[发明专利]一种基于表面张力的微尺度驱动方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于表面张力的微尺度驱动方法和装置。

背景技术

微电子机械系统(MEMS)在近年来一直是国际学术界以及产业界最为热点的研究领域。MEMS器件功能强大，体积小、成本低，便携并且低能耗，具有常规传感器、执行器所不具备的优势。

近年来MEMS系统已经在生物医药、汽车、手机等众多直接关系人民生活的领域做出了骄人的成绩，在近年来热议的物联网体系中也是至关重要的一个关键环节。

为了实现MEMS器件的多种功能，需要各种驱动力让可动的微尺度器件运动起来。在常见的MEMS器件中，电场力是最重要最广泛使用的驱动力。除此之外，电热作用、电磁力、压电效应也是MEMS中常见的驱动作用。

但是，这些已有MEMS器件驱动作用存在一个共同的弱点，那就是驱动能力比较低。以最常见的平行板电容驱动器为例，驱动力由如下公式描述：

FE=ϵV2S2d2]]>

其中，ε表示空气介电常数，V表示电压，S表示电极面积，d表示电极间距。如果取常见100μm边长正方形电极为例，电极间距去5μm，电压去10V，那么电场力计算得到FE＝0.177μN。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于表面张力的微尺度驱动方法和装置，能够提供更大的微驱动力。

本发明提供的一种基于表面张力的微尺度驱动方法是：在具有适当厚度的柔性悬臂梁的表面形成一层亲液层，然后在该亲液层上滴上预定量的液滴；所述液滴在表面张力的作用下将悬臂梁弯曲一定的角度，从而使所述悬臂梁的端部翘起预定的高度。

优选地，在所述悬臂梁的表面还形成有一层疏液层，该疏液层位于靠近所述悬臂梁的端部的位置。

优选地，所述悬臂梁为具有适当长宽高的SiN。

优选地，所述亲液层为亲水SiO₂、Al或Au材料其中的一种或一种以上，所述疏液层为疏水Parylene、Teflon、PDMS(聚二甲基硅氧烷)材料其中的一种或一种以上，所述液滴为水、乙醇、硅油材料其中的一种或一种以上。

本发明提供的一种基于表面张力的微尺度驱动装置，该装置包括：形成在基底表面的柔性悬臂梁，该悬臂梁具有适当的长度、宽度和高度，在所述悬臂梁的表面形成有一层亲液层；通过在该亲液层上滴上预定量的液滴，所述液滴在表面张力的作用下将悬臂梁弯曲一定的角度，从而使所述悬臂梁的端部翘起预定的高度。

优选地，在所述悬臂梁的表面还形成有一层疏液层，该疏液层位于靠近所述悬臂梁的端部的位置。

优选地，所述亲液层为亲水SiO₂、Al或Au材料其中的一种或一种以上，所述疏液层为疏水Parylene、Teflon、PDMS(聚二甲基硅氧烷)材料其中的一种或一种以上，所述液滴为水、乙醇、硅油材料其中的一种或一种以上。

本发明通过采用液滴与亲液层的表面之间的张力来驱动柔性悬臂梁弯曲，从而能够为微电子机械系统提供更大的微驱动力。

附图说明

图1a～j为本发明悬臂梁表面张力驱动的形成过程示意图；

图2a、b为本发明悬臂梁在滴上液滴前、后的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

本发明的表面驱动原理如下：

表面张力驱动下的驱动力计算公式为：

F_γ＝γ_lvlsinθ

其中，γ_lv表示液-气界面张力(液体表面张力)，l表示固液接触线长度，