[发明专利]一种蘑菇状端头的仿生粘附材料及其制备方法有效
申请号: | 202010137559.4 | 申请日: | 2020-03-01 |
公开(公告)号: | CN111319177B | 公开(公告)日: | 2021-05-18 |
发明(设计)人: | 赵晋生;师明星;李翔宇 | 申请(专利权)人: | 西南交通大学 |
主分类号: | B29C41/04 | 分类号: | B29C41/04;B29C41/14;B81B1/00;B81C1/00 |
代理公司: | 成都盈信专利代理事务所(普通合伙) 51245 | 代理人: | 崔建中 |
地址: | 611756 四川省成都市高*** | 国省代码: | 四川;51 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 蘑菇 端头 仿生 粘附 材料 及其 制备 方法 | ||
本发明公开了一种蘑菇状端头的仿生粘附材料及其制备方法。仿生粘附材料包括端头、柱体和基底;端头的下表面通过柱体连接到基底,上表面密布亚微米级别的沟壑结构。端头为圆形、多边形或不规则形状。制备方法包括制备硅‑玻璃模具和制备蘑菇状端头的仿生粘附材料。本发明可以为粘附机理的研究提供多种形状的蘑菇状端头仿生粘附材料。端头上表面自然形成的亚微米级别的沟壑结构,大幅度提升了仿生粘附材料的粘附性能。硅‑玻璃模具使得连接柱体与基底的接触端消除了圆角,进而在浸入预制液时可以充分的与预制液接触,增加了仿生粘附材料的结构强度。同时,连接柱体与基底之间形成的浸润圆角很好地提高了仿生粘附材料的结构强度。
技术领域
本发明涉及微机械系统中的仿生结构制造技术领域,特别是一种蘑菇状端头的仿生粘附材料及其制备方法
背景技术
粘附(Adhesion)是物体在接触时表现出来的一种相互吸引的现象。在自然界中,生物已经进化出可以用于攀爬的足垫,例如,自由攀爬的壁虎。受此启发,壁虎攀爬的粘附机理研究已经成为国内外多个课题组关注的热点。2000年Autumn等人在顶级期刊《Nature》中报道了壁虎足垫的粘附力来自于分子之间的作用力,即范德瓦耳斯力。2003年Arzt等人通过研究生物体重、足垫结构尺寸以及粘附性能三者之间的关系,提出剥离分裂原理。目前,仿生粘附材料已经应用到多个领域,如生物医学工程、精密工业制造以及攀爬机器人。然而,仿生粘附材料的结构参数较多,它们之间又相互关联,找到一组合适的结构参数依然是一项复杂的工作。再者,蘑菇状端头的仿生粘附材料皆为圆形,这样极大地限制了仿生粘附材料粘附机理的研究。
对于仿生粘附材料的制备,文献已有大量的报道。目前,通过倒模的制备方法主要有两种,即SOI硅模具法和双层光刻胶模具法。通过硅刻蚀将SOI硅的顶层刻蚀出第一层图案化的结构,再用氢氟酸将中间层的二氧化硅刻蚀出第二层图案化的结构,再利用硅胶等软材料通过倒模的方法制备出仿生粘附材料。或者是,对旋涂两层不同性质(正性和负性)的光刻胶进行两次刻蚀,得到双层光刻胶模具。然而以上两种方法都有局限性。SOI硅模具法的应用性较低,一块模具只能制备一种结构尺寸的仿生粘附材料;并且端头的尺寸只能略微大于柱体的尺寸,否则将对脱模造成极大的困难;再者其成本极高。双层光刻胶模具容易在脱模时被破坏,从而不具备重复使用性。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点,本发明提供一种蘑菇状端头的仿生粘附材料及其制备方法。
本发明的技术方案如下:
一种蘑菇状端头的仿生粘附材料,包括端头、柱体和基底;所述端头的下表面通过柱体连接到基底,上表面密布亚微米级别的沟壑结构。
进一步地,所述端头为圆形、多边形或不规则形状。
一种蘑菇状端头的仿生粘附材料的制备方法,包括:
步骤一:制备硅-玻璃模具,包括:
对硅片从上表面进行深硅刻蚀形成凹坑,凹坑的深度大于柱体的高度;
对硅片从下表面进行剪薄、研磨和抛光处理,使得凹坑成为通孔;
将硅片与第一玻璃基底进行阳极键合,得到硅-玻璃模具;
对硅-玻璃模具表面进行疏水化处理;
步骤二:制备蘑菇状端头的仿生粘附材料,包括:
将硅胶预制液倒至硅-玻璃模具进行旋涂、抽真空和固化;
从硅-玻璃模具剥离固化后的硅胶薄膜,所述硅胶薄膜包括薄膜层和一端连接到薄膜层的柱体;
将硅胶薄膜的薄膜层粘附到上表面旋涂有光刻胶的第二玻璃基底;
围绕柱体激光切割硅胶薄膜的薄膜层,切割深度大于薄膜层厚度;
将柱体的另一端浸入到旋涂在第三玻璃基底上的硅胶预制液里;
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