一种压电单晶片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于压电元器件技术领域，具体涉及一种压电单晶片。
【背景技术】
[0002]随着纳米科技的快速发展，压电器件的应用日益广泛，而压电单晶片作为压电器件中的重要器件也同样发挥着广泛的用途。现有压电单晶片的工作原理是:压电片在交变驱动信号的作用下，会在长度方向伸长或收缩，而与其粘接在一起的非压电材料支撑体由于没有压电效应，长度保持不变，因此，压电片在非压电材料支撑体的拉力作用下发生弯曲，进而整体结构会在压电片的带动下发生弯曲。
[0003]现有的压电单晶片通常采用的是将压电片与非压电材料支撑体最宽面完全粘接的方法，在压电片与非压电材料支撑体之间涂上一定厚度且均匀的粘接层，但是该方法对粘接层的厚度涂覆均匀的工艺要求比较高，存在如下不足之处:(I)很容易由于工艺控制不当而导致粘接层厚度不均匀，进而影响压电器件的性能；(2)粘接层内很容易由于工艺控制不当而产生气泡，从而很有可能产生微弱电信号，引起压电器件失效；(3)如果现有压电单晶片需要压电片与金属粘接在一起，为了避免短路，中间所用的粘接胶必须为绝缘胶，选材受到很大的限制。因此，对于现有的压电单晶片，其制作的工艺还需要有进一步的提高。在项目批准号为:11304082的国家自然科学基金“超快速扫描隧道显微镜的改进与应用”的支持下，本专利提出了一种新型的压电单晶片。
【发明内容】
[0004]本发明解决的技术问题是提供了一种易于制作、结构稳定性强、适用范围广、成本较低且性能优良的压电单晶片。
[0005]本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种压电单晶片，其特征在于包括两个平行设置的底片及设置于两底片之间的压电片和非压电材料支撑体，其中压电片通过胶体垂直固定于两底片之间，该压电片为厚度方向或径向极化的压电片。
[0006]进一步优选，所述压电片的材质为单晶材质或多晶材质。
[0007]进一步优选，所述底片的材质为蓝宝石、钨、钛或不锈钢。
[0008]进一步优选，所述底片的中部设有用于贯穿电极线、通气体或固定辅助装置的中心孔。
[0009]进一步优选，所述非压电材料支撑体的材质为金属、陶瓷、玻璃或蓝宝石。
[0010]进一步优选，所述非压电材料支撑体通过胶体固定于两底片之间或者非压电材料支撑体与两底片一体成型或者非压电材料支撑体的一侧与底片通过胶体连接，另一侧与另一底片一体成型。
[0011 ]进一步优选，所述胶体为环氧树脂胶、丙烯酸酯胶、α-氰基丙烯酸乙酯胶或氯丁橡胶。
[0012]进一步优选，所述非压电材料支撑体的形状为片状、柱状或圆台状。
[0013]进一步优选，所述压电片与两底片的接触部位分别设有未涂电极部位。
[0014]本发明的工作原理为:当压电片在交变驱动信号的作用下时，将发生伸长或收缩，而非压电材料支撑体的长度不变，如果将压电片和非压电材料支撑体的两端通过底片固定在一起，那么压电片将不能在驱动信号的作用下自由伸长或收缩，而是将在非压电材料支撑体的拉力作用下发生弯曲，实现与现有压电单晶片同样的功能。
[0015]本发明与现有技术相比具有以下优点:(I)极大地减少了粘接面积，节省了材料，解决了现有压电单晶片中因粘接层厚度不均匀或有气泡产生而导致压电器件失效的问题，降低了制作工艺的难度；(2)可制作出压电片与非压电材料间任意距离的压电单晶片，而且两底片可以为任意形状，比如在底片的中部设有中心孔以便于贯穿电极线、通气体或固定其它需要的装置等，进而满足特定环境和条件下的需要；(3)可以选用最宽面两端部分没有电极的压电片，直接起到绝缘的作用，与现有的压电单晶片相比，既节约了成本又高效；(4)压电片在自身仍然可以实现弯曲形变的同时，还可驱动其顶端的物体发生位移；(5)非压电材料支撑体可为多种材质；(6)非压电材料支撑体的形状也可为多种形状，可为单薄的片状，也可为厚实牢固的柱状，支撑体也可与其中一个或者两个底片一体成型，再和压电片通过胶体固定，结构多样。总之，本发明的压电单晶片相对于现有压电单晶片制作工艺来说，制作工艺简单，适用范围广，并且成本较低，性能优良。
【附图说明】
[0016]图1是本发明实施例1中压电单晶片的主视图；
图2是本发明实施例1中压电单晶片的侧视图；
图3是本发明实施例1中压电单晶片的俯视图；
图4是本发明实施例2中压电单晶片的主视图；
图5是本发明实施例2中压电单晶片的侧视图；
图6是本发明实施例2中压电单晶片的俯视图；
图7是本发明实施例3中压电单晶片的主视图；
图8是本发明实施例3中压电单晶片的侧视图；
图9是本发明实施例3中压电单晶片的俯视图；
图10是本发明实施例4中压电单晶片的主视图；
图11是本发明实施例4中压电单晶片的侧视图；
图12是本发明实施例4中压电单晶片的俯视图；
图13是本发明实施例5中压电单晶片的侧视图；
图14是本发明实施例6中压电单晶片的侧视图。
[0017]图中:1、底片，2、压电片，3、非压电材料支撑体，4、胶体，5、未涂电极部位。
【具体实施方式】
[0018]结合附图详细描述本发明的具体内容。制备压电单晶片的工艺流程如下:
(1)选取尺寸相同的两个底片1、一片尺寸合适的压电片2及非压电材料支撑体3，其中压电片2沿厚度方向极化并且该压电片2的两最宽面已经镀好电极；
(2)将压电片2与非压电材料支撑体3放置于两个底片I之间，两个底片I互相平行并且垂直于压电片2，可借助于模具；
(3)在压电片2和非压电材料支撑体3与底片I的接触面处涂上一定量合适硬度和强度的胶体4，如环氧树脂胶353ND ；
(4)将其烘干，即可得到压电单晶片。
[0019]实施例1
本实施例中压电单晶片的两个底片是蓝宝石片，压电片两最宽面全部镀有电极，非压电材料支撑体为不锈钢片。本实施例中压电单晶片的具体制备方法如下:
(1)选用尺寸相同的两个蓝宝石片和尺寸均为30*5*0.5mm的压电陶瓷片和不锈钢片，其中压电陶瓷片沿厚度方向极化并且该压电陶瓷片的两最宽面已经镀好电极；
(2)先放置好底片，再将压电陶瓷片和不锈钢片垂直放置于底片上，该压电陶瓷片与不锈钢片平行设置，压电陶瓷片与不锈钢片之间的距离约为3mm;
(3)选用环氧树脂AB胶353ND，涂在压电陶瓷片和不锈钢片与蓝宝石片的接触部位，并烘干；
(4)在压电陶瓷片和不锈钢片的顶端固定另外一片蓝宝石片，使蓝宝石片与压电陶瓷片和不锈钢片互相垂直，并且在压电陶瓷片和不锈钢片与蓝宝石片的接触部位涂353ND胶、烘干，即可得到压电单晶片。如附图1-3所示。
[0020]本实施例中，将蓝宝石片作为底片，即达到了绝缘的作用，又起到了固定的作用，整体结构美观实用。
[0021]实施例2
底片为环形的压电单晶片
将上述实施例1中的底片换为环形蓝宝石片，如附图4-6所示。蓝宝石片中部的中心孔用于贯穿电极线、通气体或固定其它需要的装置等，以满足特殊条件下的需求。
[0022]实施例3
压电片与底片接触部分无电极的压电单晶片
将上述实施例1中的压电陶瓷片换为压电陶瓷片与两底片接触的部位分别有约Imm未涂电极部位5的压电陶瓷片，如附图7-9所示。此时，两底片的选材可以为绝缘的蓝宝石、也可以为导电的不锈钢、黄铜、钛等材质，增加选材的范围、降低成本。
[0023]实施例4
非压电材料支撑体为柱状的压电单晶片
将上述实施例1中作为非压电材料支撑体的不锈钢片换为黄铜圆柱，如附图10-12所示。这样可以解决片状非压电材料支撑体强度和刚性不足的缺点。
[0024]实施例5
非压电材料支撑体与其中一个底片一体成型的压电单晶片
将上述实施例1中的非压电材料支撑体与其中一个底片替换为一个L形的结构。压电片竖直粘接在L形结构的底边上，再在L形结构和压电片的顶端分别粘接另一个底片即可，如附图13所示。
[0025]实施例6
非压电材料支撑体与两个底片一体成型的压电单晶片将上述实施例1中的非压电材料支撑体及两个底片换为一个整体的U型结构，压电片粘接在U型结构的开口处，如附图14所示。这种结构制作工艺简单、整体结构的稳定性高。
[0026]以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。
【主权项】
1.一种压电单晶片，其特征在于包括两个平行设置的底片及设置于两底片之间的压电片和非压电材料支撑体，其中压电片通过胶体垂直固定于两底片之间，该压电片为厚度方向或径向极化的压电片。2.根据权利要求1所述的压电单晶片，其特征在于:所述压电片的材质为单晶材质或多晶材质。3.根据权利要求1所述的压电单晶片，其特征在于:所述底片的材质为蓝宝石、钨、钛或不锈钢。4.根据权利要求1或3所述的压电单晶片，其特征在于:所述底片的中部设有用于贯穿电极线、通气体或固定辅助装置的中心孔。5.根据权利要求1所述的压电单晶片，其特征在于:所述非压电材料支撑体的材质为金属、陶瓷、玻璃或蓝宝石。6.根据权利要求1所述的压电单晶片，其特征在于:所述非压电材料支撑体通过胶体固定于两底片之间或者非压电材料支撑体与两底片一体成型或者非压电材料支撑体的一端与底片通过胶体连接，另一端与另一底片一体成型。7.根据权利要求1或6所述的压电单晶片，其特征在于:所述胶体为环氧树脂胶、丙烯酸酯胶、氰基丙烯酸乙酯胶或氯丁橡胶。8.根据权利要求1所述的压电单晶片，其特征在于:所述非压电材料支撑体的形状为片状、柱状或圆台状。9.根据权利要求1所述的压电单晶片，其特征在于:所述压电片与两底片的接触部位分别设有未涂电极部位。
【专利摘要】本发明公开了一种压电单晶片，属于压电元器件技术领域。本发明的技术方案要点为：一种压电单晶片，包括两个平行设置的底片及设置于两底片之间的压电片和非压电材料支撑体，其中压电片通过胶体垂直固定于两底片之间，该压电片为厚度方向或径向极化的压电片。本发明易于制作、结构稳定性强、适用范围广、成本较低且性能良好，在微纳操纵和控制领域有着广泛的应用前景。
【IPC分类】H01L41/053, H01L41/09
【公开号】CN105655475
【申请号】
【发明人】李全锋, 孙涵, 崔明焕, 付士林, 赵雯
【申请人】河南师范大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年3月18日