基于相变材料的微型电路开关的制作方法

本实用新型涉及一种微小的电路开关，尤其是一种可远程非接触式控制的、应用于组成微小系统电路的微小开关。

背景技术：

日常常见的开关(诸如白炽灯开关，电脑开关)主要为较大尺寸的，通常为厘米级别，从而无法应用于许多微小电子元器件系统，进而无法应用于需要这些微小元器件的场合，诸如在人体血管中工作的传感机器人。同时，尽管一些开关能满足微小尺寸的要求，例如公开号为CN101814701A的专利中公开了一种“微型平面式气体火花隙开关”，可以将开关的尺寸制作到微米级别。此种开关还是存在控制通断的外界条件和安全性方面的问题。由于需要外加电压进而控制开关的通断，故一般情况下不能进行远程非接触式操控，且当类似此类型的开关装备于应用在人体或其他生物体内的微小机器中时，由于生物体结构的相对密闭性，更加无法完成通过外加电压实现开关通断的控制。

同时外加电压进行开关通断的控制也具有较大的风险性，应用气体火花击穿的原理风险性也较高，可能对应用的环境(生物体或一些精密且抗干扰能力较低的仪器)影响较大。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的开关尺寸较大，开关需要用外加电压等方法控制通断从而无法达到远程非接触式控制和较安全控制等缺陷，本实用新型提供一种基于相变材料微型开关，通过远程非接触式施加不同波段的红外光，用对应不同的材料吸收对应的红外光并产生热量，从而远程非接触式地控制相变材料的相态变化，并在杠杆中通过相变材料因相态变化而产生的位置改变而改变整个装置的重心，实现与不同触点的接触，而完成开关的功能(改变电路结构，控制某段电路的通断)。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于相变材料的微型电路开关，包括一个用于盛装相变材料的对称的圆柱状密封腔，且中段部分腔体隔热，密封腔两端沿圆周分别包裹一圈吸收不同波段红外光的第一物质涂层和第二物质涂层，密封腔两端和正中央下沿分别各有一个等大的金属导电触点，中间触点称为第一触点，两端触点分别称为第二触点和第三触点。第一触点下铰链式连接有一个可导电的相对较大的金属支架，支架平置于一水平面上，且顶端与第一触点铰链式连接，下端连接电路。与支架同一水平面上，在支架两侧有两个小触点，称为第四触点和第五触点，分别与第二触点和第三触点上下对应。第四触点与第五触点底端均与外部电路连接，而其顶端恰好可以在当密封腔绕中央支架与第一触点的铰链转动时，与其两端对应的一个触点接触。

上述的基于相变材料的微型开关，密封腔中可以根据外部环境和应用环境的不同而通过阀口装填不同性质的相变材料，使得其不被涂层加热时为液态，被加热时为气态。同时，初始时相变材料均匀分布在密封腔中，使得密封腔与其下第四触点和第五触点所在的水平面平行，电路均不被导通，且此时密封腔未被液态相变材料填满，以为其加热汽化，体积膨胀留出空间。

上述的基于相变材料的微型开关，在密封腔下部，第一触点和第二触点，以及第一触点和第三触点间的外管壁上，分别有一条金属条连接对应两触点，其中连接第一触点和第二触点的为第一金属条，连接第一触点和第三触点的为第二金属条，从而使得当第二(三)触点与第四(五)触点接触时，第一触点和第四(五)触点之间的电路可以被导通。

本实用新型的有益效果是，本基于相变材料的微型开关首先可以通过现有的加工工艺，将开关的大小制作成微米级，实现开关的微小化，并应用于微小系统和微小电路中。其次无需用常规开关的直接触碰法，或是已经出现的微小开关中应用的接触式加电压法改变开关的通断情况，而是通过特征材料吸收红外光加热相变材料，使腔体重心改变而远程非接触式控制开关的通断情况。可以广泛应用于，人体内部的清障机器人等无法通过电路连接而通过输入电信号有线控制开关通断的情况。同时，相比起电磁信号，适当波段的红外光甚至是对人体有益处的，故可通过调整相变材料的性质和红外光的波段等手段，令对诸如人体内窥机器人的控制对人体无害甚至有益。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为本实用新型结构示意图(处于初始平衡状态且未加热相变材料时)；

图2为本实用新型使用过程示意图(加热一端相变材料使密封腔倾斜，触点接触，开关导通部分电路)；

图中1.密封腔，2.密封腔中盛装的相变材料，3.第一触点，4.铰链连接点，5.导电支架，6.第二触点，7.第三触点，8.第四触点，9.第五触点，10.绝缘平台，11.第一金属导电条，12.第二金属导电条，13.第一物质涂层，14.第二物质涂层，15.外部导线及其连接的外部电路，16.用作填充的单向阀，17.用作抽取的单向阀，18.部分相态变化后的相变材料(气态)。

具体实施方式

【实施例1】

基于相变材料的微型电路开关结构及其初始状态，如图1。主体为圆柱形密封腔1，其左右两侧分别有一个微型的单向阀16，17，其下沿从左至右分别由第二触点6，第一金属导电条11，第一触点3，第二金属导电条12，和第三触点7，使得不同触点接触时，一部分密封腔1的下沿可以和外部导线及其连接的外部电路15形成一个闭合回路，进而完成开关控制部分电路结构和通断的功能。

整个密封腔1由铰链连接点4链接第一触点3和导电支架5，并通过导电支架放置在水平的绝缘平台10上。因而在依照实施例3填充入适当的相变材料时，整个完全对称的密封腔1可以完全水平放置在导电支架5上，且不与第二触点6或第三触点7接触，使得与此开关连接的所有电路都处于断开状态。

【实施例2】

由于现有研究已经发现“碳化锆(ZrC)等材料对可见光和近红外线、氧化铝(Al2O3)等材料对远红外线分别具有良好的吸收性能”，故可将第一物质涂层13和第二物质涂层14分别使用类似于上述两种材料的，可分别特征吸收不同波长红外光并蓄积能量的材料进行制作，并涂布于密封腔1两端。

此时，可通过远程施加特定波长的红外线让密封腔1的某一端的物质涂层显著吸收该波段的红外线，并蓄积能量，进而加热该端的相变材料2，使之从液态较为迅速地变成气态18，进而体积膨胀，由于压强差的原因，未在该端被涂层材料显著加热而相变的相变材料2，将以液态形式被已经汽化的那部分相变材料18挤压到另一端，从而使得整个密封腔1中的中心不再处在密封腔1的中央，进而导致整个密封腔1的倾斜，直至第二触点6接触第四触点8或第三触点7接触第五触点9，并使导电支架5与在同一绝缘平台10上相接触的触点间的电路通过密封腔1上的导电金属条实现导通，如图2。

因此，可以通过如上方法，不断调整外部施加的红外线信号的强弱，波长和时间，以控制相变材料2在密封腔1的某一特定端相变和相变的程度和速度，从而远程无接触式地控制开关的通断和电路的结构。

同时，当最终需要将该开关断开并复原时，仅需要控制照射第一物质涂层13和第二物质涂层14的不同波长的红外线，先让密封腔1两端产生的气体量相同(此时密封腔1水平与绝缘平台10平行，电路断开)，之后适当地同时减弱两种不同波长的红外线，使得密封腔1两端的相变气体同时等幅减少，最终全部恢复成初始得液态相变材料2，并在此过程中密封腔1始终保持与绝缘平台10平行，电路始终断开。

【实施例3】

单向阀16，17分别位于密封腔的左右两侧的对称位置，使得密封腔重心在其正中央，保证整个腔体在未被加热时保持平衡状态，触点第二触点6，不与第四触点8接触，且第三触点7不与第五触点9接触，使得开关处于完全断开状态。同时两个单向阀16，17的存在，使得装置的适用范围更广，可以依据环境的变化更换、配置不同性质的相变材料，使得密封腔内的材料始终满足——常态下为液态且不充满整个密封腔体(留有少量空腔，防止加热相变成为气体时，体积变大，使得密封腔炸裂)；在适宜的红外线照射下，涂层材料蓄积的能量足以让相变材料发生相态变化，从而足以使密封腔发生实施例3中的倾斜，完成开关对电路的控制；相态转化速度较快。同时在对本实用新型开关所在的整个系统进行检修和保养时，可将相变材料全部以液体形式抽出。