[發明專利]直接由薄脆型生物表面反向電鑄出仿生復型表面的方法

有效

• 申請號: 201410127205.6
• 申請日: 2014-04-01
• 公開（公告）號: CN103849904A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 韓鑫;陳亮亮;靳印凱
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: C25D1/00
• 分類號: C25D1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種仿生表面的制作方法，更特別地說，是指一種直接由薄脆型生物表面反向電鑄出仿生復型表面的方法，屬于仿生制造技術領域。

背景技術

生物經過幾億年的進化，其結構和功能為了適應環境而在不斷優化，其中最為直接和普遍的現象是許多生物體表已逐漸進化出各種功能性生物表面。眾多昆蟲、植物、魚類、鳥類等均具有各種類型的功能性生物表面，其所呈現的生物功能包括偽裝、脫附、自潔、減阻、降噪等，為人類制造仿生功能表面提供了無比優越的生物原型模板。

對自然生物表面進行高逼真復型是制作仿生功能表面的一條便捷途徑，其中電鑄是當前在對生物原型進行復型過程中普遍被采用的方法之一。常規的做法是利用金屬電解沉積原理逐漸在原模表面沉積出一定厚度的金屬電鑄層，將電鑄層與原模分離便獲得與原模形狀相陰陽對應的金屬質復制件，是一種正向（即原模表面法向）增材型復型方法，具有能精確復制復雜微細結構、操作簡便等優點。例如，專利號為ZL200910076509.3的中國專利公開了一種采用脈沖電鑄方法制作有鱗生物表皮形貌復制模板的復制方法，可以實現鯊魚皮、穿山甲皮、鱷魚皮、蛇皮等有鱗生物表皮的高逼真電鑄復型。

然而，上述電鑄型生物復型方法也具有其局限性：（1）所針對的生物原模多是具有一定厚度、強度和韌性的生物表面，而在針對諸如植物葉片、昆蟲翅膀等薄脆型生物原型時則存在生物原型輕薄易碎而不易操持、鑄層沉積過程中生物原型易受電鑄液熱流擾動繼而變形脫落而造成電鑄不充分甚至失敗等難題；（2）正向增材型電鑄模式決定了其只能一次性制作出與生物原型表面相對應的陰模板，要制作同形貌陽模還需進行后續翻模工藝；（3）所得到的金屬質陰模板決定了其很難在后續翻模工藝中再制作金屬質陽模，亦即利用該方法很難一次性直接得到硬質的仿生復型表面。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種直接由薄脆型生物表面反向電鑄出仿生復型表面的方法，以解決上述技術問題。

本發明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現：直接由薄脆型生物表面反向電鑄出仿生復型表面的方法，包括如下步驟：

第一步：薄脆型生物表面取樣及預處理

（A）對薄脆型生物表面進行取樣，進而用去離子水清洗2～4次，然后0℃～4℃下置入質量百分比濃度為2.5%的戊二醛溶液中化學固定4h～6h，制得固定表面樣本；

（B）將經（A）步驟制得的固定表面樣本用去離子水清洗3～6次，然后依次放入體積百分比濃度為50%、75%、95%、100%的乙醇溶液中分別脫水20min～30min，制得脫水表面樣本；?

（C）將經（B）步驟制得的脫水表面樣本在50℃～70℃條件下烘干，得到含水率為5%～10%的干燥表面樣本。

此步驟的目的是保持生物表面原型結構，防止組織細胞發生分解腐敗，并增加其硬度和強度。

第二步：薄脆型生物表面熱蒸發沉積可酸蝕過渡層

（A）根據薄脆型生物表面的形貌結構特征，將第一步制得的干燥表面樣本與熱蒸發源成一定角度固定到熱蒸發沉積設備內的樣品基座上，制得熱蒸發沉積試樣；

（B）以硅或硅的化合物作為熱蒸發沉積材料，利用相應的熱蒸發沉積設備在經（A）步驟制得的熱蒸發沉積試樣外表面上沉積出一定厚度的可酸蝕過渡層。

此步驟的目的是借助一定厚度的可酸蝕過渡層將生物表面的微細結構加以覆蓋，以達到結構定型的目的。

第三步：可酸蝕過渡層外表面澆鑄彈性高分子背襯

（A）將第二步制得的沉積有可酸蝕過渡層的熱蒸發沉積試樣固定在一夾具上，并保持有可酸蝕過渡層的一面朝上，制得彈性背襯澆鑄試樣；?

（B）選擇固化后有一定彈性的常溫固化型有機高分子作為彈性背襯的基質材料，配制對應的預聚體，對經（A）步驟制得的彈性背襯澆鑄試樣可酸蝕過渡層外表面進行預聚體澆鑄，常溫固化后卸掉夾具，制得彈性背襯包埋試樣。

第四步：薄脆型生物表面氧等離子體低溫灰化清除

（A）將第三步制得的彈性背襯包埋試樣置于等離子清洗機內的試樣舟上，在保持有生物原型表面一面朝上的前提下，利用鋁箔對彈性背襯進行包覆遮蓋，制得等離子清洗試樣；

（B）以氧氣作為工藝氣體，利用等離子清洗機對經（A）步驟制得的等離子清洗試樣進行一定時間的氧等離子體低溫灰化處理，以徹底清除生物原型表面樣本，并完全暴露出可酸蝕過渡層。

第五步：可酸蝕過渡層內表面沉積導電金屬層