[发明专利]仿生鲨鱼皮结构的制造系统和制造方法

说明书

本发明提供了一种仿生鲨鱼皮结构的制造系统和制造方法。本发明通过N束相干激光汇聚并发生干涉来固化液态光敏材料而形成仿生鲨鱼皮结构，不仅能够控制仿生鲨鱼皮结构的宏观结构，而且利用干涉作用，还能在宏观结构上叠加微观的干涉条纹，进一步提升仿生鲨鱼皮结构的性能，从而实现在普通大气环境下的大面积、便捷、高效、低能耗的跨尺度仿生鲨鱼皮结构制备。

技术领域

本发明涉及微纳结构加工技术领域，尤其涉及一种仿生鲨鱼皮结构的制造系统和制造方法。

背景技术

制备仿生鲨鱼皮结构为仿生学中的热点研究问题，主要应用在疏水、防污和减阻方面。现有的制备技术基本为模板法、热压印和精密3D打印技术。

2014年，George Lauder等根据灰鲭鲨盾鳞建立了只有0.15mm长的单齿3D模型，用3D打印技术耗时1年，将上万个小齿嵌入到一个柔韧的、光滑的膜上，得到了仿生鲨鱼皮。

在实现本发明的过程中，申请人发现传统技术中仿生鲨鱼皮结构制造方法只能控制宏观结构，而无法控制仿生鲨鱼皮结构中的微观结构。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明以期至少部分地解决以上技术问题中的至少之一。

(二)技术方案

为了实现如上目的，根据本发明的一个方面，提供了一种仿生鲨鱼皮结构制造系统，包括：相干激光系统，用于产生N束相干激光，N≥2；角度架，其内部形成有中空区域，在中空区域侧面形成有卡槽；其中，当基片插入卡槽时，其第一平面朝向中空区域的内侧，并与中空区域的相应面形成用于容纳液态光敏材料的生长池；其第二平面朝向N束相干激光入射的方向，N束相干激光在透过基片后在第一平面的局部区域汇聚并发生干涉，令生长池内该局部区域的液态光敏材料固化形成具有干涉微结构的仿生鲨鱼皮结构。

在本发明的一些实施例中，基片的第一平面形成有掩模图案；N束相干激光透过基片上由掩模图案限定的透光区域后，在第一平面的相应区域汇聚并发生干涉，令生长池内该相应区域的液态光敏材料固化形成以掩模图案为轮廓的仿生鲨鱼皮结构。

在本发明的一些实施例中，掩模图案包括：呈阵列交错分布的T×S个鲨鱼鳍单元，T≥3，S≥3；鲨鱼鳍单元整体呈尖部朝下的三叉戟形状，其外轮廓在同一个圆周之上，包括：中间的主鳍；以及分别位于主鳍两侧的左鳍和右鳍；其中，左鳍和右鳍与主鳍分离，并相对于主鳍的中线镜像对称。

在本发明的一些实施例中，角度架的中空区域侧面形成有M个卡槽，M≥2；其中，基片可选择性地插入M个卡槽其中之一以形成生长池，且当基片插入不同卡槽时，基片与入射的N束相干激光呈不同角度。

在本发明的一些实施例中，N束相干激光的能量相同，入射基片的角度相同且均匀分布在以汇聚点为顶点的圆锥面上。

在本发明的一些实施例中，入射角β满足：5°≤θ≤75°。

在本发明的一些实施例中，N＝3；相干激光系统包括：

激光器；

总反射镜；

第一相干光路，包括：第一分束镜；激光器出射的激光经由第一分束镜分为两束，第一束被反射至总反射镜，并由总反射镜反射至基片，成为第一束相干激光；第二束入射下一相干光路；

第二相干光路，包括：第二分束镜、第一反射镜、第二反射镜；第一分束镜分出激光的第二束经由第二分束镜又分为两束，第一束经由第一反射镜、第二反射镜、总反射镜反射至基片，成为第二束相干激光；第二束入射下一相干光路；

第三相干光路，包括：第三反射镜，第二分束镜分出激光的第二束经由第三反射镜、总反射镜反射至基片，成为第三束相干激光；