疏水表面滴状冷凝的毛细力拾取和振动控制的微对象操作装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微米级对象操作与微装配技术，具体涉及疏水表面滴状冷凝的毛细力拾取和振动控制的微对象操作装置及方法。
【背景技术】
[0002]基于液滴的毛细力微对象(重力小于10 μ N的对象)操作方法作为一种无损式操作技术在微米级对象装配中具有重要的应用价值，毛细力操作的柔顺性能够避免传统机械夹持产生的应力集中，避免操作对象关键特征在操作过程中的损坏。现有毛细力操作方式一般是利用探针浸蘸后末端残留的液滴作为操作条件，既不能有效控制操作液滴的尺寸，因为过大或过小的液滴都会造成操作任务的失败，也不能在拾取后实现操作液滴动态的控制。此外，由于粘着力(如范德华力、毛细力、静电力)的主导作用，即使在液滴消失后，微对象依旧会粘着在探针的末端不能顺利脱落。
【发明内容】
[0003]本发明为了解决现有技术中毛细力操作方式一般是利用探针浸蘸后末端残留的液滴作为操作条件，既不能有效控制操作液滴的尺寸，因为过大或过小的液滴都会造成操作任务失败，也不能在拾取后实现操作液滴的动态控制，以及粘着力的主导作用造成的微对象在液滴消失后粘着在探针的末端不能顺利脱落的问题，进而提供了疏水表面滴状冷凝的毛细力拾取和振动控制的微对象操作装置及方法。
[0004]本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是:它包括位移控制机构、制冷工作操作机构和四个连接螺柱，位移控制机构包括隔振台、三轴精密电动位移平台、连接底板、手动位移升降台、振动模块连接板、测微头、测微头夹具、压电陶瓷振动模块和探针夹具，制冷工作操作机构包括第一散热水冷头、第一制冷片、第二散热水冷头、第二制冷片、第一制冷片夹具、第二制冷片夹具、操作探针、制冷模块连接底座和操作基底，三轴精密电动位移平台固定安装在隔振台的上端面上，连接底板固定安装在三轴精密电动位移平台上，振动模块连接板通过手动位移升降台固定安装在连接底板上，测微头夹具安装在振动模块连接板上，测微头安装在微头夹具上，测微头的底端与压电陶瓷振动模块的顶端固定连接，压电陶瓷振动模块的底端与探针夹具的上端固定连接，操作探针的一端固定安装在探针夹具上，制冷模块连接底座设置在手动位移升降台的下方，且制冷模块连接底座安装在连接底板上，第一制冷片夹具安装在制冷模块连接底座上，第一制冷片的发热面紧靠第一散热水冷头设置，且第一制冷片和第一散热水冷头均固定安装在第一制冷片夹具上，第二制冷片的发热面紧靠第二散热水冷头设置，且第二制冷片和第二散热水冷头均固定安装在第二制冷片夹具上，第一制冷片夹具和第二制冷片夹具通过四个连接螺柱固定连接，第一制冷片的吸热面和第二制冷片的制冷面相对设置，操作探针竖直设置在第一制冷片和第二制冷片之间，操作基底设置在操作探针下方，且操作基底的底部固定安装在隔振台上，。
[0005]本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是:所述操作方法是按照以下步骤实现的:
[0006]步骤一:配置由质量分数36%的稀盐酸、FeCl3.6Η20和去离子水组成的刻蚀溶液，重量比为2.4:12.5:30，以及草酸、十七氟癸基三甲氧基硅烷和无水乙醇组成的疏水溶液，重量比为3:4.62:240，将操作探针依次进行表面刻蚀和氟化处理，使其具有疏水特性；
[0007]步骤二:将操作探针的底端穿过第一制冷片与第二制冷片的下方；
[0008]步骤三:使第一制冷片和第二制冷片进行工作，并使第一制冷片和第二制冷片之间形成制冷空间，进而使操作探针表面形成滴状冷凝，并在操作探针末端形成球状液滴；
[0009]步骤四:调整三轴精密电动位移平台使所形成的操作液滴至微对象的上方，并依靠其毛细力实现微对象的柔顺拾取；
[0010]步骤五:通过控制第一制冷片和第二制冷片的输入电压，以及通过手动位移升降台与测微头分别调整操作探针与第一制冷片和第二制冷片的距离，以及操作探针伸出制冷空间的长度等制冷条件，可以改变液滴体积，进而改变所形成液桥的毛细力，最终控制微对象的释放进程；
[0011]步骤六:当微对象为小于10 μΝ的重力时，范德华力、毛细力、静电力等粘着力起到主导作用，微对象不能依靠自身的重力脱落，通过控制压电陶瓷振动模块施加驱动信号下产生的惯性力克服其粘着作用力，实现可靠释放，完成本方法的操作。
[0012]本发明具有以下有益效果:一、本发明所述的疏水表面滴状冷凝的毛细力拾取和振动控制的微对象操作装置及方法，通过疏水处理表面改性的操作探针，一方面利于实现滴状冷凝，创造毛细力操作必需的操作液滴条件，另一方面相对于未处理的探针表面，疏水探针能够获取稳定的操作液滴，能够避免由于表面张力引起液滴移动到探针侧面的情况；二、本发明所述的疏水表面滴状冷凝的毛细力拾取和振动控制的微对象操作装置的两个制冷片的制冷面相向安装，便于创造制冷空间，保证了操作探针表面滴状冷凝所需的环境条件，能够实时控制操作液滴的体积；三、本发明所述的疏水表面滴状冷凝的毛细力拾取和振动控制的微对象操作装置的手动位移升降台与测微头能够分别调节操作探针与制冷片的距离，以及操作探针伸出制冷空间的长度，结合制冷片输入电压的控制，能够方便实现在整个操作过程中对操作液滴的体积、液滴生成速度的控制；四、本发明所述的疏水表面滴状冷凝的毛细力拾取和振动控制的微对象操作装置的压电陶瓷振动模块能够在驱动电压的激励下产生惯性力，打破微对象与操作探针间的粘着平衡，实现稳定释放；五、本发明所述的疏水表面滴状冷凝的毛细力拾取和振动控制的微对象操作装置通过集成化的冷凝和振动控制模块可以完成基于毛细力的微对象拾取-转移-释放操作任务，而不需要其它部件的辅助。
【附图说明】
[0013]图1为本发明的整体结构示意图，图2是本发明【具体实施方式】一中表述制冷工作操作机构2的整体结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]【具体实施方式】一:结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述疏水表面滴状冷凝的毛细力拾取和振动控制的微对象操作装置及方法，它包括位移控制机构1、制冷工作操作机构2和四个连接螺柱3，位移控制机构I包括隔振台1-1、三轴精密电动位移平台
1-2、连接底板1-3、手动位移升降台1-4、振动模块连接板1-5、测微头1-6、测微头夹具1-7、压电陶瓷振动模块1-8和探针夹具1-9，制冷工作操作机构2包括第一散热水冷头2-1、第一制冷片2-2、第二散热水冷头2-3、第二制冷片2-4、第一制冷片夹具2-5、第二制冷片夹具
2-6、操作探针2-7、制冷模块连接底座2-8和操作基底2-9，三轴精密电动位移平台1_2固定安装在隔振台1-1的上端面上，连接底板1-3固定安装在三轴精密电动位移平台1-2上，振动模块连接板1-5通过手动位移升降台1-4固定安装在连接底板1-3上，测微头夹具1-7安装在振动模块连接板1-5上，测微头1-6安装在测微头夹具1-7上，测微头1-6的底端与压电陶瓷振动模块1-8的顶端固定连接，压电陶瓷振动模块1-8的底端与探针夹具1-9的上端固定连接，操作探针2-7的一端固定安装在探针夹具1-9上，制冷模块连接底座2-8设置在手动位移升降台1-4的下方，且制冷模块连接底座2-8安装在连接底板1-3上，第一制冷片夹具2-5安装在制冷模块连接底座2-8上，第一制冷片2-2的发热面紧靠第一散热水冷头2-1设置，且第一制冷片2-2和第一散热水冷头2-1均固定安装在第一制冷片夹具2-5上，第二制冷片2-4的发热面紧靠第二散热水冷头2-3设置，且第二制冷片2-4和第二散热水冷头2-3均固定安装在第二制冷片夹具2-6上，第一制冷片夹具2-5和第二制冷片夹具2-6通过四个连接螺柱3固定连接，第一制冷片2-2的吸热面和第二制冷片2-4的制冷面相对设置，操作探针2-7竖直设置在第一制冷片2-2和第二制冷片2-4之间，操作基底2-9设置在操作探针2-7下方，且操作基底2-9的底部固定安装在隔振台1-1上。
[0015]本实施方式中的所述第一制冷片2-2和第二制冷片2-4的制冷面相向安装形成制冷空间，第一散热水冷头2-1通过循环水管与外部水源连接形成循环水路，第二散热水冷头2-3通过循环水管与外部水源连接，操作探针2-7穿过两制冷片形成的制冷空间，提供了操作探针2-7实现表面滴状冷凝所需的制冷环境，