[发明专利]一种基于微通孔镍基模具的仿生黏附结构平压制造方法

说明书

本发明公开了一种基于微通孔镍基模具的仿生黏附结构平压制造方法。步骤包括：制备具有微通孔阵列的镍基模具；将镍基模具放入磁力合模系统中的弹性衬垫上；在背衬上均匀涂敷液态预聚体，并将背衬涂敷有液态预聚体的一面放置在镍基模具上；密封隔膜将腔体分隔为上下腔室，通过下腔室抽真空以及上腔室充气实现对背衬层的均匀施压，从而实现不同粘度预聚体的充分填充；填充完成后，固化，脱模，即可得到仿生黏附材料。本发明有助于大深径比、末端膨大结构的一体化成型工艺实现；磁力诱导的合模体系与镍基模具电化学修型技术相结合，实现了对仿生黏附材料微结构形貌的全方位可控调节。本发明有助于提升微纳压印制造技术对复杂结构的普适性。

技术领域

本发明涉及微纳制造领域，特别是涉及一种基于微通孔镍基模具的仿生黏附结构平压制造方法。

背景技术

在自然界中，众多生物在其生存环境中展示出了全空间的附着能力，从植物界的爬山虎到非细胞生命形态的病毒；从海洋中的章鱼、贻贝到陆地上的苍蝇、蜘蛛、壁虎等。从它们的黏附体系末端单元形貌可以直观发现，“末端膨大”是这类生物功能单元的主要结构特征。众多具有全空间黏附能力的生物，其黏附功能单元均具有末端膨大的结构特征，表现出了优异的黏附性能，末端膨大的仿生黏附结构在无损搬运、仿生爬壁、太空操作等诸多领域展现出广阔的应用前景。

近20年来国内外学者在仿生黏附微结构制备方面进行了大量的研究，甚至不乏在德国和美国有仿生黏附材料相关的公司，为推进仿生黏附技术的工程应用奠定了良好的基础。然而我们实际研究发现因为成本、产能、产品多样性等因素影响，现实情况并不尽如人意，仿生黏附材料往往处于有价无市的局面。而国内仿生黏附材料规模化技术的欠缺，更是促成了欧美国家在该技术领域的垄断局面。2012年美国DARPA通过“凤凰计划”开始实施仿生黏附技术的航天应用研究，掌握空间环境下的黏附技术，将极大增强载人航天、在轨服务、空间安全以及对非合作目标的作业能力，可见其国防意义重大。

目前末端膨大仿生微结构的制造主要采用硅基光刻模板模塑或者软模板模塑成形等方法，比如2011年加拿大西门莎菲大学的CARLO MENON教授等人(US2011011732A1)使用光刻硅模板制备了末端膨大的仿生黏附材料；2017年美国卡内基梅隆大学的MetinSitti教授等人(US009731422B2)提出在硅基模塑基础之上，通过二次蘸取工艺实现末端膨大微结构的制备。仿生黏附材料的制备其核心关键要素便是性能优异的模具开发，相比于硅基模具的易碎性、聚合物软模具的易变形等缺陷，金属模具因机械强度高、导热率高、耐久性好等优点，成为聚合物模塑成型技术的优选方案。而面向末端膨大仿生微结构的金属模具群孔(孔密度＞1万/cm²)加工调控难度系数大，模塑过程界面物理行为复杂，制约了其规模化的顺利推进。

2015年由德国Gottlieb Binder GmbH公司依托基尔大学Gorb教授团队技术提出了末端膨大的仿生黏附结构辊压制造技术(US20150010732A1)，提出了通孔柔性模板在辊压工艺中的应用方式，相比于平压工艺，辊压工艺中由于辊子箍紧力的作用，使得通孔模板与辊子表面容易实现端面密封，该专利给平压工艺提供了设计思路，但是辊压工艺给大深径比的模具结构注模和脱模带来了诸多困难，制约了复杂形貌微结构的成型。

2017年清华大学田煜教授团队(CN106378894A)提出基于超精密金刚石切削技术在铝表面加工楔形仿壁虎表面模具，展现出制备仿生黏附结构的高性价比特点。然而针对末端膨大的蘑菇状仿生黏附结构，由于金属模具制造以及模塑过程界面物理行为的复杂性，制约了其规模化的顺利推进。

因此，有必要开展基于金属模具的复杂形貌仿生黏附结构制造技术创新工作，为末端膨大仿生微结构规模化制造提供技术支撑。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于微通孔镍基模具的仿生黏附结构平压制造方法，以解决现有技术存在的问题。

本发明提供一种基于微通孔镍基模具的仿生黏附结构平压制造方法，包括以下步骤：