專利名稱：一種用于干粘附的兩級結(jié)構(gòu)的電場誘導制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微納制造中的干粘附兩級結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體涉及一種用于干粘附的兩級結(jié)構(gòu)的電場誘導制備工藝。
背景技術(shù)：
美國的Kellar Autumn等人研究壁虎腳掌發(fā)現(xiàn),其表面的兩級結(jié)構(gòu)具有極強的吸附能力，能夠有效地增強物體表面的摩擦力，可廣泛應用于帶式輸送機、機械手、微吸盤等方面。目前，常規(guī)的兩級結(jié)構(gòu)的制備方法主要包括:AFM (原子力)刻蝕法、利用氧化鋁模板孔洞注入成形、等離子體刻蝕法、光刻技術(shù)以及陣列納米碳管制備等方法。然而，傳統(tǒng)制備方法在大面積制備及成形效率方面具有許多不足之處:(I)工藝復雜，例如AFM刻蝕法，需要采用AFM在石蠟表面逐點刻孔，然后注入液態(tài)材料，待冷卻后去除石蠟；(2)設(shè)備精密，例如等離子刻蝕以及光刻技術(shù)，需要昂貴復雜的加工設(shè)備；(3)工藝參數(shù)需要精確控制，例如氧化鋁模板孔洞成形，要求通過改變電壓以及溶液酸度實現(xiàn)對氧化鋁孔的孔徑和孔隙的控制；(4)材料適應性差，例如陣列碳納米管制備方法，需要利用CVD (化學氣相沉積)的方法實現(xiàn)碳納米管的制備，但是CVD工藝中的高溫環(huán)境限制了部分聚合物等材料的應用。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種用于干粘附的兩級結(jié)構(gòu)的電場誘導制備工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)具有微-納結(jié)構(gòu)、或微-微結(jié)構(gòu)的增強表面粘附的兩級結(jié)構(gòu)。為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)路線為:一種用于干粘附的兩級結(jié)構(gòu)的電場誘導制備工藝，包括以下步驟:第一步，誘導模板的制備:利用光刻與刻蝕工藝在Si片表面制備所需要的兩級結(jié)構(gòu)中的第二級圖形結(jié)構(gòu)模板，然后采用翻模的方式，在FTO或ITO玻璃表面制備一層具有微納結(jié)構(gòu)的PDMS或氟樹脂，得到透明的誘導模板；第二步，基材的選擇及處理:采用FTO或ITO玻璃作為基材，利用勻膠機在其表面旋涂一層厚度為微米級別的UV光固化聚合物材料；第三步，電場誘導兩級結(jié)構(gòu)流變成型:施加壓力將誘導模板壓在PI (聚酰亞胺)膜上，令PI膜穿過UV光固化聚合物材料層與基材接觸，施加外接直流電源50疒1000V，誘導模板的FTO或ITO層接電源的正極，基材的FTO或ITO玻璃接電源負極，調(diào)節(jié)電壓，使UV光固化聚合物受到的電場力克服表面張力以及粘滯阻力流變，按照最不穩(wěn)定波長生長出第一級微結(jié)構(gòu)，保持穩(wěn)定的電壓5min-30min，直到UV光固化聚合物填充至誘導模板孔腔中，得到第二級微納結(jié)構(gòu)；第四步，聚合物材料的固化及脫模:在保持電壓不變的情況下利用紫外光從頂部透過誘導模板或從底部透過FTO或ITO玻璃照射已完成復型UV光固化聚合物材料，固化電誘導復型所得的兩級結(jié)構(gòu)，脫去誘導模板，從而得到微-微或微-納的兩級結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明采用一種電場誘導兩級結(jié)構(gòu)的制備工藝，工藝路線簡單，不需要昂貴的加工設(shè)備及復雜的工藝控制，大大降低制造成本，提高了加工效率，其制備的微-微或微-納兩級結(jié)構(gòu)，可廣泛應用于帶式輸送機、機械手、微吸盤等方面。


:圖1為本發(fā)明誘導模板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明在基材上制備一層UV光固化聚合物材料的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明采用外界壓力將誘導模板通過PI膜壓在基材上的示意圖。圖4為本發(fā)明電場誘導形成第一級結(jié)構(gòu)流變機理的示意圖。圖5為本發(fā)明UV光固化聚合物在模具空腔內(nèi)填充形成第二級結(jié)構(gòu)的示意圖。圖6為UV光照固化聚合物材料的示意圖。圖7為本發(fā)明固化后脫去模板得到的兩級結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細描述。一種用于干粘附的兩級結(jié)構(gòu)的電場誘導制備工藝，包括以下步驟:第一步，誘導模板的制備:利用光刻工藝在Si片表面制備兩級結(jié)構(gòu)中第二級結(jié)構(gòu)的圖形結(jié)構(gòu)模板，采用翻模的方式，在FTO或ITO玻璃I表面制備一層具有微納結(jié)構(gòu)的PDMS或氟樹脂2，得到透明的誘導模板，如圖1所示；第二步，基材的選擇及處理:采用FTO或ITO玻璃4作為基材，利用勻膠機在其表面旋涂一層UV光固化聚合物材料3，UV光固化聚合物材料的厚度均為微米級，如圖2所示，第三步，電場誘導聚合物流變成型:以IMPa壓力P將誘導模板壓在PI (聚酰亞胺)膜5上，令PI膜5穿過UV光固化聚合物材料3與基材接觸，施加外接直流電源6，直流電源6為50疒1000V，誘導模板的FTO或ITO玻璃I接電源的正極，基材的FTO或ITO玻璃4接電源負極，調(diào)節(jié)電壓，使UV光固化材料3所受的電場力克服表面張力以及粘滯阻力流變，按照最不穩(wěn)定波長生長出第一級微結(jié)構(gòu)，保持穩(wěn)定的電壓5min-30min，直到UV光固化聚合物填充至誘導模板孔腔中，得到第二級微納結(jié)構(gòu)，如圖3、圖4、圖5所示，第四步，聚合物材料的固化及脫模:在保持電壓不變的情況下利用紫外光7從頂部通過誘導模板照射已完成復型的液態(tài)UV光固化聚合物材料，如圖6所示，固化電誘導復型得到的兩級結(jié)構(gòu)，脫去誘導模板，從而得到預期的微-微或微-納兩級結(jié)構(gòu)，如圖7所示。上述方法可以實現(xiàn)的兩級結(jié)構(gòu)尺寸為:誘導模板凸起的部分尺寸Wl為納米級至微米級，模具凹陷部分尺寸w2為納米級至微米級，凹陷深度尺寸hi為納米級至微米級，得到的兩級結(jié)構(gòu)中第一級結(jié)構(gòu)w5為微米級，h3為微米級,第二級結(jié)構(gòu)w3為納米級至微米級，w4為納米級至微米級，h2為納米級至微米級。施加一定的壓力P，使誘導模板通過PI膜接觸基材，固化之前的UV光固化聚合物材料具有流動性，施加合適的電場，UV光固化聚合物在電場作用力開始流變，在聚合物接觸誘導模板之前，UV光固化聚合物材料按照最不穩(wěn)定波長生長，得到第一級微結(jié)構(gòu)，如圖4所示，當聚合物接觸到誘導模板之后，UV光固化聚合物材料在電毛細力作用下向誘導模板孔腔內(nèi)填充，得到第二級微納結(jié)構(gòu)，如圖5所示。維持一段時間后，待液態(tài)UV光固化聚合物材料完成填充復型，對其采用紫外光從頂部或底部照射使其固化，最后脫去模板，即可得到微-微或微-納的兩級結(jié)構(gòu)。用這種方法制備的兩級結(jié)構(gòu)，克服了常規(guī)工藝的設(shè)備及材料限制，可得到大面積的兩級結(jié)構(gòu)。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)制備方法中復雜的工藝過程及昂貴加工設(shè)備的限制，可實現(xiàn)UV光固化聚合物材料的一次性成型得到微-微或微-納的兩級結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種用于干粘附的兩級結(jié)構(gòu)的電場誘導制備工藝，其特征在于，包括以下步驟:第一步，誘導模板的制備:利用光刻與刻蝕工藝在Si片表面制備所需要的兩級結(jié)構(gòu)中的第二級圖形結(jié)構(gòu)模板，然后采用翻模的方式，在FTO或ITO玻璃表面制備一層具有微納結(jié)構(gòu)的PDMS或氟樹脂，得到透明的誘導模板； 第二步，基材的選擇及處理:采用FTO或ITO玻璃作為基材，利用勻膠機在其表面旋涂一層厚度為微米級別的UV光固化聚合物材料； 第三步，電場誘導兩級結(jié)構(gòu)流變成型:施加壓力將誘導模板壓在PI (聚酰亞胺)膜上，令PI膜穿過UV光固化聚合物材料層與基材接觸，施加外接直流電源50疒1000V，誘導模板的FTO或ITO層接電源的正極，基材的FTO或ITO玻璃接電源負極，調(diào)節(jié)電壓，使UV光固化聚合物受到的電場力克服表面張力以及粘滯阻力流變，按照最不穩(wěn)定波長生長出第一級微結(jié)構(gòu)，保持穩(wěn)定的電壓5min-30min，直到UV光固化聚合物填充至誘導模板孔腔中，得到第二級微納結(jié)構(gòu)； 第四步，聚合物材料的固化及脫模:在保持電壓不變的情況下利用紫外光從頂部透過誘導模板或從底部透過FTO或ITO玻璃照射已完成復型UV光固化聚合物材料，固化電誘導復型所得的兩級結(jié)構(gòu)，脫去誘導模板，從而得到微-微或微-納的兩級結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種用于干粘附的兩級結(jié)構(gòu)的電場誘導制備工藝，先進行誘導模板的制備，再進行基材的選擇及處理，然后進行電場誘導UV光固化聚合物材料流變成型，最后進行UV光固化聚合物材料的固化及脫模，從而得到具有微-微或微-納兩級結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)，可以廣泛地應用在輸送帶、機械手、微吸盤等方面。
文檔編號B81C1/00GK103086319SQ20131001613
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者邵金友, 丁玉成, 田洪淼, 李祥明, 胡鴻, 姜承寶 申請人:西安交通大學