一种基于电场驱动下的薄膜的剥离方法及应用

本发明实施例涉及黏附薄膜的剥离，具体涉及一种基于电场驱动下的薄膜的剥离方法。

背景技术：

1、随着微纳米加工技术的飞速发展，纳/微电子机械系统(nano/microelectromechanical systems，nems/mems)、柔性电子(flexible electronics)、二维材料(two dimensional materials)、软体机器人(soft robot)及生物医学设备(biomedicaldevices)逐渐成为科学界、产业界以及普通民众所关注的热门领域。薄膜材料是这些领域中一种具备多种优异性能的通用材料，在这些领域的研究与应用中具有十分重要的地位，例如：具有高度柔性和大扭曲自由度的薄膜对于可穿戴设备和可植入系统的柔性电子至关重要；薄膜基材是mems/nems器件中的典型部件；柔性且整体的薄膜复合材料是软体机器人实现任意图案化运动的关键等。

2、目前，薄膜剥离的主要方法是机械剥离方法，包括脱黏条、鼓包法等。但是这些方法一般都需要预留空白区域且剥离过程薄膜变形较大，很难应用于完全附着的薄膜表面。并且，薄膜的研究与应用也越来越趋于微米、纳米尺度，传统剥离方法很难满足这一尺度下实际生产需要，亟待发展新型技术解决这一基础性难题。

技术实现思路

1、为此，本发明实施例提供一种基于电场驱动下的薄膜的剥离方法，通过基于电场控制液体实现微纳米尺寸的完全黏附薄膜的快速剥离，解决了现有技术中传统剥离方法对完全附着的微纳米尺寸的薄膜剥离的局限性。

2、为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

3、在本发明实施例的一个方面，提供了一种基于电场驱动下的薄膜的剥离方法，包括：

4、s100、在黏附于导电基底的薄膜的至少部分受限边界条件处滴加电解质溶液；

5、s200、将所述电解质溶液与电源的第一电极电性连接，所述导电基底与所述电源的第二电极连接，通过所述第一电极与所述第二电极施加外加电场，所述电解质溶液在外加电场的作用下沿薄膜的受限边界铺展；

6、s300、所述电解质溶液侵入所述薄膜与所述导电基底的界面结合层，将所述薄膜从所述导电基底上的抬升与剥离。

7、作为本发明的一种优选方案，所述导电基底的边界与所述薄膜的至少部分受限边界之间形成有用于容纳所述电解质溶液的容液区。

8、作为本发明的一种优选方案，所述导电基底中形成有所述容液区的部分的侧面向上凸起形成有围边；且

9、所述容液区中靠近所述薄膜的受限边界的部分的上端面不高于所述薄膜的下端面。

10、作为本发明的一种优选方案，所述电解质溶液选自水、盐溶液、酸溶液和碱溶液中的至少一种。

11、作为本发明的一种优选方案，所述导电基底为导电金属、导电玻璃和导电高分子材料中的任意一种。

12、作为本发明的一种优选方案，步骤s200具体包括：

13、s201、将所述第一电极插入所述电解质溶液中，所述第二电极与所述导电基底相连；

14、s202、预先设定剥离参数，并根据预设的剥离参数，计算电源的电性参数；

15、s203、根据步骤s202中的电源的电性参数调节电源后，接通所述电源，使得所述第一电极与所述第二电极在所述电解质溶液中形成电场，迫使所述电解质溶液发生铺展。

16、作为本发明的一种优选方案，步骤300具体包括：

17、s301、在电场作用下，所述电解质溶液会沿着所述薄膜受限边界铺展，该边界处的所述薄膜和导电基底的结合层为界面强度最低处；

18、s302、在电场的作用下，所述电解质溶液克服所述薄膜的界面结合力及拉伸张力，侵入所述薄膜与基底的结合层并在所述结合层中铺展，将所述薄膜从所述导电基底上的抬升与剥离。

19、作为本发明的一种优选方案，所述剥离方法还包括：根据步骤s300中薄膜的实际剥离参数，重新计算电源的电性参数，并对电源的电性参数进行校正和调节。

20、本发明还提供了一种根据上述所述的剥离方法的应用，所述薄膜抬升的轮廓线如抛物线形状。

21、作为本发明的一种优选方案，所述薄膜的预设剥离参数的计算如下公式所示：

22、w(s)＝k[ln(s)-1]s-kln(s0)s+ks0,公式i；

23、

24、其中，公式i中，s为预设剥离长度，s0为初始剥离长度，k是根据电场力及薄膜张力、界面结合强度间竞争所获得的无量纲参数，其可以被表述为k＝f1/eεd0，e为薄膜弹性模量，d0为薄膜厚度；

25、公式ii中，w为公式i中得到的w(s)，s为预设剥离长度，t为剥离时间，μ为溶液的黏度系数，p为薄膜所受到的净压强，可以表述为p＝εfρf(u/s)-σ0，其中，εf,ρf,u和σ0分别是溶液的相对介电常数、电荷体密度、施加的电压和薄膜的预应力。

26、本发明的实施方式具有如下优点：

27、本发明基于电场操控液体的动态特性，通过电场力克服薄膜张力及界面结合力，从而使得电解质溶液能够侵入薄膜和导电基底的界面结合层中，对薄膜进行抬升并剥离。该方法不受预留空白区的局限，且能有效并完全地实现对黏附的薄膜的完全剥离。

技术特征：

1.一种基于电场驱动下的薄膜的剥离方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种剥离方法，其特征在于，所述导电基底的边界与所述薄膜的至少部分受限边界之间形成有用于容纳所述电解质溶液的容液区。

3.根据权利要求2所述的一种剥离方法，其特征在于，所述导电基底中形成有所述容液区的部分的侧面向上凸起形成有围边；且

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种剥离方法，其特征在于，所述电解质溶液选自水、盐溶液、酸溶液和碱溶液中的至少一种。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种剥离方法，其特征在于，所述导电基底为导电金属、导电玻璃和导电高分子材料中的任意一种。

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种剥离方法，其特征在于，步骤s200具体包括：

7.根据权利要求6所述的一种剥离方法，步骤300具体包括：

8.根据权利要求7所述的一种剥离方法，其特征在于，所述剥离方法还包括：根据步骤s300中薄膜的实际剥离参数，重新计算电源的电性参数，并对电源的电性参数进行校正和调节。

9.一种根据权利要求1-8中任意一项所述的剥离方法的应用，其特征在于，所述薄膜抬升的轮廓线如抛物线形状。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述薄膜的预设剥离参数的计算如下公式所示：

技术总结本发明实施例公开了一种基于电场驱动下的薄膜的剥离方法，包括：在黏附于导电基底的薄膜的至少部分受限边界条件处滴加电解质溶液；将电解质溶液与电源的第一电极电性连接，导电基底与电源的第二电极连接，通过第一电极与第二电极施加外加电场，电解质溶液在外加电场的作用下沿薄膜的受限边界铺展；电解质溶液侵入薄膜与导电基底的界面结合层，将薄膜从导电基底上的抬升与剥离。本发明基于电场操控液体的动态特性，通过电场力克服薄膜张力及界面结合力，从而使得电解质溶液能够侵入薄膜和导电基底的界面结合层中，对薄膜进行抬升并剥离。该方法不受预留空白区的局限，且能有效并完全地实现对黏附的薄膜的完全剥离。技术研发人员：赵亚溥,李培柳,黄先富受保护的技术使用者：中国科学院力学研究所技术研发日：技术公布日：2024/1/12