[发明专利]基于3D喷射打印技术的仿生异型微纳复合结构制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及3D打印，特别涉及一种基于3D喷射打印技术的仿生异型微纳米复合结构的制作工艺。

背景技术

壁虎能在光滑的墙壁上行走自如，而且能够倒贴在天花板上。这是因为壁虎脚与相作用的物体表面之间存在着一中特殊的黏附力，但是这种黏附力的作用机理，成为数世纪以来一到难解的谜题。

Russell和Ruibal通过扫面电镜发现壁虎每只脚底部长着大约50万根细小的刚毛，每根刚毛的尺寸约为30-130μm，刚毛的末端又分叉成数百根更为细小的绒毛。美国科学家Autumn等通过实验研究发现，这种微纳米复合的刚绒毛结构与接触表面分子之间非常小，从而产生了“范德瓦耳斯力”。尽管每根刚毛产生的粘附力是很微弱的，但是几百万根累加起来后却足以支撑壁虎的身体。这种仿生“壁虎带”的潜在用途很多，比如登山者使用的安全装置，守门员使用的高黏性的手套，以及仅依靠“范德瓦耳斯力”就能轻易黏附的医用绷带等等。而在目前的仿生“壁虎带”制作工艺当中，存在着工艺复杂(如需要制作掩膜板、光刻、翻模)，高成本(如采用多晶硅、ICP刻蚀)，工艺可重复性差，难以大面积制备的问题。

因此，有必要提出一种用于可以实现“壁虎带”结构，并具有高效率、低成本、具备大面积制备潜力等优势的微纳复合结构制作工艺。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种基于3D喷射打印技术的仿生异型微纳复合结构制造工艺，该工艺包括：

(a)母版图形化步骤，通过光刻及深干法刻蚀工艺在单晶硅母版上制备微结构；

(b)喷射打印步骤，先对步骤(a)中图形化的基底进行低表面能处理，然后通过喷射打印工艺在基底上沉积树脂微透镜阵列，并进行紫外固化；

(c)准备基底步骤，在另外的基底上涂覆紫外固化树脂，选用与步骤(b)中相同的树脂材料；

(d)转移压印步骤，将步骤(c)所得的基底与步骤(b)处理后的母版对接并进行转移压印，施加一定压力，进行紫外固化，然后脱模，最终母版上的树脂材料转移至基底上。

上述结合3D喷射打印技术和纳米转移压印技术的制造工艺，具有高效率，低成本的工艺优势，同时具有大面积制备前景。

附图说明

图1a至1d为本发明的一个实施例所示的在母版上制备亚微米级结构的制作流程图，其中：

图1a为旋涂电子束胶工艺，图1b为电子束曝光工艺，图1c为深干法刻蚀工艺，图1d去留膜工艺；11为单晶硅母版，12为电子束胶，13为显影后的电子束胶，14为深干法刻蚀后的单晶硅；

图2为本发明的一个实施例所示的喷射打印制备微透镜阵列流程图，其中：图2a为低表面能处理工艺，图2b喷射打印工艺；21为图形化硅母版，22为低表面能C4F8层，23为树脂微透镜阵列；

图3为本发明的一个实施例所示的转移压印流程图，其中：图3a为紫外固化胶旋图工艺，图3b为转移压印步骤，图3c为脱模步骤；31为石英基底，32为紫外固化树脂，33为压印转移的树脂；

图4为本发明的一个实施例所示的石英基底上转移压印制备微纳复合结构结构的扫描电镜图。

具体实施方式

在一个实施例中，本发明公开了一种基于3D喷射打印技术的仿生异型微纳复合结构制造工艺，该工艺包括：

(a)母版图形化步骤，通过光刻及深干法刻蚀工艺在单晶硅母版上制备微结构；

(b)喷射打印步骤，先对步骤(a)中图形化的基底进行低表面能处理，然后通过喷射打印工艺在基底上沉积树脂微透镜阵列，并进行紫外固化；

(c)准备基底步骤，在另外的基底上涂覆紫外固化树脂，选用与步骤(b)中相同的树脂材料；

(d)转移压印步骤，将步骤(c)所得的基底与步骤(b)处理后的母版对接并进行转移压印，施加一定压力，进行紫外固化，然后脱模，最终母版上的树脂材料转移至基底上。

对于该实施例而言，采用上述的工艺步骤制备仿生微纳复合结构，可一次性将不同特征尺寸的结构转移至紫外固化胶上，且两级结构为同一材料，具有较强的稳定性和较长的使用寿命；作为母版的基底，可以重复使用，经过表面处理可以轻易的同紫外固化树脂脱模，一致性较好；采用的3D喷射打印技术属于增材制备技术，材料利用率高，大大降低了成本；而采用转移压印，对压印设备的要求较低，即使不施加压印力的情况下，依靠树脂的自然流动也可使基底和母版上的树脂自然粘连，工艺较为简便。更优的，微接触式的转移压印更佳。