Summary
이 연구에서 우리는 유연한 3D 메쉬 구조를 조작 하 고 출력을 증가 하 고 공 진 주파수를 낮추는 목적 bimorph 캔틸레버 형 진동 에너지 수확의 탄성 레이어에 적용.
Abstract
이 연구에서 우리는 3D 리소 그래피 방법을 사용 하 여 낮은 공 진 주파수와 출력 증가를 진동 에너지 수확기에 그것을 적용 하 여 정기적인 무효와 유연한 3D 메쉬 구조를 조작. 제조 공정은 주로 두 부분으로 분할 된다: 3D 메쉬 구조와 압 전 필름의 접합 과정 및 메쉬 구조 처리를 위한 3 차원 사진 평판. 조작된 유연한 메쉬 구조와 함께 우리 달성 공명 주파수의 감소와 출력 전력의 개선을 동시에. 진동 테스트의 결과에서 메쉬 코어 타입 진동 에너지 수확 (VEH) 42.6% 솔리드 코어 타입 VEH 보다 더 높은 출력 전압을 전시. 또한, 메쉬 코어 타입 VEH 나왔고 공명 주파수, 솔리드 코어 타입 VEH 보다 15.8%의 18.7 Hz 및 68.5% 솔리드 코어 타입 VEH 보다 높은 출력의 24.6 μW. 제안된 된 방법의 장점은 그 복잡 하 고 유연한 구조와 3 차원에서 기 날조 될 수 있다 비교적 쉽게 짧은 시간에 경사 노출 방법으로. 메쉬 구조는 VEH의 공명 주파수 낮은, 착용 형 장치 및 집 가전 제품 등 낮은 주파수 응용 프로그램에서 사용 하는 미래에 예상 될 수 있다.
Introduction
최근 몇 년 동안, VEHs는 무선 센서 네트워크와 사물의 인터넷 (IoT) 응용 프로그램1,2,,34, 구현 하기 위한 센서 노드 전력 공급으로 많은 관심을 모으고 5,6,,78. VEHs에 에너지 변환의 여러 종류 중에서 압 전 형식 변환 높은 출력 전압을 제공합니다. 변환의이 유형은 이다 또한 미세 기술로 그것의 높은 친 화력 때문에 소형화에 적합. 이러한 매력적인 기능으로 인해 많은 압 전 VEHs 개발 된 압 전 세라믹 재료 및 유기 폴리머 재료9,10,11,12,를 사용 하 여 13.
세라믹 VEHs, 외팔보 형 VEHs 압 (리드 타이타늄 zirconate)는 널리-고성능 압 전 재료를 사용 하 여 보고14,15,,1617,18에 VEHs 종종 고효율 발전소를 공명을 사용 합니다. 일반적으로, 공명 주파수 장치 크기의 소형화와 함께 증가, 소형화 및 낮은 공 진 주파수를 동시에 달성 하기 어렵습니다. 따라서, 비록 압이 높은 전력 세대 성능, 그것은 소형 압 기반 장치 개발 nanoribbon 어셈블리19,20, 같은 특별 한 처리 없이 낮은 주파수 대역에서 작동 하는 때문에 어렵다 압은 높은 강성 소재. 불행히도, 가전, 인간의 움직임, 건물, 교량 등 우리의 주변 진동 낮은 주파수, 30 Hz21,,2223미만에서 주로 있다. 따라서, 낮은 주파수와 작은 크기에 그것의 높은 전력 생성 효율 VEHs 낮은 주파수 응용 프로그램에 이상적입니다.
낮은 공 진 주파수는 가장 쉬운 방법은 캔틸레버의 팁의 대량 체중 증가입니다. 고밀도 물자 끝에 연결로 모든 필수, 제작은 간단 하 고 쉽게 이다. 그러나, 무거운 질량, 더 깨지기 쉬운 장치 된다. 주파수를 낮추는의 또 다른 방법은 캔틸레버24,25길게 하 이다. 메서드에서 무료 끝에 고정된 끝에서 거리는 2 차원 meandered 모양에 의해 확장 됩니다. 실리콘 기판 meandered 구조를 조작 하는 반도체 제조 기술을 사용 하 여 에칭 이다. 방법은 공 진 주파수를 낮추는 효과가 있지만 압 전 재료의 감소와, 따라서, 얻을 수 있는 출력 전력 감소. 또한, 고정 된 끝의 부근은 깨지기 쉬운 단점이 있다. 낮은 주파수 VEH 등 일부 폴리머 장치에 관한 유연한 압 전 폴리머 PVDF는 자주 사용 한다. PVDF는 일반적으로 스핀 코팅 방법으로 코팅 하 고 영화는 얇은, 공명 주파수는 낮은 강성26,27때문에 줄어들 수 있다. 필름 두께 몇 미크론을 서브 미크론의 범위에서 제어할 수 있는, 달성 가능한 출력은 작은 얇은 두께 때문에. 따라서, 주파수는 감소 될 수 있다, 하는 경우에 우리는 충분 한 발전을 가져올 수 없습니다 고 그래서, 실용적인 응용 프로그램은 어렵습니다.
여기, 우리는 bimorph 형 압 전 캔틸레버 (압 전 층 및 탄성 층의 1 층의 2 개의 층으로 구성 된) 스트레칭 개선에 대 한 치료를 받게 되었습니다 이미 두 유연한 압 전 폴리머 시트와 제안 압 전 특성. 또한, 우리는 공 진 주파수를 줄이고 힘을 동시에 향상을 bimorph 캔틸레버의 탄성 층에서 유연한 3D 메쉬 구조를 채택 한다. 우리는 짧은 시간에 높은 정밀 미세 패턴을 조작 가능 하기 때문에 경사 뒷면 노출 방법28,29 를 이용 하 여 3D 메쉬 구조를 조작. 3D 인쇄는 또한 3D 메쉬 구조를 조작 하는 후보, 처리량이 낮은, 그리고 3D 프린터 사진 평판 가공 정확도30,31에 게 열 등입니다. 따라서, 본이 연구에서는 경사 뒷면 노출 방법 미세 3D 메쉬 구조에 대 한 방법으로 채택 된다.
Protocol
1입니다. 3D 메쉬 구조의 제조
- 유리 기판의 청소
- 30 m m x 40 m m 유리 기판 준비.
- 황산의 따르는 150 mL 피 솔루션 준비 (농도: 96%) 으로 유리 비 커. 다음 과산화 수소 솔루션 50 mL를 부드럽게 추가 (농도: 30%). 황산 산: 수소 과산화 수소 물 볼륨 비율 3:1 인지 확인 합니다.
- 보호 안경 및 안전에 대 한 솔루션을 붓는 동안 의류를 착용.
- 청소를 위해 테 플 론 지 그에서 유리 기판을 설정 합니다. 다음 1 분 동안 피 라 솔루션에 그것을 담가.
- 1 분 침수 피 솔루션에서 후 린스 순수한 물으로 2-3 번 씻어 유리 기판 (오버플로 2-3 회).
- 공기 타격으로 유리 기판에 물 방울을 제거 합니다.
- 유리 기판에 뒷면 노출에 대 한 Cr 마스크 패턴의 패턴
- RF (라디오 주파수) 마 그 네트 론 스퍼터 링 시스템의 챔버에 유리 기판을 설정 합니다. RF 전력 250 W, Ar 가스의 유량 12 SCCM, 0.5 챔버 압력 설정 Pa, 및 11 분에 스퍼터 링 시간. 다음 RF 마 그 네트 론 스퍼터 링에 의해 유리 기판에 크롬 영화의 100-200 nm를 형성 한다.
참고: 두께 제어 됩니다 스퍼터 링으로 스퍼터 링 속도 상태를 고려. - Spin coater 챔버에 기판 고정 무대에서 설정 합니다. 크롬 필름에 긍정적인 감광 제 S1813를 삭제 하 고 30에 대 한 4000 rpm 스핀 코팅에 의해 1-2 μ m의 얇은 필름 코트 s.
- 감광 제 코팅 기판 건조는 저항 하는 뜨거운 접시에 1 분 동안 115 ° C에서 구워.
- 문의 포토 마스크와 감광 제 코팅 기판. UV는 포토 마스크를 수직으로 빛을 노출 합니다. 노출 복용량은 80 mJ/cm2및 파장은 405 nm. 그림 1에 표시 된 포토 마스크를 사용 합니다.
- 2 개의 500 mL 비 커를 준비 합니다. TMAH의 150ml를 붓는 다 (에틸 수산화: 2.38%, 용 매: 물)으로 한 비 커와 부 크롬 etchant의 150 mL (Cerium(IV) 질 산 암모늄: 16%, 질소 산: 8%) 에 비 커.
- TMAH 솔루션의 150 ml에서 기판 담가 그리고 30에 대 한 포토 레지스트를 개발 1 분 s.
- 순수한 물으로 기판 린스.
- 크롬 에칭 솔루션의 150ml에서 기판 담가 그리고 약 1 ~ 2 분에 대 한 크롬 에칭.
- 순수한 물으로 기판 린스를 공기 타격으로 물방울을 제거 합니다.
- 황산의 따르는 150 mL 피 솔루션 준비 (농도: 96%) 으로 유리 비 커. 다음 과산화 수소 솔루션 50 mL를 부드럽게 추가 (농도: 30%). 황산 산: 수소 과산화 수소 물 볼륨 비율 3:1 인지 확인 합니다.
참고: 솔루션을 붓는 동안 보호 안경, 의류, 및 안전을 위해 장갑을 착용 하십시오. 피 솔루션 잠시 후 활동을 잃을 것 이다, 그래서 각 시간을 준비. - 유리 기판 청소를 위해 테 플 론 지 그 장소. 다음, 15-30 s는 포토 레지스트 제거를 위한 피 솔루션에 그것을 담가.
- RF (라디오 주파수) 마 그 네트 론 스퍼터 링 시스템의 챔버에 유리 기판을 설정 합니다. RF 전력 250 W, Ar 가스의 유량 12 SCCM, 0.5 챔버 압력 설정 Pa, 및 11 분에 스퍼터 링 시간. 다음 RF 마 그 네트 론 스퍼터 링에 의해 유리 기판에 크롬 영화의 100-200 nm를 형성 한다.
- 수-8 코팅에 대 한 준비
- Spin coater 챔버에 기판 고정 무대에서 설정 합니다. 아크릴 수 지 솔루션의 약 1 mL 드롭 (농도: 10%, 용 매: 톨루엔) 희생 층으로 조립된 구조를 공개 하는 기판의 크롬 패턴에. 다음, 30 2000 rpm 스핀 코팅 하 여 박막을 형성 s.
- 10 분 동안 100 ° C에서 구워.
- 수-8 스프레이 코팅
- 스프레이 coater를 시작 하 고 청소를 위해 주사기에 아세톤 솔루션을 붓는 다.
- 깨끗 하 고 아세톤 솔루션을 분사 하 여 스프레이 노즐 내부의 잔류물을 제거.
참고: 청소 충분 하지 않으면, 그것은 살포 시 막힘을 리드. 두 번 신중 하 게 청소 하려면이 단계를 반복 합니다. - 스프레이 coater에서 연결 된 접시에 기질을 설정 합니다.
- 기질 지 비드를 방지 하기 위해 지 커버 커버.
- 부정적인 감광 수 8 3005 주사기에 부 어.
- 설정 노즐 직경 5mm, 노즐 이동 속도 120 m m/s, 150 kPa, 60 kPa에 유체 압력, 노즐, 40mm, 기판 사이의 거리를 무화 압력 3 m m 피치 거리 및 45 각 계층에 대 한 간격 시간 s. 스프레이 수-8 다층 기판에. 같은 방법으로 코팅 10 회를 반복 한다.
- 코팅 후 5 분 동안 서 서 기판 두고 10 번.
참고: 서 시간 동안 수 8 필름은 균일 하 게 평평 하 게 하 고 혼합 스프레이 코팅 시 공기 방울 해제 됩니다. - 60 분 동안 95 ° C에서 철판에 구워.
- 마이크로미터를 10 층의 두께 측정 한다. 그런 다음 레이어 당 두께 계산 합니다.
- 스프레이 코팅 층 당 계산 된 필름 두께에서 대 한 반복의 나머지 수를 결정 합니다. 그런 다음 대상 필름 두께 달성 하기 위해 박막을 형성 하는 다층 스프레이. 이 연구에서 40 층 200 μ m 두께 대 한 적용 됩니다.
- 기판 다층 스프레이 코팅 후 5 분 동안 서 보자.
- 240 분 동안 95 ° C에서 철판에 구워.
- 60 분에 대 한 뜨거운 접시에 SU-8 코팅 기판을 두고 실내 온도를 천천히 냉각.
- 3D 메쉬 구조 형성
- 뒤집어 기판으로 기판 각도 조정 테이블에 배치 (즉, 수-8 영화 직면 하 고) 그림 2와 같이.
- 테이프와 기판의 가장자리를 수정 합니다.
- 45 °에 조정 테이블의 각도 기울기.
참고: 0 ° 수평 상태에서 기판은 의미 합니다. 이 시간에 각도 Snell의 법률, 감광 제, 공기의 굴절률의 굴절률에서 계산에 의해 결정 됩니다. 45 °의 입사 각도에서 해 여 64 °의 구조 각도와 메쉬 구조 조작 이다. - UV 광원 아래 각도 조정 테이블을 놓습니다.
- 150 mJ/cm2 의 노출 복용량과 365의 파장에서 기판에 UV 빛을 수직으로 적용 nm. 노출, 0 °에 조정 테이블의 각도 반환 하 고 반대 방향으로 45 ° 기울기. UV 빛 같은 방식으로 적용 됩니다.
참고: 그림 그림 3a, b에표시 됩니다. - 뜨거운 접시에 기질을 놓고 PEB (사후 노출 빵)에 대 한 95 ° C로 온도 설정 합니다. 8 분 동안 기판 온도가 95 ° c. 후 구워
- 핫 플레이트의 힘을 해제 합니다. 핫 플레이트의 온도 약 40 ° c.에 떨어질 때까지 기다려
- 수-8 개발자의 150 mL 500 mL 유리 비 커에 붓으십시오. 개발을 위한 테 플 론 지 그 기판을 설정 합니다.
- 또 다른 500 mL 유리 비 커에 소 프로 파 놀 (IPA)의 150 mL를 붓으십시오.
- 약 20 ~ 30 분 확인 경우 개발 시간이 충분 하지 않습니다, 그것은 메시 공 극의 부족 한 오프닝에 리드에 대 한 개발.
- IPA에 2 분 동안 린스 지 그와 기질 담가.
참고: 이면 수-8의 표면 분명히 흰색과 진흙 나타냅니다 개발 부족 한 것입니다. 이 경우, 개발 및 rinsing 다시 반복 합니다. 그림 3 c와 같이 완전 한 개발 후 메쉬 구조 형성 됩니다.
- 유리 기판에서 구조 분리
- 500 mL 유리 비 커에 톨루엔 솔루션의 150ml를 붓는 다. 톨루엔은 상 온에서 증발 하기 쉬운 때문에 알루미늄 호 일 비 커를 커버.
- 그림 3에서 같이 약 3-4 h. 아크릴 수 지의 희생 층 에칭 및 메쉬 구조와 수 8 구조는 기판에서 발표 하는 없는지 톨루엔 솔루션에서 기판을 담가.
- 기판에 공기 및 수 분을 제거. 그것은 단계 4.3에서에서 사용 될 때까지 a desiccator에 그것을 저장 합니다.
2입니다. 압 전 필름 준비
- PVDF 시트를 준비 합니다. 또한, 커팅 매트와 스테인레스 스틸 블레이드 커터 칼을 준비 합니다.
- 그림 3a와 같이 360 m m2 시트 (10 m m x 30 mm 캔틸레버와 6 m m x 10 m m 전기 연결에 대 한), 장치 모양에 PVDF 시트 밖으로 잘라.
- 셀 룰 로스와이 퍼로 페 트리 접시에 잘라 PVDF 필름을 놓습니다. desiccator에 그들을 저장 합니다.
3. 메쉬 구조와 압 전 필름 본딩 기판의 준비
- 주요 에이전트 PDMS의 원심 분리기 관으로 경화제의 1 mL의 10 mL를 붓고 (즉, 대략적인 볼륨 비율은 10:1).
- 원심 분리기 튜브 행성 교 반 및 기계 장치에 설정 하 고 두 솔루션 모두 1 분에 대 한 믹스.
- 2 개의 30 m m x 40 m m 유리 기판 준비.
- Spin coater 챔버에 유리 기판 고정 무대에서 설정 합니다. 유리 기판 위에 PDMS 솔루션을 드롭. 다음, 그림 3e에서처럼 4000 rpm, 스핀 코팅에 의해 PDMS 필름을 형성 합니다.
- PDMS 필름 건조 60 분 100 ° C에서 뜨거운 접시에 기질을 구워.
- 핫 플레이트의 힘을 해제 합니다. 핫 플레이트의 온도 약 40 ° c.에 떨어질 때까지 기다려
4입니다. bimorph 진동 에너지 수확의 제조
- 컷된 PVDF 영화 하나에 의해 두 개의 서로 다른 PDMS 기판에 그림 3 층에 같이 배치 합니다. 그들은 서로를 준수 그냥 두어서 PVDF 필름 PDMS의 표면에, 확인 하십시오. 주름 PVDF 필름에 보인다면, 롤러와 함께 그들을 확장.
참고:이 두 PVDF 영화 라고 PVDF flm1 및 PVDF flm2, 되며 두 PDMS 기판 PDMS sbs1 및 PDMS sbs2, 명확 하도록. - 수-8 3005 PDMS sbs1에 PVDF flm1 에 드롭. 다음, 4000 rpm 그림 3 g와 같이 스핀 코팅 하 여 SU-8 박막을 형성 한다.
참고:이 수호-8 박막 메쉬 구조와 PVDF flm1사이의 접착 층이 된다. 수-8 3005 삭제 되지 않았습니다 장소 배선 전력 확보에 사용 됩니다. - PVDF flm1 에 수 8 메쉬 구조를 놓고 그림 3 h와 같이 그들을 접착.
- 수-8 3005 PDMS sbs2에 PVDF flm2 에 드롭. 다음, 같은 방법으로 단계 4.2 4000 rpm 스핀 코팅 하 여 SU-8 박막 형태.
- PVDF flm2 PDMS sbs2 에서 벗기십시오 고 PVDF flm1, 그림 3i, j와 같이 그들을 준수에 SU-8 메쉬 구조 위에 놓습니다. 보 세 상태와 장치 desiccator 같은 낮은 습도와 컨테이너에 저장 합니다. 약 12 h 동안 두고.
- 보 세 3 층 PVDF flm1에서 최하위 계층 PVDF flm1 와 껍질의 하단 측면에 핀셋을 넣어, 수 8 메쉬 구조 및 PVDF flm2 동시에 기판에서 그림 3 k와 같이.
Representative Results
우리는 2 개의 층의 PVDF 필름 및 그림 4와 같이 수 8 메쉬 구조를 구성 하는 중간 계층의 구성 bimorph 형 VEH 조작. 상위 및 하위 PVDF의 전극 직렬 출력 전압을 얻을로 연결 됩니다. 광학 이미지와 두 SEM 이미지는 메쉬 구조와 탄력 있는 레이어입니다. 이미지에 따라 탄성 층 경사 뒷면 노출에 의해 처리 잘 3D 메쉬 패턴 개발 실패 없이 나타납니다.
그림 5 는 진동 테스트의 결과 보여 줍니다. 진동 테스트, 2 개의 VEHs에서에서-메쉬 코어와 솔리드 코어 구조와 다른 한-탄성 층으로 메쉬 코어 타입 VEH의 유효성을 확인 하려면 평가 됩니다. VEHs 진동 통에 설정 되며 1.96 m/s2 (0.2 G)의 진동 가속도. 메쉬-코어 형 및 솔리드 코어 타입 VEHs 정현파 출력 정현파 입력 동기화 했다. 메쉬 코어 타입 VEH 솔리드 코어 유형 VEH 보다 42.6%의 높은 출력 전압을 전시. 그림 5b 는 최대 출력 전력의 주파수 응답을 보여 줍니다. 메쉬 코어 타입 VEH 전시는 솔리드 코어 타입 VEH 보다 15.8%, 18.7 Hz의 공명 주파수 및 24.6 μW의 출력 전력 68.5% 솔리드 코어 타입 VEH 보다 높은.
그림 1: 3D 메쉬 코어 구조와 탄력 있는 레이어를 조작 하는 사진 평판에 대 한 포토 마스크 레이아웃. 포토 마스크는 두 부분이 있습니다. 하나, 클램핑에 대 한 지역 이며 메쉬 구조 패터 닝에 대 한 선 및 공간 패턴을 포함 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2: 경사 노출에 대 한 설정. UV 빛 각도 조정 테이블에 Cr 패턴으로 기울어지는 기판에 수직으로 노출 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3: 3 차원 메쉬 코어 구조와 수확기의 제작 과정 제안 된 압 전 진동 에너지 수확의 도식. 제조 공정 3 섹션으로 분할 될 수 있다: (한)-3D 메쉬 구조, (e)의 (d) 대표 제조 과정-(g) 대표는 유리 기판, 그리고 (h)에 PVDF 필름의 준비-(j ) bimorph 캔틸레버를 형성 하는 결합 프로세스를 나타냅니다. (이러한 수치는 골드 출판 오픈 액세스, 크리에이 티브 코몬즈 라이센스 하 고 [21]에서 수정 되었습니다.) 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 4: (a)는 조작된 bimorph 메쉬 코어 진동 에너지 수확, 3D 메쉬 코어 구조, (b) 횡단면 광학 이미지 (c)와 (d) SEM 이미지의 수 8 메쉬 코어 탄성 층의 사진. (이러한 수치는 골드 출판 오픈 액세스, 크리에이 티브 코몬즈 라이센스 하 고 [21]에서 수정 되었습니다.) 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 5: (a) 정현파 출력 전압의 최적 부하 저항에서 진동 주파수의 기능으로 각 공명 상태 (메쉬 코어 18.7 Hz, 솔리드 코어 22.2 Hz) 및 (b) 최대 출력 전력 부하 저항 (메쉬 코어 17 m ω, 솔리드 코어 13 m ω) 및 가속도 0.2 G. (이러한 수치는 골드 출판 오픈 액세스, 크리에이 티브 코몬즈 라이센스 하 고 [21]에서 수정 되었습니다.) 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
Discussion
3D의 성공적인 제작 메쉬 구조와 VEH 위에서 설명한 4 개의 중요 하 고 독특한 단계에 따라 제안 된 bimorph.
첫 번째 중요 한 단계는 뒷면 경사 노출을 사용 하 여 처리 합니다. 원칙적으로, 연락처 리소 그래피 기술을 사용 하 여 상부 표면에서 경사 노출 메쉬 구조 조작 가능 하다. 그러나, 뒷면 노출 선물 접촉 석판 보다 더 정확한 처리 정밀 하 고 개발 하는 동안 결함은,2829발생할 가능성이. 이 때문에 포토 레지스트는 포토 마스크 사이의 격차 감광 제 표면의 파형으로 인해 발생할 수 있습니다. 따라서, 빛의 회절과 격차 때문에 인하는 정밀도 처리. 따라서, 본이 연구에서는 우리 메쉬 구조 경사 뒷면 노출 방법을 사용 하 여 조작. 또한, 조작된 메쉬 구조의 구조 각도의 측정된 값은 약 65 °, 64 °의 설계 값과 비교 하 여 단지 1% 오류. 결과, 우리는 적절 한 메시 구조를 조작 하 경사 뒷면 노출 메서드를 적용 하는 결론.
두 번째 중요 한 단계는 수-8의 개발 과정입니다. 개발 하는 경우 메쉬 구조 고유의 유연성을 잃고 결함 발생 합니다. 두꺼운 수 8 필름을 개발, 일반적으로 10-15 분 사용 합니다. 그러나,이 개발 시간 3 차원 메쉬 구조의 개발에 대 한 충분 하지 않습니다. 3D 메쉬 구조 막 안에 많은 내부 공 극을가지고 있기 때문에 포토 리소 그래피에 의해 조작 2D 패턴에서 다릅니다. 개발 시간이 짧은 경우 메쉬 구조를 모방 하는 오류를 일으키는 내부 개발 진행 하지 않습니다. 즉, 그것은 비교적 긴 개발 시간, 20-30 분32를 적용 하는 데 필요한. 미세한 패턴 필요한 경우, 심지어 더 이상 개발 시간이 필요할 수 있습니다. 그러나, 그 당시, 우리 긴 개발 시간33으로 인 한 붓기를 고려해 야 합니다.
다음, PVDF 필름 및 수 8 메쉬 구조 접합 과정에서 형성 하는 PDMS 기판 악용 방법은 고유 합니다. 그것은 스핀 코팅을 가능 하 게 하 고, 그 결과, PVDF와 SU-8 수 쉽게 준수는 스핀 코팅 수 8 얇은 점착 층을 사용 하 여. PVDF와 SU-8 수 수 보 세, 심지어 상업적으로 사용 가능한 인스턴트 접착제를 사용 하 여. 그러나, 접착 소재 접착제 경화 후 견고 하 게. 또한, 인스턴트 접착제로 박막을 형성 하기 어렵다. 인스턴트 접착제의 두께가 큰 경우, 그것은 전체 장치의 강성을 증가할 것 이다. 공명 주파수에 있는 증가로 이끌어 낸다 강성 증가 (즉, 그것을 방지이 연구의 주요 목적은 공 진 주파수를 낮추는). 다른 한편으로, 접착 층 크게 영향을 주지 않습니다 증가 강성에 형성된 된 수 8 영화는 얇은 때문에 스핀 코팅에 의해 형성 수 8 박막을 사용 하 여. 또한, 메쉬 구조 수-8의 만든 접착 층에 대 한 동일한 자료를 사용 하 여 접착 강도 증가 수는. 그 때문에 SU-8 접착은 수-8 메쉬 구조와 PVDF 필름을 접착 시키는 충분 한 접착 력. 또한, 소자의 재현성 측면에서 그것은 것 접착 층으로 SU-8 박막을 사용 하 여 유용한 일정 필름 두께 스핀 코팅 필름 형성에 의해 실현 될 수 있다.
넷째, 수 8의 코팅 방법 독특한입니다. 우리 수 8 두꺼운 필름에 대 한 스프레이 다층 코팅 방법을 선택 했습니다. 스핀 코팅 하 여 두꺼운 막을 형성 수 있지만 큰 표면 파형 발생, 그리고 영화를 균일 하 게 코트 어렵다34. 다른 한편으로, 스프레이 멀티 코팅 메서드를 사용 하는 파형을 감소 하 고 기판34에 필름 두께의 오류를 표시 하지 않습니다. 특히, 주의 3 차원 메쉬 구조의 두께 비균일 때, 진동 특성 및 소자의 강성 부분적으로 증가 또는 감소 두께 의해 변경 되 있기 때문에 큰 파형을 주어질 필요가 있다.
원칙적에서으로 사진 평판 UV 빛을 사용 하 여 fabricable 모양 제한 됩니다. 그것은 사실 우리가 경사 노출을 사용 하 여 3D 메쉬 구조 등 복잡 한 구조를 조작 수 있습니다. 그러나, 필름 두께 방향으로 곡선된 모양 가진 3 차원 구조 등 임의의 셰이프는35,36형성 하기 어렵다. 3D 인쇄는 임의의 3 차원 모양, 생산할 수 있는 그리고 디자인은 유연. 그러나, 제조의 처리량이 낮은, 그리고 처리 정밀도 및 대량 생산은 포토 리소 그래피에 열 등. 따라서, 그것은 짧은 시간에 좋은 패턴 구조를 날조 적합 합니다. 또한, 3D CAD 데이터를 처리 하는 것이 필요, 그리고 그것은 3D 모델을 만드는 데 시간이 걸립니다. 다른 한편으로, 사진 평판, 경사 노출 방법에 특히 경우는 포토 마스크에 필요한 CAD 데이터는 2 차원, 그리고 디자인은 상대적으로 쉽습니다. 예를 들어 그림 3에서 보듯이 그냥 2D 선 및 공간 패턴, 3D 메쉬 구조에 대 한 지향된 디자인이입니다. 이 연구에서 이러한 사실을 감안 하면 우리는 유연한 3D 메쉬 구조를 개발 하는 3D 리소 그래피 기술을 악용.
이 연구에서 우리는 유연한 3D 메쉬 구조를 조작 하 고 낮추는 공명 주파수 증가 출력 하기 위해 bimorph 캔틸레버 형식의 VEH 탄성 레이어에 적용. 공 진 주파수를 낮추는 데 유용 제안된 된 방법 이므로, 진동 에너지 수확 착용 형 장치 등 낮은 주파수 응용 프로그램에 대 한 대상 공공 건물 및 다리, 하우스 기기 등에 센서 모니터링에 유용할 것 이다. 출력 전력의 추가 개선 사다리꼴 모양, 삼각형 모양, 및 이전 다른 논문37,,3839에 제안 된 두께 최적화를 결합 하 여 예상 될 것 이다.
Disclosures
공개 하는 것이 없다.
Acknowledgments
이 연구는 JSP 과학 연구 그랜트 JP17H03196, JST 프레스 토 보조금 번호 JPMJPR15R3에 의해 부분적으로 지원 되었다. MEXT 나노기술 플랫폼 프로젝트 (도쿄 대학 소 플랫폼)에서 포토 마스크의 제작 지원은 매우 감사.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| SU-8 3005 | Nihon Kayaku | Negative photoresist | |
| KF Piezo Film | Kureha | Piezoelectric PVDF film, 40 mm | |
| Vibration Shaker | IMV CORPORATION | m030/MA1 | Vibration Shaker |
| Spray coater | Nanometric Technology Inc. | DC110-EX | |
| Sputtering equipment | Canon Anelva Corporation | E-200S | |
| PDMS | Dow Corning Toray Co. Ltd | SILPOT 184 W/C | Dimethylpolysiloxane |
| Spin coater | MIKASA Co. Ltd | 1H-DX2 | |
| Digital oscilloscope | Teledyne LeCroy Japan Corporation | WaveRunner 44Xi-A | |
| SEM | JEOL Ltd. | JCM-5700LV | |
| Digital microscope | Keyence Corporation | VHX-1000 |
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