本发明涉及压电陶瓷薄膜，具体地，涉及一种图案化压电陶瓷薄膜的制备与转印方法。
背景技术：
1、压电材料能够实现机械能和电能的相互转换，在传感器、能量收集器和驱动器领域具有非常广阔的应用前景。压电材料主要包括压电单晶体、压电陶瓷、压电聚合物和压电复合材料。随着柔性电子技术的快速发展，压电聚合物和压电复合材料受到广泛关注，然而其压电性能要比压电单晶体和压电陶瓷低很多，很难实现高效的机电转换。另外，压电单晶体相比压电陶瓷具备更高的机电耦合系数，但其居里温度相对较低，工艺加工中需要避免高温处理过程。目前压电陶瓷在市场中占据有相当大的比重，也是应用最为广泛的压电材料。
2、压电陶瓷材料薄膜化是mems工艺兼容的高性能压电传感器和执行器研制的关键技术。目前压电材料薄膜化技术发展主要沿着两条线路开展：沉积方法和减薄工艺。常见沉积方法如溶胶凝胶法、水热法、气溶胶沉积、脉冲激光沉积、溅射等。虽然基于沉积工艺制备的压电陶瓷薄膜的厚度可控制到纳米级别，使得所制备的压电器件具有更为有优越的灵活性，但这些压电薄膜的压电性能有限。基于减薄工艺的制备方法可通过化学机械抛光将高温烧结制备的块状压电陶瓷薄膜化，并保持压电陶瓷的良好致密性和压电特性。然而由于固有的机械硬度，压电陶瓷薄膜具有一定的脆性，容易破碎，需要临时的刚性衬底提供可靠的机械支撑，以抵抗磨轮剪切力。另外，压电陶瓷薄膜的图案化结构设计有望提供前所未有的特性或功能。相比于光刻、3d打印等方式，利用激光切割更为简单高效。但是，压电陶瓷在减薄之后由于厚度较低，易发生翘曲，将压电陶瓷薄膜平整地转移到目标柔性衬底上成为挑战。
3、经对现有技术的检索发现：
4、yi qi,noah t.jafferis等人在nano letters撰写了“piezoelectric ribbonsprinted onto rubber for flexible energy conversion”，其报道了介绍了一种将pzt纳米带转移到柔性pdms衬底上的方法，采用射频溅射法在氧化镁衬底上制备了厚度为500纳米的pzt纳米带，并在750℃下退火，将pzt转化为钙钛矿结构；然后，通过磷酸蚀刻mgo晶片，在不完全错位的情况下松动pzt纳米带。由于范德华力的作用，pdms可以与pzt形成保形接触，最后转移到pdms衬底上。该pzt制备工艺复杂，压电系数仅为57.0pm/v，远远低于通过高温烧结制备的块状pzt(200-400pm/v)。
5、geon-tae hwang,joonseok yang等人在advanced energy materials撰写了“areconfigurable rectified flexible energy harvester via solid-state singlecrystal grown pmn–pzt”，其基于固态单晶生长法制备了(011)取向的单晶pmn-pzt块体，单晶pmn-pzt块体通过熔化温度为60℃的粘接蜡完全粘接在玻璃基板上，再通过抛光工艺减薄至10μm的厚度；pmn-pzt薄膜通过pu胶粘贴于厚度为125μm的pet衬底上，然后用紫外光对pu胶进行固化。当加热温度至粘接蜡的熔化温度后，pmn-pzt薄膜与玻璃分离。该现有技术没有提及pmn-pzt薄膜的均匀性，也未涉及图案化制造。此外pu胶是一种绝缘胶，无法适用于pmn-pzt薄膜与电极的互连。
6、p.janphuang,r.lockhart等人在sensors andactuators a:physical撰写了“vibrational piezoelectric energy harvesters based on thinned bulk pzt sheetsfabricatedat the wafer level”，其通过旋涂键合胶waferbond cr-110对块状pzt和soi晶圆进行低温键合，再通过机械研磨工艺将pzt减薄至20μm的厚度。该加工过程均在soi晶圆上进行，不涉及pzt从刚性衬底到柔性衬底的转印，以及pzt的图案化制造。
7、综上所述，目前报道的柔性基底上压电陶瓷薄膜的制备方法多数针对基于沉积工艺制备的压电陶瓷薄膜，其压电性能远远低于块状压电陶瓷。压电陶瓷薄膜机械硬度大，容易破碎。对于块状压电陶瓷，可靠的减薄方法和转印方法十分重要。另外，压电陶瓷薄膜的图案化有利于各类功能器件的制备以及性能的改进，因此有必要通过实验提出稳定可靠、简单实用的图案化压电陶瓷薄膜的制备与转印方法。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种图案化压电陶瓷薄膜的制备与转印方法。
2、根据本发明的一个方面，提供一种图案化压电陶瓷薄膜的制备方法，包括：
3、提供基底和压电陶瓷片，将所述压电陶瓷片置于所述基底表面，将所述压电陶瓷片和所述基底键合在一起；
4、将所述压电陶瓷片减薄，形成压电陶瓷薄膜；
5、切割所述压电陶瓷薄膜，形成具有几何图案的压电陶瓷薄膜；
6、去除键合所用的临时键合胶，使所述压电陶瓷薄膜与所述基底分离，得到图案化压电陶瓷薄膜；
7、将所述图案化压电陶瓷薄膜粘附在转移材料的表面；
8、提供柔性基底，通过丝网印刷方式在所述柔性基底上涂布导电浆料；
9、将所述图案化压电陶瓷薄膜压印到所述导电浆料表面，与所述柔性基底粘结，剥离所述转移材料；
10、加热所述图案化压电陶瓷薄膜与所述柔性基底，直至所述导电浆料完全固化。
11、可选地，所述提供基底和压电陶瓷片，其中：所述基底为刚性基底。
12、可选地，所述提供基底和压电陶瓷片，其中：所述压电陶瓷片的材料包括pzt压电陶瓷、aln、pmn-pt、batio3、zro2和bnt中的任意一种。
13、可选地，将所述压电陶瓷片和所述基底键合在一起，包括：通过热压方法使所述压电陶瓷片和所述基底键合在一起，热压参数包括热压温度、时间和压力，其中，热压温度低于压电陶瓷片的居里温度，热压参数根据键合使用的临时键合胶确定。
14、可选地，将所述压电陶瓷片和所述基底键合在一起，其中：临时键合胶的旋涂厚度为5-50μm。
15、可选地，将所述压电陶瓷片减薄，形成压电陶瓷薄膜，其中：所述压电陶瓷片的厚度为200-1000μm，所述压电陶瓷薄膜的厚度为1-100μm。
16、可选地，切割所述压电陶瓷薄膜，形成具有几何图案的压电陶瓷薄膜，其中：所述压电陶瓷薄膜的几何图案包括矩形、圆形、三角形和多边形中的任意一种。
17、可选地，去除键合所用的临时键合胶，其中：解键合方式根据临时键合胶所采用的材料确定。
18、可选地，将所述图案化压电陶瓷薄膜粘附在转移材料的表面，其中：所述转移材料包括pdms、水溶性胶带和热释放胶带中的任意一种。
19、可选地，所述提供柔性基底，其中：所述柔性基底包括柔性聚合物薄膜材料、云母片和导电金属材料中的任意一种。
20、与现有技术相比，本发明具有如下至少之一的有益效果：
21、本发明通过键合方法将压电陶瓷片与硅片键合在一起，不仅提供了足够的粘接力，以抵抗减薄过程中的强剪切力，还保证了各层材料的平行堆叠，避免了减薄后陶瓷薄膜的厚度参差，从而保证压电陶瓷薄膜的厚度均一性；通过将压电陶瓷片减薄至微米级别，再利用切割工艺将压电陶瓷薄膜图案化，将解键合后的图案化压电陶瓷薄膜进行转印，有效避免了压电陶瓷薄膜的破裂，本发明将图案化的压电陶瓷薄膜转印至柔性基底的方法，可以用于柔性压电传感器、能量收集器以及驱动器的制备，对于器件性能的提升具有重要意义。
1.一种图案化压电陶瓷薄膜的制备与转印方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的图案化压电陶瓷薄膜的制备与转印方法，其特征在于，所述提供基底和压电陶瓷片，其中：所述基底为刚性基底。
3.根据权利要求1所述的图案化压电陶瓷薄膜的制备与转印方法，其特征在于，所述提供基底和压电陶瓷片，其中：所述压电陶瓷片的材料包括pzt压电陶瓷、aln、pmn-pt、batio3、zro2和bnt中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的图案化压电陶瓷薄膜的制备与转印方法，其特征在于，将所述压电陶瓷片和所述基底键合在一起，包括：通过热压方法使所述压电陶瓷片和所述基底键合在一起，热压参数包括热压温度、时间和压力，其中，热压温度低于压电陶瓷片的居里温度，热压参数根据键合使用的临时键合胶确定。
5.根据权利要求1所述的图案化压电陶瓷薄膜的制备与转印方法，其特征在于，将所述压电陶瓷片和所述基底键合在一起，其中：临时键合胶的旋涂厚度为5-50μm。
6.根据权利要求1所述的图案化压电陶瓷薄膜的制备与转印方法，其特征在于，将所述压电陶瓷片减薄，形成压电陶瓷薄膜，其中：所述压电陶瓷片的厚度为200-1000μm，所述压电陶瓷薄膜的厚度为1-100μm。
7.根据权利要求1所述的图案化压电陶瓷薄膜的制备与转印方法，其特征在于，切割所述压电陶瓷薄膜，形成具有几何图案的压电陶瓷薄膜，其中：所述压电陶瓷薄膜的几何图案包括矩形、圆形、三角形和多边形中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的图案化压电陶瓷薄膜的制备与转印方法，其特征在于，去除键合所用的临时键合胶，其中：解键合方式根据临时键合胶所采用的材料确定。
9.根据权利要求1所述的图案化压电陶瓷薄膜的制备与转印方法，其特征在于，将所述图案化压电陶瓷薄膜粘附在转移材料的表面，其中：所述转移材料包括pdms、水溶性胶带和热释放胶带中的任意一种。
10.根据权利要求1所述的图案化压电陶瓷薄膜的制备与转印方法，其特征在于，所述提供柔性基底，其中：所述柔性基底包括柔性聚合物薄膜材料、云母片和导电金属材料中的任意一种。
