[發(fā)明專利]復(fù)雜腔體內(nèi)表面微納結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)隨形制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710710320.X
• 申請(qǐng)日: 2017-08-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107416763B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣維濤;劉紅忠;閆佳偉;王堃;陳邦道;史永勝;尹磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G03F7/00
• 分類號(hào): G03F7/00;B81C3/00;B82Y40/00
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

復(fù)雜腔體內(nèi)表面微納結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)隨形制造方法，首先，將微納結(jié)構(gòu)制備在平面襯底上，再將平面襯底上的微納結(jié)構(gòu)復(fù)制到彈性體薄膜上，并在彈性體薄膜上制作氣道，得到帶有微納結(jié)構(gòu)的彈性體薄膜；然后，將彈性體薄膜制作成球狀的彈性體模具；其次，將彈性體模具浸泡在壓印膠里，使壓印膠黏附在彈性體模具上，再將彈性體模具放入物體內(nèi)腔，并用控制器控制充氣裝置給彈性體模具及其氣道充氣使彈性體模具逐漸膨脹，隨形均勻與腔體內(nèi)壁接觸；最后，固化壓印膠，排除彈性體模具內(nèi)的氣體并將其從物體內(nèi)腔取出，即得到內(nèi)表面有微納結(jié)構(gòu)圖案的物體；本發(fā)明具有制備工藝簡(jiǎn)單、成本低、模具自適應(yīng)腔體內(nèi)壁形狀等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微納制造領(lǐng)域，尤其涉及復(fù)雜腔體內(nèi)表面微納結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)隨形制造方法。

背景技術(shù)

隨著微納米技術(shù)的發(fā)展，微納米技術(shù)不但推動(dòng)著科技的進(jìn)步，而且造就了現(xiàn)代知識(shí)經(jīng)濟(jì)的物質(zhì)基礎(chǔ)。例如，微納米加工技術(shù)促使集成電路按照摩爾定律發(fā)展。在非平面上制造微納結(jié)構(gòu)也有很多重要的應(yīng)用，尤其在航空航天設(shè)備的超輕量化、飛機(jī)表面減阻降溫、雷達(dá)反射面、潛艇減阻，曲面衍射光柵等方面都有潛在的應(yīng)用。腔體內(nèi)表面微納結(jié)構(gòu)的制造也有較多的應(yīng)用，例如，有“V”字形溝槽微結(jié)構(gòu)的天然氣管道相對(duì)于無(wú)溝槽的管道，其空氣阻力明顯減小。有溝槽的管子可使氣體、液體輸運(yùn)效率提高10％，并可節(jié)約管輸成本10％；氣缸工作表面制備獨(dú)立微坑結(jié)構(gòu)，更易于達(dá)到氣缸-活塞環(huán)摩擦副的工作要求。

目前微納制造工藝主要有光刻工藝、激光直寫(xiě)技術(shù)和納米壓印技術(shù)等，這些技術(shù)對(duì)于在曲面襯底上制造微納結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)存在很大的局限性。光刻工藝主要是在平面上做微納結(jié)構(gòu)，難以實(shí)現(xiàn)曲面上微納結(jié)構(gòu)的制造；激光直寫(xiě)技術(shù)，既可在平面上做微納結(jié)構(gòu)，又可在復(fù)雜外曲面上做微納結(jié)構(gòu)，但其成本高，效率低，而且對(duì)于復(fù)雜腔體內(nèi)表面的微納結(jié)構(gòu)的制造存在較大的難度；納米壓印技術(shù)可以采用拼接的方法在曲面上制作微納結(jié)構(gòu),但存在拼接誤差，難以實(shí)現(xiàn)大幅面曲面上連續(xù)微納結(jié)構(gòu)的精確制造，并且，模具在腔室內(nèi)表面的拼接難度較大，也使得制造過(guò)程效率低，不適于快速制造。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了復(fù)雜腔體內(nèi)表面微納結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)隨形制造方法，具有制備工藝簡(jiǎn)單、成本低、制備周期短、模具可重復(fù)利用、模具自適應(yīng)內(nèi)表面形狀、以及可在復(fù)雜腔體內(nèi)表面上制作復(fù)雜微納結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

復(fù)雜腔體內(nèi)表面微納結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)隨形制造方法，包括以下步驟：

1)制備帶有微納結(jié)構(gòu)的彈性體薄膜：首先，在平面襯底上制作微納結(jié)構(gòu)圖案；其次，將上述平面襯底平放在加熱臺(tái)上，待加熱臺(tái)溫度升高至彈性體材料的熔化溫度時(shí)，在平面襯底上均勻的放置一層熱塑性彈性體顆粒；然后，待熱塑性彈性體顆粒受熱吸附在平面襯底表面上后，用圓柱形物體滾壓熱塑性彈性體顆粒使其黏附在一起并呈第一薄膜狀態(tài)；在第一薄膜上制作預(yù)設(shè)的氣道，氣道的位置布置由仿真模型得出，再將事先制備的無(wú)微納結(jié)構(gòu)的第二薄膜覆蓋在有氣道的第一薄膜上，使其粘合為一體；將平面襯底轉(zhuǎn)移到常溫環(huán)境下，待其冷卻到室溫后，翻模即得到有微納結(jié)構(gòu)圖案的彈性體薄膜；

2)制備彈性體模具:將第一步制備的彈性體薄膜折疊成球狀，并在其接口處和氣道6入口分別插入第一氣體管道和第二氣體管道，并將彈性體薄膜和預(yù)設(shè)的氣體管道做密封處理，得到彈性體模具；

3)彈性模具的形狀控制：首先，將第二步制備的彈性體模具浸泡在壓印膠里，使壓印膠黏附在彈性體模具上；其次，將附有壓印膠的彈性體模具放入物體內(nèi)腔，將充氣裝置與第一氣體管道、第二氣體管道相接，并用控制器控制充氣裝置給彈性體薄膜及其氣道充氣，使得彈性體薄膜逐漸膨脹，逐漸排出腔體內(nèi)空氣；最后，給彈性體薄膜及其氣道繼續(xù)充氣，并通過(guò)控制氣道的壓力，使得彈性模具的形狀達(dá)到預(yù)定形狀，與腔體內(nèi)壁隨形接觸，并具有一定的壓力；