[发明专利]直接由薄脆型生物表面反向塑铸出仿生复型表面的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿生表面的制作方法，更特别地说，是指一种直接由薄脆型生物表面反向塑铸出仿生复型表面的方法，属于仿生制造技术领域。

背景技术

生物经过几亿年的进化，其结构和功能为了适应环境而在不断优化，其中最为直接和普遍的现象是许多生物体表已逐渐进化出各种功能性生物表面。众多昆虫、植物、鱼类、鸟类等均具有各种类型的功能性生物表面，其所呈现的生物功能包括伪装、脱附、自洁、减阻、降噪等，为人类制造仿生功能表面提供了无比优越的生物原型模板。

对自然生物表面进行高逼真复型是制作仿生功能表面的一条便捷途径，其中塑铸是当前在对生物原型进行复型过程中普遍被采用的方法之一。常规的做法是将液态有机高分子单体或预聚体浇注到原模外表面，利用其流动填充性好以及易于固化等特性，经聚合反应固化成型后将固化体与原模分离便获得与原模形状相阴阳对应的高分子质复制件，是一种正向（即原模表面法向）增材型复型方法，具有能精确复制复杂微细结构、操作简便等优点。例如，专利号为ZL201010619425.2的中国专利公开了一种采用聚乙烯醇制作有鳞生物表皮形貌复制模板的复制方法，专利号为ZL200810224303.6的中国专利公开了一种具有自润滑沟槽复合减阻功能的仿鲨鱼蒙皮及其制作方法，上述方法可以实现鲨鱼皮、穿山甲皮、鳄鱼皮、蛇皮等有鳞生物表皮的高逼真塑铸复型。

然而，上述塑铸型生物复型方法也有其局限性：（1）所针对的生物原模多是具有一定厚度、强度和韧性的生物表面，而在针对诸如植物叶片、昆虫翅膀等薄脆型生物原型时则存在生物原型轻薄易碎而不易操持、塑铸过程中限制进行真空除气、生物原型易受有机高分子预聚体流动及固化放热扰动继而变形脱落而造成塑铸不充分甚至失败等难题；（2）正向增材型塑铸模式决定了其只能一次性制作出与生物原型表面相对应的阴模板，要制作同形貌阳模还需进行后续翻模工艺，亦即利用该方法很难直接由生物原型得到对应的仿生复型表面。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种直接由薄脆型生物表面反向塑铸出仿生复型表面的方法，以解决上述技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：直接由薄脆型生物表面反向塑铸出仿生复型表面的方法，包括如下步骤：

第一步：薄脆型生物表面取样及预处理

（A）对薄脆型生物表面进行取样，进而用去离子水清洗2～4次，然后0℃～4℃下置入质量百分比浓度为2.5%的戊二醛溶液中化学固定4h～6h，制得固定表面样本；

（B）将经（A）步骤制得的固定表面样本用去离子水清洗3～6次，然后依次放入体积百分比浓度为50%、75%、95%、100%的乙醇溶液中分别脱水20min～30min，制得脱水表面样本；

（C）将经（B）步骤制得的脱水表面样本在50℃～70℃条件下烘干，得到含水率为5%～10%的干燥表面样本。

此步骤的目的是保持生物表面原型结构，防止组织细胞发生分解腐败，并增加其硬度和强度。

第二步：薄脆型生物表面热蒸发沉积可酸蚀过渡层

（A）根据薄脆型生物表面的形貌结构特征，将第一步制得的干燥表面样本与热蒸发源成一定角度固定到热蒸发沉积设备内的样品基座上，制得热蒸发沉积试样；

（B）以硅或硅的化合物作为热蒸发沉积材料，利用相应的热蒸发沉积设备在经（A）步骤制得的热蒸发沉积试样外表面上沉积出一定厚度的可酸蚀过渡层。

此步骤的目的是借助一定厚度的可酸蚀过渡层将生物表面的微细结构加以覆盖，以达到结构定型的目的。

第三步：可酸蚀过渡层外表面浇铸弹性高分子背衬

（A）将第二步制得的沉积有可酸蚀过渡层的热蒸发沉积试样固定在一夹具上，并保持有可酸蚀过渡层的一面朝上，制得弹性背衬浇铸试样；

（B）选择固化后有一定弹性的常温固化型有机高分子作为弹性背衬的基质材料，配制对应的预聚体，对经（A）步骤制得的弹性背衬浇铸试样可酸蚀过渡层外表面进行预聚体浇铸，常温固化后卸掉夹具，制得弹性背衬包埋试样。

第四步：薄脆型生物表面氧等离子体低温灰化清除

（A）将第三步制得的弹性背衬包埋试样置于等离子清洗机内的试样舟上，在保持有生物原型表面一面朝上的前提下，利用铝箔对弹性背衬进行包覆遮盖，制得等离子清洗试样；

（B）以氧气作为工艺气体，利用等离子清洗机对经（A）步骤制得的等离子清洗试样进行一定时间的氧等离子体低温灰化处理，以彻底清除生物原型表面样本，并完全暴露出可酸蚀过渡层。

第五步：可酸蚀过渡层内表面低表面能化处理