[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

摘要

本发明涉及仿生制造技术领域，具体涉及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，包括薄脆型生物表面取样及预处理、薄脆型生物表面热蒸发沉积可酸蚀过渡层、可酸蚀过渡层外表面浇铸弹性高分子背衬、薄脆型生物表面氧等离子体低温灰化清除、可酸蚀过渡层内表面低表面能化处理、薄脆型生物表面直接反向塑铸复型、清除弹性背衬及可酸蚀过渡层等步骤。与现有技术相比，本发明可以于“无形”中实现“有形”塑铸，特别适用于植物叶片、昆虫翅膀等薄脆型生物表面的塑铸复型；可以直接由生物原型得到同结构阳模，实现了反向增材型塑铸复型，避免了传统正向增材型塑铸复型所必经的阴模板翻模工序；方法可行、工艺简单，具有较强的实用性和可操作性。

主权项

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：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；其特征在于，还包括如下步骤：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；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（A）将第四步制得的已清除生物原型表面样本的等离子清洗试样用去离子水超声清洗20min～30min，然后在50℃～70℃条件下烘干，制得低表面能处理试样；（B）将经（A）步骤制得的低表面能处理试样置于质量百分比浓度为1%的氟硅烷中浸泡1h后于60℃条件下烘干，以在可酸蚀过渡层内表面上形成低表面能化处理层；第六步：薄脆型生物表面直接反向塑铸复型（A）将第五步制得的具有低表面能化处理层的低表面能处理试样固定在一夹具上，并保持有可酸蚀过渡层的一面朝上，制得反向塑铸试样； （B）选择一定成分的有机高分子作为仿生复型表面样件的基质材料，配制对应的预聚体，对经（A）步骤制得的反向塑铸试样可酸蚀过渡层内表面进行预聚体浇铸，待其固化后卸掉夹具，即可在可酸蚀过渡层上覆盖一定厚度的有机高分子层；第七步：清除弹性背衬及可酸蚀过渡层（A）对第六步制得的覆盖有一定厚度有机高分子层的反向塑铸试样进行去离子水清洗3～6次，然后剥离弹性背衬，制得可酸蚀试样；（B）将经（A）步骤制得的可酸蚀试样置于一定浓度、一定温度的氢氟酸中进行酸洗，以彻底清除残留于可酸蚀试样上的可酸蚀过渡层，酸洗结束后用去离子水清洗3～6次，最终制得仿生复型表面样件。