[发明专利]一种用于微纳尺度多级结构装配的方法及其验证方法

权利要求书

1.一种用于微纳尺度多级结构装配的方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一：利用有限元软件建立上层二维薄膜结构以及下层二维薄膜结构的几何模型；且上层二维薄膜结构的端部设计为粘接部分，具备粘接性能；所述的上层以及下层二维薄膜结构包括高分子聚合物薄膜、半导体、金属薄膜以及高分子、金属、半导体复合薄膜结构；

步骤二：利用有限元软件自带的线性摄动分析，求出上层二维薄膜结构的屈曲模态和对应的加载值，并将这些参数作为结构的初始缺陷施加在上层二维薄膜结构上；

步骤三：对结构施加压缩载荷使得上层二维薄膜结构压缩变形，结构发生一次屈曲，形成一级屈曲结构；

步骤四：将步骤三中的一级屈曲结构的粘接部分与下层二维薄膜结构设置为“绑定”状态，即，一级屈曲结构、下层二维薄膜结构二者之间不会发生分离或界面滑移；

步骤五：释放掉施加的压缩载荷，移除硅胶基体，使得结构自由变形，结构发生二次屈曲，上层二维薄膜结构和下层二维薄膜结构同时变形，变形后由上层二维薄膜结构和下层二维薄膜结构直接形成能够准确预计变形量的多级装配结构。

2.根据权利要求1所述的一种用于微纳尺度多级结构装配的方法，其特征在于，所述的变形量是在多级结构装配后，由下层二维薄膜结构变形程度的量化公式得到，公式如下：

其中，H表示下层二维薄膜结构屈曲后的平均面外变形，变形沿竖直方向变形；E和T分别代表上层以及下层二维薄膜结构薄膜材料的杨氏模量和厚度，下标“top”和“bot”分别代表上层和下层二维薄膜结构；式中右侧第二项视为上下层二维薄膜结构的抗弯刚度的比值；ε_comp为压缩载荷；a和b是和结构几何尺寸相关的常数。

3.根据权利要求1所述的一种用于微纳尺度多级结构装配的方法，其特征在于，在步骤一中：首先利用结构屈曲诱导的三维装配方法，利用硅胶基体将上层二维薄膜结构由平面状态转变为三维屈曲结构；然后利用背光投影技术，在一级屈曲结构的底部生长一层新的平面结构，即下层二维薄膜结构，

通过控制紫外光照时间，控制下层二维薄膜结构的厚度达到设计厚度。

4.根据权利要求3所述的一种用于微纳尺度多级结构装配的方法，其特征在于，所述的上层二维薄膜结构由平面状态转变为三维屈曲结构具体步骤为：

对硅胶基体施加两个正交方向的均匀预拉伸；再将上层二维薄膜结构的粘接部分与预拉伸后的硅胶基体粘接在一起，之后释放硅胶基体中的预拉伸，结构会随着硅胶基体的收缩，由二维结构转变为三维结构。

5.根据权利要求3所述的一种用于微纳尺度多级结构装配的方法，其特征在于，所述的下层二维薄膜结构的材料采用光敏环氧树脂SU8。

6.根据权利要求1所述的一种用于微纳尺度多级结构装配的方法，其特征在于，所述的上层二维薄膜结构施加压缩载荷后压缩变形范围在0～300％。

7.一种根据权利要求1～6任一项所述的用于微纳尺度多级结构装配方法的验证方法，其特征在于，具体步骤为：

1)利用自动刻字机将不同厚度的高分子材料薄膜、金属，或者高分子和金属复合薄膜割成有限元软件设计的上层二维薄膜结构以及下层二维薄膜结构；

2)然后将下层二维薄膜结构粘接在一层水溶性胶带上，再将上层二维薄膜结构的屈曲结构的粘接部分粘在下层二维薄膜结构的表面，室温条件下静置5-60分钟至胶结处完全凝固；

3)最后将结构整体放置于75-85摄氏度的恒温水浴中，浸泡40分钟，结构与水溶性胶带脱离，形成多级装配结构，将其与利用有限元软件设计的多级装配结构进行对比验证。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的高分子材料薄膜为聚酰亚胺薄膜。