[发明专利]基于微机电系统的阵列剥离技术

说明书

技术领域

本发明属于微机电系统，具体涉及一种基于微机电系统的材料断裂、剥离方法。

技术背景

材料在外部载荷的作用下会产生变形或断裂。其中，变形可能是弹性变形、滞弹性变形或者蠕变；断裂则可能是瞬间断裂或者是疲劳断裂。无论产生变形还是断裂都会对材料的应用造成影响或存在安全隐患。然而，在某些特殊的场合，却往往需要对材料进行快速、及时的断裂、剥离处理。例如，在应急需要逃离汽车或火车的情况下，就需要及时破坏车窗的玻璃进行逃生。目前采用的方法是人工撞击或借助于机械打击，这种方式既有对人体机能要求的局限性，同时又存在不安全因素。因此寻找一种可控、环保、安全、快速的材料断裂、剥离的新技术具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于微机电系统对材料进行可控、环保、安全、快速的阵列断裂或阵列剥离技术方法。

本发明通过下述技术方案予以实现。发明的原理如图1所示。微机电系统简称MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems的缩写)，是指集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源等于一体的微型机电系统。利用MEMS微加工技术(如激光光刻加工技术)可以在待断裂或待剥离材料内表面加工多个微孔，构成微孔阵列。该阵列中的各微孔之间均通过环形微电极相互连通，电极连接原理图如图2所示。环形微电极由外环微电极和内环微电极组成，内、外环微电极分别与阵列中各个微孔相互连通。在开关的控制作用下，经电脉冲点火电路可在内、外环微电极之间产生瞬间电脉冲，用于对可控膨胀材料进行点火。可控膨胀材料是指膨胀时间和膨胀量可控的膨胀材料，具备可加工性和受控敏感膨胀的特性。当需要对待断裂或待剥离材料进行紧急处理时(如车窗的玻璃)，闭合控制开关，两微电极之间的电脉冲对微孔内的可控膨胀材料或称之为“微爆粒药”点火，因为微爆粒药附着或镶嵌在材料微孔内，所以点火会瞬间膨胀，所以导致待断裂或待剥离材料内部的作用张力瞬间增大，当该作用张力远大于待断裂或待剥离材料的抗拉强度时，材料开始断裂、剥离，而且断裂和剥离是沿着微孔阵列的分布形式的方向进行。

附图说明

图1是本发明标有四个阵列的微孔结构简图。

图2是微机电系统环形电极连接原理图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明做进一步的说明。

待断裂材料1的内表面加工多个微孔3，各个微孔之间通过环形微电极相互连通，构成微孔阵列2。环形微电极由外环微电极4和内环微电极5构成，可控膨胀材料附着或镶嵌在每个微孔3的内部。由控制开关7接通电脉冲点火电路6，使环形微电极间瞬间产生电脉冲对可控膨胀材料点火施爆，实现待断裂材料1瞬间的断裂或剥离。对于本实施例选用的可控膨胀材料是硝胺微爆粒药，也可以选用其它微爆粒药。待断裂材料1可以由单层构成也可以由多层构成，每层的结构相同。每层各个微孔之间的环形微电极相互连通，电脉冲点火可使多层断裂材料逐层断裂或剥离。每个微机电系统微孔阵列2的分布形式可以是矩形、圆形、棱形、三角形或椭圆形。

本实施例的待断裂材料以大客车汽车玻璃为例(如图1)。将车内的每块玻璃表面划分成2×2阵列区域，在每个区域内，利用飞秒激光器在玻璃的内表面加工30个MEMS级微孔，所有微孔整体布局呈圆形，用三倍频激光器对玻璃内表面直接刻蚀并埋入微电极，形成环形微电极(如图2，包括外环微电极和内环微电极)，各微孔通过外环电极和内环电极连通，借助于显微视觉MEMS微装配系统，在各微孔内部镶嵌硝胺微爆粒药，镶嵌的微爆粒药尺度小于玻璃厚度的1％，所以对玻璃的透视特性不产生任何影响。当需要在应急情况下迅速破窗时，闭合控制开关，电脉冲点火电路被接通，此时在外环微电极和内环微电极之间产生电脉冲，微爆粒药瞬间的膨胀力作用于汽车玻璃表面，玻璃断裂将沿着微孔阵列矩形布局方向瞬间断裂剥离，进而实现迅速逃离。

本发明的特点和有益之处在于：既利用了可控膨胀材料的受控敏感膨胀的特性，又利用了微机电系统的控制灵敏度高的特点，二者优点结合，实现了可控、环保、安全、快速的材料断裂和剥离；另外由于微机电系统小型化程度高的特点，更便于集成和安装，工程性较好。