀具上，微切割刀具产生线性振动；
步骤四：超声装置利用线性振动进行切割。
本发明具有如下有益效果：本发明利用线性振动实现受控微纳沟道刻蚀及纳米切割的超声装置依靠压电元件的线性振动可进行微纳槽的可控刻蚀，并可以对纳米线进行切割。本发明利用线性振动实现受控微纳沟道刻蚀及纳米切割的超声装置对被切割物体或被刻蚀表面的电学性能没有要求，另外，由于采用压电材料励振和无旋转部件，本发明涉及到的装置具有小型化、易清洁和可靠性好等优点，无需包括复杂的机械、电气和真空装置，因此这种工艺的设备投资是不昂贵的。
附图说明：
图1为本发明利用线性振动实现受控微纳沟道刻蚀及纳米切割的超声装置的结构示意图。
图2为本发明利用线性振动实现受控微纳沟道刻蚀及纳米切割的超声装置的流程图。
其中：
1-振动传递部件、2-压电元件、3-微切割刀具。
具体实施方式：
请参照图1所示，本发明利用线性振动实现受控微纳沟道刻蚀及纳米切割的超声装置包括振动传递部件1、设置(粘贴)于振动传递部件1上的压电元件2及设置(粘贴)于振动传递部件1一末端部的微切割刀具3。其中振动传递部件1夹持于三维移动平台上以实现加工图案的多样化，被切割物体(如纳米线)通过水分子间作用力固定于硅基板上。
其中压电元件2设置于振动传递部件1的一侧。其中振动传递部件1可以为圆柱、圆锥、方形柱、三角形柱等多种形状。微切割刀具3可以为多面体、曲面体等多种形状。
本发明利用线性振动实现受控微纳沟道刻蚀及纳米切割的超声装置的工作方法，包括如下步骤：
步骤一：将被切割物体(如纳米线)通过水分子固定于硅基板上；
步骤二：将压电元件2粘贴在振动传递部件1的一末端部上；
步骤三：外界正弦交流电信号激励下压电元件2出现周期性振动，振动通过振动传递部件1传递到微切割刀具3上，微切割刀具3产生线性振动；
步骤四：超声装置利用线性振动进行切割。
本发明利用线性振动实现受控微纳沟道刻蚀及纳米切割的超声装置的工作方法是利用超声振动产生的驱动力在某些频率下微探针产生线性往复运动对加工工件表面进行受控微纳沟道刻蚀及对纳米线进行切割。
其中振动传递部件1及微切割刀具3为固体材料，压电元件2与振动传递部件表面刚性连接,加工工件为固体材料，压电元件2和振动传递部件1不与加工工件接触，微切割刀具3与加工工件表面接触并进行刻蚀。加工工件的被加工表面与液体或空气接触。
下面借助于一个实施例说明本发明利用线性振动进行纳米切割，并可以实现受控微纳沟道刻蚀超声装置及其刻蚀与切割方法，下述实施例中，压电元件2的尺寸为10*10*1mm,压电元件2左端粘贴于距离振动传递部件1左末端11mm处，居中放置，振动传递部件1的尺寸为70*0.8(直径)mm，材料为钢。
压电元件2作为驱动部件，在外界正弦交流电信号激励下驱动时，由于逆压电效应，压电片出现周期性形变。
试验中流程图如图2所示。
a.制备带有钨微针尖的器件。如图2中201所示。
b.将被加工工件置于显微镜工作平台上，再将振动传递部件1根部固定在三维移动平台上。如图2中202所示。
c.移动钨微针尖靠近被加工表面。如图2中203所示。
d.工作器件加超声频率的正弦信号交流电。如图2中204所示。
e.通过三维移动平台进行受控刻蚀。如图2中205所示。
f.关闭信号源。如图2中206所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种利用线性振动实现受控微纳沟道刻蚀及纳米切割的超声装置，其特征在于：包括振动传递部件(1)、设置于振动传递部件(1)上的压电元件(2)及设置于振动传递部件(1)一末端部的微切割刀具(3)，所述振动传递部件(1)夹持于三维移动平台上以实现加工图案的多样化，被切割物体通过水分子间作用力固定于硅基板上。
2.如权利要求1所述的利用线性振动实现受控微纳沟道刻蚀及纳米切割的超声装置，其特征在于：所述振动传递部件(1)为圆柱、圆锥、方形柱、三角形柱形状。
3.如权利要求1所述的利用线性振动实现受控微纳沟道刻蚀及纳米切割的超声装置，其特征在于：所述微切割刀具(3)为多面体、曲面体形状。
4.一种如权利要求1所述的利用线性振动实现受控微纳沟道刻蚀及纳米切割的超声装置的工作方法，其特征在于：包括如下步骤
步骤一：将被切割物体通过水分子固定于硅基板上；
步骤二：将压电元件(2)粘贴在振动传递部件(1)的一末端部上；
步骤三：外界正弦交流电信号激励下压电元件(2)出现周期性振动，振动通过振动传递部件(1)传递到微切割刀具(3)上，微切割刀具(3)产生线性振动；
步骤四：超声装置利用线性振动进行切割。
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