专利名称：基于微机电系统的阵列剥离技术的制作方法
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、剥离技术。
背景技术：
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。
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 (MicTO-Electro-Mechanical Systems的縮写)，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。
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l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l 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2x2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。
权利要求
1.基于微机电系统的阵列剥离技术，具有待断裂或待剥离材料、微孔阵列、可控膨胀材料、电脉冲点火电路、控制开关，其特征在于待断裂材料(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。
2. 按照权利要求1所述的基于微机电系统的阵列剥离技术，其特征在于所述待断裂 材料(l)由单层或多层构成，每层内表面所述的各个微孔(3)之间通过所述环形微电极相互连通。
3. 按照权利要求1所述的基于微机电系统的阵列剥离技术，其特征在于所述可控膨 胀材料选用硝胺微爆粒药。
4. 按照权利要求1或2所述的基于微机电系统的阵列剥离技术，其特征在于所述每 个微孔阵列(2)的分布形式是矩形、或圆形、或棱形、或三角形或椭圆形。
全文摘要
本发明公开了一种基于微机电系统的阵列剥离技术，利用微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，构成微机电系统的微孔阵列。阵列中的各微孔之间均通过环形微电极相互连通。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，对可控膨胀材料点火施爆，实现待断裂材料瞬间的断裂或剥离，断裂将沿着微孔阵列矩形布局方向瞬间断裂剥离。本发明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控制灵敏度高的特点，实现可控、环保、安全、快速的材料断裂和剥离。
文档编号B81C99/00GK101549850SQ200910068809
公开日2009年10月7日 申请日期2009年5月12日 优先权日2009年5月12日
发明者峰 刘, 铮 常, 王向军 申请人:天津大学