[發(fā)明專(zhuān)利]一種仿生壁虎腳剛毛陣列的制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410455125.3
• 申請(qǐng)日: 2014-09-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105460885B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾春紅;俞驍;李曉偉;林文魁;張寶順
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類(lèi)號(hào): B81C1/00
• 分類(lèi)號(hào): B81C1/00
• 代理公司: 南京利豐知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)32256
• 代理人: 王鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明特別涉及一種仿生壁虎腳剛毛結(jié)構(gòu)陣列的加工方法，屬于微加工技術(shù)領(lǐng)域。

發(fā)明背景

幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)許多動(dòng)物優(yōu)異的生理功能吸引了各界科學(xué)家的廣泛關(guān)注。例如，蚊子可以輕松粘附在人體皮膚上叮咬；跳蛛和壁虎腳底剛毛的粘附作用使其能在墻壁和天花板。其中壁虎腳上功夫尤為神奇，無(wú)論是空氣環(huán)境還是在水里以及真空環(huán)境中，它腳上的粘著力都不會(huì)失效。壁虎依靠神奇的四腳靜止時(shí)緊緊吸附，移動(dòng)時(shí)輕松脫離。其特點(diǎn)是具有剛毛（seta）結(jié)構(gòu)，剛毛群構(gòu)筑（architecture）的不同導(dǎo)致，許多對(duì)壁虎腳足剛毛的研究認(rèn)為，壁虎之所以能夠攀檐走壁，完全是壁虎腳與攀爬對(duì)象之間“范德華力”作用的結(jié)果。因此，多年來(lái)各國(guó)科研人員都致力于用納米材料來(lái)模仿壁虎腳剛毛發(fā)明“機(jī)器壁虎”。然而，這些“機(jī)器壁虎”大都只能局限于在光滑的物體表面緩慢移動(dòng)，需要外接電源和控制裝置，無(wú)法有效控制“強(qiáng)吸附”、“弱脫附”過(guò)程以及運(yùn)動(dòng)方向。壁虎的驚人攀爬能力源于腳趾上的微毛。接觸物體表面時(shí)，微毛可充當(dāng)粘性極高的“單向粘合劑”，如果朝另一個(gè)方向移動(dòng)，粘性便會(huì)消失。因此，制備一種具有良好“單向“吸附能力的人造仿生壁虎腳是爬行機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)。

目前制備仿壁虎腳微陣列的制備方法有多種，例如，制備密集的納米線陣列模擬壁虎的剛毛，在納米線與物體接觸面間形成范德華力，疊加后形成巨大的吸附力和剪切力，但其制備工藝復(fù)雜，無(wú)法批量化生產(chǎn)。又例如，在厚的SU8膠上用光刻、感應(yīng)耦合等離子體刻蝕(ICP)刻蝕的方法形成壁虎腳剛毛結(jié)構(gòu)，再用PDMS等柔性材料澆鑄進(jìn)SU8膠上的楔形槽，固化后揭開(kāi)形成楔形結(jié)構(gòu)陣列，但這種工藝采用的系柔性材料，形變較大時(shí)會(huì)產(chǎn)生大面積粘連而失效，因此使用壽命較短。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種仿生壁虎腳剛毛陣列的制作方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中仿壁虎腳微陣列壽命短、強(qiáng)度低、無(wú)法批量化生產(chǎn)的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

一種仿生壁虎腳剛毛陣列的制作方法，包括如下步驟：

（1）提供基片，所述基片包括層疊設(shè)置的犧牲材料層和腐蝕自停止層，其中所述犧牲材料層的厚度與所述剛毛的高度相應(yīng)；

（2）在所述犧牲材料層上設(shè)置抗腐蝕層，并對(duì)所述抗腐蝕層進(jìn)行圖形化處理，使所述抗腐蝕層形成條形圖案結(jié)構(gòu)抗腐蝕掩膜；

（3）去除余留在所述抗腐蝕掩膜上的光刻膠，并以具有所述條形圖案結(jié)構(gòu)的抗腐蝕掩膜為掩膜對(duì)所述犧牲材料層進(jìn)行腐蝕，直至暴露出所述腐蝕自停止層，從而在所述犧牲材料層中形成條狀陣列結(jié)構(gòu)，所述條狀陣列結(jié)構(gòu)中每一條狀結(jié)構(gòu)均具有梯形橫截面；

（4）去除余留在所述犧牲材料層上的抗腐蝕掩膜，并在所述犧牲材料層上涂膠、光刻，從而在所述條狀陣列結(jié)構(gòu)中曝光出與剛毛結(jié)構(gòu)相應(yīng)的圖形結(jié)構(gòu)，形成矩形光刻膠掩膜陣列；

（5）以所述矩形光刻膠掩膜陣列為掩膜，在所述犧牲材料層上生長(zhǎng)剛毛結(jié)構(gòu)；

（6）去除所述矩形光刻膠掩膜陣列，并刻蝕除去所述犧牲材料層，從而形成所述剛毛陣列，在所述剛毛陣列中任一剛毛結(jié)構(gòu)均具有四邊形橫截面，并且所述剛毛結(jié)構(gòu)的傾斜邊與所述基片上端面之間具有50~60°的夾角。

進(jìn)一步的，所述犧牲材料層可優(yōu)選自但不限于（100）型硅層。

進(jìn)一步的，所述腐蝕自停止層主要由硅的自腐蝕停止材料組成。

進(jìn)一步的，所述抗腐蝕層可優(yōu)選自厚度為50nm-1μm的氮化硅薄膜，但不限于。

進(jìn)一步的，步驟（2）可以包括：在所述犧牲材料層上設(shè)置抗腐蝕層，并對(duì)所述抗腐蝕層進(jìn)行圖形化處理，使所述抗腐蝕層形成條形圖案結(jié)構(gòu)的抗腐蝕掩膜，所述條形圖案結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度方向沿硅<110>晶向。

進(jìn)一步的，步驟（3）可以包括：去除余留在所述抗腐蝕掩膜上的光刻膠后，將所述基片置入硅各向異性腐蝕液中進(jìn)行腐蝕，直至露出所述腐蝕自停止層，從而在所述犧牲材料層中形成條狀陣列結(jié)構(gòu)。

其中，所述硅各向異性腐蝕液可選自但不限于KOH溶液或TMAH溶液。

進(jìn)一步的，步驟（4）可以包括：去除余留在所述犧牲材料層上的抗腐蝕掩膜后，在所述犧牲材料層上沉積種子層金屬，再涂膠、光刻，從而形成所述矩形光刻膠掩膜陣列。

其中，所述種子層金屬可選自但不限于Ti和/或Au。

進(jìn)一步的，步驟（5）可以包括：以所述矩形光刻膠掩膜陣列為掩膜，在所述犧牲材料層上生長(zhǎng)剛毛結(jié)構(gòu)，所述剛毛結(jié)構(gòu)的材料包括金屬或非金屬材料。