[發(fā)明專利]一種掩膜加工仿鯊魚皮表面的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811565346.0
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN109795062B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦立果;楊浩;張輝;董光能;馬偉年
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: B29C39/10
• 分類號: B29C39/10;B29C39/22;B29K83/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

一種掩膜加工仿鯊魚皮表面的制備方法，通過先制備鋁基掩膜板，然后制備復(fù)型底板，再制備仿生鯊魚皮；然后將整個結(jié)構(gòu)浸泡于溶劑中，在恒溫水浴箱中輕微的晃動，利用溶劑的表面張力，更為容易得剝離復(fù)型底板和掩模板B，從而獲得仿生鯊魚皮表面。本發(fā)明的工藝可靠，方便快捷，適用于更大批量且更好形貌的仿生鯊魚皮樣品的制備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明表面制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種掩膜加工仿鯊魚皮表面的制備方法。

背景技術(shù)

目前，常用的防護(hù)技術(shù)如表面防污涂層技術(shù)對延長海洋裝備的使用壽命和減少運(yùn)行能耗起到了較好的作用，但依然存在維護(hù)周期長，費(fèi)用高，防污與減阻效率低等缺點(diǎn)。傳統(tǒng)防污涂層(有機(jī)錫)對海洋生態(tài)平衡的破壞作用也受到越來越多的學(xué)者關(guān)注。同時(shí)一旦這種涂層受到物理性損傷，必須緊急停航進(jìn)行修復(fù)和維護(hù)，不利于海洋裝備服役的靈活性與機(jī)動性。當(dāng)前傳統(tǒng)的涂層防護(hù)技術(shù)已無法滿足服役條件的苛刻性與復(fù)雜性。所以，如何提高海洋裝備的防護(hù)和減阻性能，減少生物附著對海洋裝備的服役傷害，清理污著表面，是現(xiàn)今亟待解決的問題。

生活在海洋的鯊魚因其獨(dú)特的皮膚構(gòu)造從而具有強(qiáng)大的自清潔及減阻能力，基于仿生學(xué)原理，研究鯊魚與海豚皮膚的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對其基本結(jié)構(gòu)與表面成分進(jìn)行分析，提取并獲得鯊魚皮等海洋生物的微觀形貌特征。研究其結(jié)構(gòu)分布的拓?fù)涮卣鳎⒈砻嫖⒂^結(jié)構(gòu)與附著生物的相互作用關(guān)系，并采取合適的復(fù)型再制造技術(shù)，構(gòu)建仿自清潔與減阻表面。

結(jié)合已有文獻(xiàn)對減阻形貌數(shù)據(jù)的報(bào)道及掃描電鏡(SEM)觀察，提取利于表面減阻的形貌特征參數(shù)，然后采用模板法制備與生物功能高度一致的表面仿生結(jié)構(gòu)。目前我們已經(jīng)做出的工作內(nèi)容如下：將鯊魚皮防腐處理后，噴涂適量脫模劑。利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)模具膠澆鑄到生物樣本上，經(jīng)過抽真空、固化和脫模，得到模板。對模板表面進(jìn)行噴金處理，于SEM和激光共聚焦顯微鏡下觀察表面形貌特征，提取減阻仿生的形貌參數(shù)；采用激光燒蝕的加工方法，對模板基材表面進(jìn)行預(yù)處理，如拋光和清洗等。探索和調(diào)節(jié)激光加工工藝過程中的參數(shù)：重復(fù)頻率、加工電流、掃描次數(shù)等，將獲取的減阻仿生參數(shù)輸入，控制激光光斑的運(yùn)動路徑，得到仿生的減阻表面。不論何種加工方法，最后都應(yīng)通過復(fù)型精度等作為基本評價(jià)依據(jù)，其中復(fù)型精度可通過測量比較鯊魚皮和仿生鯊魚皮對應(yīng)的關(guān)鍵尺寸誤差值得到。可用激光共聚焦分別測量鯊魚皮和仿生鯊魚皮表面的關(guān)鍵尺寸，關(guān)鍵尺寸主要有盾鱗基底的長和寬，以及“脊”的長寬高。經(jīng)查閱資料以及實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：使用鯊魚皮作為復(fù)型模板獲得仿生鯊魚皮樣品減阻效果明顯。但其中“脊”的長度、高度復(fù)型精度低于98％，原因可能主要是由于脊的結(jié)構(gòu)較為細(xì)微，復(fù)型過程中，硅膠模板不能很好把該結(jié)構(gòu)復(fù)型下來。同時(shí)該方法存在樣品尺寸受限，無法大規(guī)模批量制作的弊端；使用激光燒蝕方法得到的仿生的減阻織構(gòu)表面，雖然方便大規(guī)模批量生產(chǎn)，且通過改變激光參數(shù)獲得形貌較好的盾鱗中“脊”。但僅體現(xiàn)出鯊魚皮盾鱗的“脊”，而無盾鱗基底，其完整盾鱗結(jié)構(gòu)難以獲得。綜上，有必要提出一種同時(shí)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、高復(fù)型精度的仿生鯊魚皮制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種掩膜加工仿鯊魚皮表面的制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，利用掩膜的貼合，優(yōu)化仿生鯊魚皮產(chǎn)品的剝離過程；同時(shí)其制備結(jié)果相較于直接采用激光加工的制備樣品具備更好形貌，因?yàn)榇嬖诤穸瓤煽氐难谀０甯趯?shí)現(xiàn)盾鱗高度的調(diào)控，從而更為精確地制備出仿生鯊魚皮表面；且結(jié)合激光加工后相對于采用PDMS脫模真正鯊魚皮的方法更適合大規(guī)模生產(chǎn)的表面制備工藝；通過本發(fā)明可以獲得大面積的仿鯊魚皮表面。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種掩膜加工仿鯊魚皮表面的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、鋁基掩膜板的制備

在掩模板A與掩模板B的復(fù)型區(qū)采用激光燒蝕的方法，制造出排布完全相同的若干圓形通孔；

步驟二、復(fù)型底板的制備

將鋼板與掩模板A重合放置，用固定件固定四角，隨后用激光燒蝕出平行的溝槽圖案，得到分布有類似鯊魚皮盾鱗圖案的復(fù)型底板；