[發明專利]一種一體式跨尺度微納米柱陣列的加工方法及其應用

有效

• 申請號: 202210365225.1
• 申請日: 2022-04-08
• 公開（公告）號: CN114477078B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 文莉;廖立睿;周熟能;楊俊峰
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B81B3/00;G01L1/22
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 盧敏

1.一種一體式跨尺度微納米柱陣列的加工方法，其特征在于：首先利用飛秒激光在表面貼附有柔性薄膜的聚合物模板上，加工出內壁帶有納米凹坑的微孔陣列；然后去除聚合物模板上的柔性薄膜，將液態柔性材料涂敷于聚合物模板表面并擴散至微孔陣列內部，固化、脫模后，即獲得一體式跨尺度微納米柱陣列。

2.根據權利要求1所述的一體式跨尺度微納米柱陣列的加工方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟（1）、將聚合物模板通過膠粘劑緊密貼合在硬質基材表面；

步驟（2）、將柔性薄膜貼在聚合物模板表面；

步驟（3）、利用飛秒激光加工貼附有柔性薄膜的聚合物模板，在其表面加工出內壁帶有納米凹坑的微孔陣列；

步驟（4）、加工完成后去除上表面的柔性薄膜，再將限制框貼附于聚合物模板四周，將液態柔性材料涂敷于限制框中，均勻的擴散于聚合物模板表面及微孔陣列內部；

步驟（5）、對液態柔性材料進行烘干固化后，將柔性材料從聚合物模板中剝離，獲得一體式跨尺度微納米柱陣列。

3.根據權利要求1或2所述的一體式跨尺度微納米柱陣列的加工方法，其特征在于：所述聚合物模板為聚四氟乙烯、聚氯乙烯或氟化乙烯丙烯共聚物。

4.根據權利要求1或2所述的一體式跨尺度微納米柱陣列的加工方法，其特征在于：所述柔性薄膜為聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、環氧樹脂、聚氨基甲酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇、聚酰胺酰亞胺或聚碳酸脂。

5.根據權利要求1或2所述的一體式跨尺度微納米柱陣列的加工方法，其特征在于：所述飛秒激光加工的功率為100-500mW，中心波長為700～1000nm，脈寬為小于120fs，重復頻率為0.1～1000KHz，掃描速度為10～100mm/s，激光掃描間距50～350μm，每個微孔陣列掃描時間為100-300ms。

6.根據權利要求1或2所述的一體式跨尺度微納米柱陣列的加工方法，其特征在于：所述液態柔性材料為聚二甲基硅氧烷溶液、Ecoflex或Dragon Skin。

7.一種利用權利要求1~6中任意一項所述加工方法所獲得的一體式跨尺度微納米柱陣列，其特征在于：所述一體式跨尺度微納米柱陣列由基底和微納米柱陣列組成，微納米柱是在微米柱的表面分布有樹枝狀納米結構，且微米柱和樹枝狀納米結構呈無分層界面的一體式結構。

8.根據權利要求7所述的一體式跨尺度微納米柱陣列，其特征在于：所述微米柱呈圓臺形，圓臺底面直徑為35-60μm、頂面直徑為15-30μm、高度為120-200μm，密度為1-3.24*10⁸個/m²；所述樹枝狀納米結構的直徑為800-950nm；所述基底的厚度為100-500μm。

9.一種柔性微壓力傳感器，其特征在于：由兩片權利要求7或8所述的一體式跨尺度微納米柱陣列以微納米柱陣列相對疊合而成，兩微納米柱陣列形成互鎖結構，且在互鎖的兩微納米柱陣列的外圍設置有彈性層，彈性層的上下表面分別貼合在兩微納米柱陣列的基底上。

10.一種權利要求9所述柔性微壓力傳感器的制作方法，其特征在于：

首先，分別將兩片相同的一體式跨尺度微納米柱陣列進行磁控濺射，在其微納米柱陣列表面濺射一層導電金屬材料；然后，將兩片一體式跨尺度微納米柱陣列與彈性層進行氧等離子體親水處理后進行鍵合，形成從上至下依次為一體式跨尺度微納米柱陣列、彈性層、一體式跨尺度微納米柱陣列的三層結構，且上下兩層的兩微納米柱陣列形成互鎖結構，彈性層位于互鎖的兩微納米柱陣列的外圍，即獲得柔性微壓力傳感器。