[發(fā)明專利]一種仿壁虎毛的干性粘合劑制作方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110335136.4
• 申請(qǐng)日: 2011-10-28
• 公開（公告）號(hào): CN102381679A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉世元;張鵬;張傳維
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B81C1/00
• 分類號(hào): B81C1/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微納米仿生結(jié)構(gòu)的制作方法，具體涉及高深寬比微納層次結(jié)構(gòu)的制作方法，可用于制作一種仿壁虎毛的高深寬比微納層次結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)本身即為一種適應(yīng)不同表面又能輕易脫附的強(qiáng)效干性粘合劑。

背景技術(shù)

近些年來，在微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域，各種商品化的MEMS器件出現(xiàn)并成功應(yīng)用在航天航空、生物醫(yī)學(xué)、能源交通、科學(xué)儀器等領(lǐng)域。由于MEMS器件特有的微小尺寸，其安裝和固定一般采用粘合劑方式。目前廣泛應(yīng)用的粘合劑幾乎都是濕性粘合劑(如粘合膠帶、膠水)，它們因一些固有特性，導(dǎo)致其存在易于退化、易受污染、自粘附以及撕開后難以再次使用等缺點(diǎn)。因此，探索某種干性粘合劑，使之能夠牢固地粘附并能輕易脫附與各種類型的物體表面，同時(shí)具有良好的可重復(fù)性，具有非常重要的意義。

自然界中的壁虎可以在垂直墻面甚至天花板上自由爬行，他們和未知粗糙表面接觸時(shí)，能產(chǎn)生牢固的粘附并輕易的脫附。壁虎毛的分級(jí)層次結(jié)構(gòu)，特別是其微米級(jí)剛毛/納米級(jí)絨毛的微納層次結(jié)構(gòu)，是保證壁虎毛既產(chǎn)生巨大粘附力又能適應(yīng)不同表面形貌并可輕易主動(dòng)脫附的關(guān)鍵，也為干性粘合劑的仿生設(shè)計(jì)與制作提供了極好的范例和啟示，本發(fā)明中的干性粘合劑即為仿壁虎毛的高深寬比微納層次結(jié)構(gòu)。這種干性粘合劑在MEMS器件的安裝和固定、爬壁機(jī)器人等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

本申請(qǐng)人于2010年5月14日提出了“一種干性粘合劑的制作方法”(中國專利授權(quán)號(hào)，20101171719.3)，該發(fā)明方法先使用電感耦合等離子體(ICP)刻蝕工藝制作出微米級(jí)硅母板，再將聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂在微米級(jí)硅母板上并剝離得到微米級(jí)模具，并以該模具復(fù)制得到以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為材料的微米級(jí)纖維陣列；另一方面，采用基于膠體的晶體刻蝕技術(shù)得到納米級(jí)硅母板，再將聚胺脂丙稀酯酸(PUA)涂在納米級(jí)硅母板上并曝光得到納米級(jí)模具，最后將納米級(jí)模具倒置于微米級(jí)纖維陣列上加壓再緩速拉模，得到高深寬比的納米級(jí)纖維陣列。

在上述專利文獻(xiàn)中提到的制作方法，是通過先后兩次成型，先制作出微米級(jí)的纖維陣列，再在微米級(jí)的纖維陣列頂端制作出納米級(jí)的絨毛陣列，得到高深寬比的微納層次結(jié)構(gòu)。該方法需要分別制作微米級(jí)和納米級(jí)的硅母板與模具，期間需要使用ICP刻蝕工藝與基于膠體的晶體刻蝕技術(shù)，而且要采用拉模的方式才能得到納米級(jí)的纖維陣列，整個(gè)流程較為復(fù)雜繁瑣，對(duì)制作環(huán)境、儀器設(shè)備以及操作技術(shù)也提出較高要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種仿壁虎毛的干性粘合劑的制作方法，克服了目前濕性粘合劑易退化、易污染、自粘附、以及撕開后難以再次使用等缺點(diǎn)，并改進(jìn)了以往干性粘合劑復(fù)雜繁瑣的問題。

本發(fā)明提供的一種仿壁虎毛的干性粘合劑制作方法，其步驟包括：

第1步基于電感耦合等離子體刻蝕工藝的硅母板制作步驟：

依據(jù)納米級(jí)纖維陣列的中纖維的直徑、間距制作出點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)掩膜板，然后使用電感耦合等離子體(ICP)刻蝕工藝刻蝕硅母板，刻蝕深度為所設(shè)定納米級(jí)纖維的長度，得到帶深孔陣列的硅母板；

第2步基于厚膠工藝的復(fù)合模具制作步驟：

在帶深孔陣列的硅母板旋涂SU-8光刻膠，SU-8膠厚度為所設(shè)定的微米級(jí)纖維的長度，烘烤；SU-8光刻膠冷卻后將整個(gè)硅母板放至光刻機(jī)上曝光，曝光所用的掩膜板圖案由所設(shè)定的微米級(jí)纖維的直徑、間距對(duì)應(yīng)制作；曝光完成后將整個(gè)硅母板烘烤，待冷卻后放入顯影液中浸泡，則未曝光的SU-8膠被去掉，得到SU-8膠與硅的復(fù)合模具；

第3步基于微模塑成型的雙層纖維陣列制作步驟：

清洗SU-8膠與硅的復(fù)合模具，然后鍍上分離劑六甲基二硅胺烷(HDMS)，再將纖維材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)倒在復(fù)合模具上，烘烤后從復(fù)合模具上剝離，得到仿壁虎毛的微納層次結(jié)構(gòu)纖維陣列，即干性粘合劑。

本發(fā)明的干性粘合劑為仿壁虎毛的高深寬比微納層次結(jié)構(gòu)，通過ICP刻蝕與厚膠工藝相結(jié)合制作出一種SU-8膠與硅的復(fù)合模具，然后通過微模塑的方式一次成型得到仿壁虎毛的微納層次結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)本身即為一種能適應(yīng)不同表面形貌并能輕易脫附的全范德華力干性粘合劑，單次制作出的陣列面積可達(dá)10×10cm甚至更大。具體而言，本發(fā)明具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

(1).制作干性粘合劑的模具是雙層的SU-8膠與硅復(fù)合模具，通過該模具可一次成型制作出大面積的仿壁虎毛的干性粘合劑，且能反復(fù)使用；

(2).制作工藝主要包括ICP刻蝕與厚膠工藝，模具材料主要為硅母板、SU-8光刻膠，干性粘合劑材料為PDMS，成本低廉，制作簡易。

附圖說明

圖1是干性粘合劑結(jié)構(gòu)示意圖；