一种多点位的超声石英弯曲微探针阵列及其制备方法

本发明属于微纳米加工制造及声流场微纳操控，尤其涉及一种多点位的超声石英弯曲微探针阵列及其制备方法。

背景技术：

1、微纳技术的研究与应用推动了生物医学、纳米科技以及材料工程等诸多领域取得革命性的突破，微纳操控技术分为光学、电、磁、机械、微流体和声学等操控方式。其中，基于声学效应的超声振动微纳操控技术，通过将压电超声换能器作为操控基础，可实现空气/溶液中微纳尺度物体的多种操控，同时具备被操控物体的天然低选择性、对生物样品损伤小、低污染、操控形式多样等显著优点。

2、现有的超声针型结构操控技术，仅能产生单点激励源，无法实现声流场的复合与叠加，声流场驱动能力较低。同时，现有声流场微纳操控领域的探针通常由钢、铝等合金材料制成，难以实现微纳米精度下的可控参数精密加工，无法对探针激发的声流场进行更好地调节与控制。

3、为此，针对上述的技术问题，需要提供一种多点位的超声石英弯曲微探针阵列及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种多点位的超声石英弯曲微探针阵列及其制备方法，以解决现有技术中超声针型结构操控技术仅能产生单点激励源，无法实现声流场的复合与叠加，声流场驱动能力较低，并且现有声流场微纳操控领域的探针通常由钢、铝等合金材料制成，难以实现超声石英弯曲微探针在微纳米精度下的可控参数精密加工的技术问题。

2、本发明第一方面提供了一种多点位的超声石英弯曲微探针阵列的制备方法，该方法按照如下步骤进行：

3、s1：根据方位信息，确定所需超声石英弯曲微探针的个数和超声石英弯曲微探针的加工参数；

4、s2：以石英玻璃管为原料，根据确定的加工参数，利用激光热拉伸仪对石英玻璃管进行横向拉制，并利用锻针仪对石英玻璃管进行法向打弯，得到符合加工参数的超声石英弯曲微探针；

5、s3：根据选取参数，利用激光测振仪对压电陶瓷片进行测试，进而获得符合选取参数的压电陶瓷片；

6、s4：根据方位信息，利用solidwork建模获得多探针夹持器；

7、s5：将符合加工参数的超声石英弯曲微探针和符合选取参数的压电陶瓷片放入多探针夹持器，进而获得超声石英弯曲微探针阵列；

8、s6：将超声石英弯曲微探针阵列与置物台进行组装连接，利用激光测振仪对组装后的超声石英弯曲微探针阵列上的超声石英弯曲微探针进行稳定性测试，最终得到多点位的超声石英弯曲微探针阵列。

9、可选择地，方位信息包括：目标产生声流场激励源个数、目标位置、高度。

10、可选择地，选取参数包括：厚度、内径尺寸、外径尺寸、刚度、重量、驱动电压、谐振频率。

11、可选择地，加工参数包括：每个超声石英弯曲微探针的端体长度、肩部长度、以及探针针尖长度、直径、弯曲角度，以及多探针夹持器呈现的具体目标下探角度。

12、本发明第二方面提供了一种多点位的超声石英弯曲微探针阵列，包括：多探针夹持器；超声石英弯曲微探针，设置于多探针夹持器内部，并与多探针夹持器相连接；压电陶瓷片，设置于超声石英弯曲微探针侧面，并与超声石英弯曲微探针、多探针夹持器均相连接。

13、可选择地，多探针夹持器包括：底座；开合式结构，设置于底座的上方，并与底座相连接。

14、可选择地，底座包括：磁铁，设置于底座内部，并与底座相连接。

15、可选择地，开合式结构包括：主夹板，设置于底座的上方，并与底座相连接；转轴，设置于主夹板的侧面，并与主夹板相连接；副夹板，设置于转轴的上方，并与转轴相连接，且通过转轴相对于主夹板转动；通道卡槽，设置于主夹板与副夹板之间；凹槽，设置于主甲板的朝向副夹板的侧壁；导线通道，设置于凹槽的下方，并与凹槽相连接。

16、可选择地，通道卡槽包括：第一通道卡槽，设置于转轴的上方，且第一通道卡槽与水平方向之间的角度为第一角度，第一角度为10°-20°；第二通道卡槽，设置于第一通道卡槽的下方，且第二通道卡槽与水平方向之间的角度为第二角度，第二角度为25°-35°；第三通道卡槽，设置于第二通道卡槽的下方，且第三通道卡槽与水平方向之间的角度为第三角度，第三角度为40°-50°。

17、可选择地，压电陶瓷片由pzt5a材料制成，且压电陶瓷片为环形，厚度为2mm，内径尺寸为0.4cm，外径尺寸为0.9cm。

18、相较于现有技术，本发明提供了一种多点位的超声石英弯曲微探针阵列及其制备方法，通过将多个超声石英弯曲微探针进行组合，进而构成多点位的超声石英弯曲微探针阵列，能够在目标区域内产生多个声流场激励源，通过激发不同位置的局域声流场，实现声流场的复合与叠加，进而显著增强声流场驱动能力，满足不同应用领域中多样化的微纳驱动需求，且石英材料制备的超声石英弯曲微探针阵列，使得超声石英弯曲微探针可在微纳米精度下的实现可控参数的精密加工，进而对超声石英弯曲微探针激发的声流场进行更好地调节与控制。

技术特征：

1.一种多点位的超声石英弯曲微探针阵列的制备方法，其特征在于：该方法按照如下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的多参数可调节的超声石英微探针阵列制备方法，其特征在于，方位信息包括：目标产生声流场激励源个数、目标位置、高度。

3.根据权利要求1所述的多点位的超声石英弯曲微探针阵列，其特征在于，所述选取参数包括：厚度、内径尺寸、外径尺寸、刚度、重量、驱动电压、谐振频率。

4.根据权利要求1所述的多参数可调节的超声石英微探针阵列制备方法，其特征在于，加工参数包括：每个超声石英弯曲微探针的端体长度、肩部长度、以及探针针尖长度、直径、弯曲角度，以及多探针夹持器呈现的具体目标下探角度。

5.一种如权利要求1所述的多点位的超声石英弯曲微探针阵列的制备方法所用的超声石英弯曲微探针阵列，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的超声石英弯曲微探针阵列，其特征在于，所述多探针夹持器包括：

7.根据权利要求6所述的超声石英弯曲微探针阵列，其特征在于，所述底座包括：

8.根据权利要求6所述的超声石英弯曲微探针阵列，其特征在于，所述开合式结构包括：

9.根据权利要求8所述的超声石英弯曲微探针阵列，其特征在于，所述通道卡槽包括：

10.根据权利要求5所述的超声石英弯曲微探针阵列，其特征在于，所述压电陶瓷片由pzt5a材料制成，且所述压电陶瓷片为环形，厚度为2mm，内径尺寸为0.4cm，外径尺寸为0.9cm。

技术总结本发明提供一种多点位的超声石英弯曲微探针阵列的制备方法，具体步骤包括：确定所需超声石英弯曲微探针的个数和超声石英弯曲微探针的加工参数；对石英玻璃管横向拉制和法向打弯，得到符合加工参数的超声石英弯曲微探针；利用激光测振仪对压电陶瓷片进行测试，获得符合选取参数的压电陶瓷片；利用solidwork建模获得多探针夹持器；将超声石英弯曲微探针和压电陶瓷片放入多探针夹持器，获得超声石英弯曲微探针阵列；对组装后的超声石英弯曲微探针进行稳定性测试，最终得到多点位的超声石英弯曲微探针阵列。本发明通过制备多点位的超声石英弯曲微探针阵列实现了声流场的复合与叠加，进而对超声石英弯曲微探针激发的声流场进行更好地调节与控制。技术研发人员：李萌,寻科鑫,祝新昂,刘迪,施佳林,石慧瑶受保护的技术使用者：沈阳工业大学技术研发日：技术公布日：2024/1/15