一種仿生壁虎干膠及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微納加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種仿生壁虎干膠及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自然界中生物體所特有的功能很大程度上與其表面微觀結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)系，例如壁虎腳掌具有非常精細(xì)的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)，約有50萬(wàn)根剛毛，每根剛毛具有約1000根絨毛，當(dāng)其與固體表面接觸時(shí)，可以產(chǎn)生強(qiáng)大的粘附力，并且能夠快速脫離，使得壁虎能夠快速地在垂直的天花板和平行的墻面爬行。同時(shí)壁虎腳掌的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)具有超疏水性，污水不容易在其表面吸附、沉積，具有自清潔特征。
[0003]壁虎的干性粘附優(yōu)于其他吸附原理，對(duì)環(huán)境和壁面具有普適性?；诖藘?yōu)異功能得到的仿生微納結(jié)構(gòu)(如仿生壁虎干膠)日益受到重視，在微電子、國(guó)防、生物材料等高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。
[0004]然而，目前已有的仿生壁虎干膠，大多是采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)研制而成，仿生壁虎干膠存在結(jié)構(gòu)不規(guī)則、粘附力不強(qiáng)、抗拉伸強(qiáng)度低等問(wèn)題，另外，仿生壁虎干膠一般是基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)制備得到，其制備工藝復(fù)雜且成本高，無(wú)法精細(xì)控制壁虎的微納結(jié)構(gòu)。因此，有必要開(kāi)發(fā)一種具有結(jié)構(gòu)規(guī)整、粘附性高、自清潔性強(qiáng)、能重復(fù)使用的仿生壁虎干膠及其制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種仿生壁虎干膠及其制備方法，所述仿生壁虎干膠的結(jié)構(gòu)規(guī)則，所述仿生壁虎干膠包括基底和T型微納米結(jié)構(gòu)，其中T型微納米結(jié)構(gòu)包括柱體和設(shè)置在柱體頂部的蓋體，而且所述仿生壁虎干膠的材質(zhì)為乙烯-醋酸乙烯共聚物(簡(jiǎn)稱EVA)，仿生壁虎干膠結(jié)構(gòu)中多個(gè)蓋體的存在及EVA材質(zhì)使得所述仿生壁虎干膠不僅具有強(qiáng)效粘附力，而且還具有高透光率、高抗拉伸強(qiáng)度、自清潔性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；所述仿生壁虎干膠的制備方法簡(jiǎn)單易操作，克服了目前加工微納復(fù)合結(jié)構(gòu)成本高、工藝復(fù)雜、難以加工規(guī)則有序結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，該方法可精細(xì)復(fù)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖案，且適用于仿生壁虎干膠的批量生產(chǎn)。
[0006]第一方面，本發(fā)明提供了一種仿生壁虎干膠，所述仿生壁虎干膠的材質(zhì)為乙烯-醋酸乙烯共聚物(簡(jiǎn)稱EVA)，所述仿生壁虎干膠包括基底及設(shè)置在所述基底上的多個(gè)T型微納米結(jié)構(gòu)，其中，所述T型微納米結(jié)構(gòu)包括柱體和設(shè)置在柱體頂部的蓋體，所述柱體在豎直方向上的投影落入所述蓋體在豎直方向上的投影范圍內(nèi)。
[0007]優(yōu)選地，所述蓋體的尺寸為5-35 μ m，所述柱體的高度為15-25 μ m，相鄰各柱體之間的間距為20-50 μ m。
[0008]優(yōu)選地，所述柱體在的直徑或邊長(zhǎng)為4-30 μ m0
[0009]所述柱體可以是圓柱體、長(zhǎng)方體、正方體、圓臺(tái)或棱臺(tái)。
[0010]所述蓋體可以是圓形或方形。所述蓋體的直徑或邊長(zhǎng)為5-35 μm。
[0011]第二方面，本發(fā)明提供了一種仿生壁虎干膠的制備方法，包括以下步驟:
[0012](1)制備微納結(jié)構(gòu):選一基板，在所述基板表面依次旋涂第一高分子涂層、第二高分子涂層，對(duì)兩層高分子涂層進(jìn)行逐層刻蝕獲得基于高分子涂層的負(fù)T型微納米結(jié)構(gòu)；
[0013](2)表面疏水處理:對(duì)所述負(fù)T型微納米結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行疏水處理，所述負(fù)T型微納米結(jié)構(gòu)的表面形成疏水薄膜；
[0014](3)轉(zhuǎn)印:將上述疏水處理后的負(fù)T型微納米結(jié)構(gòu)經(jīng)兩次轉(zhuǎn)印至彈性體材料，經(jīng)脫膜得到負(fù)T型結(jié)構(gòu)的彈性體印章；
[0015](4)澆注:將乙烯-醋酸乙烯共聚物(簡(jiǎn)稱EVA)澆注到所述負(fù)T型結(jié)構(gòu)的彈性體印章內(nèi)，待真空除氣后，經(jīng)固化、脫膜得到材質(zhì)為EVA的T型微納米結(jié)構(gòu)；
[0016](5)表面疏水處理:將步驟(4)獲得的T型微納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行疏水處理，使所述T型微納米結(jié)構(gòu)的表面形成疏水薄膜，即得到具有多個(gè)T型微納米結(jié)構(gòu)的仿生壁虎干膠，所述仿生壁虎干膠包括基底及設(shè)置在所述基底上的多個(gè)T型微納米結(jié)構(gòu)，其中，所述T型微納米結(jié)構(gòu)包括柱體和設(shè)置在柱體頂部的蓋體，所述柱體在豎直方向上的投影落入所述蓋體在豎直方向上的投影范圍內(nèi)。
[0017]優(yōu)選地，步驟(1)中，所述基板包括硅片、塑料、石英或玻璃，但不限于此。
[0018]所述第一高分子涂層包括AR5460或AR5480或含有PMMA的共聚物，所述第二高分子涂層包括SU-8光刻膠，但不限于此。
[0019]如本發(fā)明所述的，所述AR5460、AR548為AR系列的膠，不感光，可以使用AR系列的特定溶劑AR300顯影劑來(lái)溶解。所述SU-8光刻膠包括SU8-T3035，SU8-2025或SU8-2050，但不限于此。
[0020]優(yōu)選地，步驟(1)中，所述對(duì)兩層高分子涂層進(jìn)行逐層刻蝕獲得基于高分子涂層的負(fù)τ型微納米結(jié)構(gòu)，包括:
[0021]使用所述第二高分子涂層的顯影劑來(lái)顯影所述第二高分子涂層，獲得特定的微米或納米圖形；
[0022]使用特定溶劑通過(guò)顯影后的所述第二高分子涂層來(lái)刻蝕所述第一高分子涂層；在所述第二高分子涂層和所述第一高分子涂層上形成負(fù)T型微納米結(jié)構(gòu)。
[0023]優(yōu)選地，所述顯影劑包括SU-8顯影劑，所述特定溶劑包括AR300顯影劑或可溶解PMMA的有機(jī)溶劑。
[0024]更優(yōu)選地，所述可溶解PMMA的有機(jī)溶劑包括甲苯和丙酮中的一種或多種，但不限于此。
[0025]優(yōu)選地，步驟(2)中，所述對(duì)所述T型微納米結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行疏水處理，使所述T型微納米結(jié)構(gòu)的表面形成疏水薄膜，具體包括:
[0026]使用化學(xué)氣相沉積工藝處理加熱硅基板上的T型微納米結(jié)構(gòu)的表面，T型微納米結(jié)構(gòu)的各個(gè)方向使用等離子狀態(tài)下的碳氟化合物氣源均勻沉積，在T型微納米結(jié)構(gòu)的表面形成具有疏水性的碳氟化合物薄膜，所述碳氟化合物包括C4FS或CF 4；
[0027]或者，使用單分子自組裝材料在T型微納米結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行自組裝形成疏水性薄膜，所述單分子自組裝材料包括全氟辛基三氯硅烷(PFTS)、全氟葵基三氯硅烷或全氟十二基三氯硅烷，但不限于此。
[0028]優(yōu)選地，步驟(3)中，所述彈性體材料包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、三元乙丙橡膠、丁晴橡膠、順丁膠和氯丁膠中的一種，但不限于此。
[0029]優(yōu)選地，所述將上述疏水處理后的負(fù)T型微納米結(jié)構(gòu)兩次轉(zhuǎn)印至彈性體材料，經(jīng)剝離得到負(fù)T型結(jié)構(gòu)的彈性體印章，具體包括:
[0030]將上述疏水處理后的負(fù)T型微納米結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)印至彈性體材料，經(jīng)脫膜得到T型結(jié)構(gòu)的彈性體印章；
[0031]再將T型結(jié)構(gòu)的彈性體印章轉(zhuǎn)印至彈性體材料，經(jīng)脫膜得到負(fù)T型結(jié)構(gòu)的彈性體印章。
[0032]優(yōu)選地，所述將乙烯-醋酸乙烯共聚物(簡(jiǎn)稱EVA)澆注到所述負(fù)T型結(jié)構(gòu)的彈性體印章內(nèi)之前，還包括:
[0033]將所述負(fù)T型結(jié)構(gòu)的彈性體印章的表面進(jìn)行疏水處理，使所述負(fù)T型結(jié)構(gòu)的彈性體印章的表面形成疏水薄膜。
[0034]優(yōu)選地，步驟⑷中，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)的相對(duì)分子量為1000-3000。
[0035]更優(yōu)選地，所述EVA中，醋酸乙烯的摩爾含量為20% _30%。
[0036]優(yōu)選地，步驟(1)中，所述在所述基板表面依次旋涂第一高分子涂層、第二高分子涂層之前，還包括:
[0037]使用有機(jī)溶劑或氫氟酸清洗硅基板；將清洗后的硅基板在烘箱或者熱臺(tái)上烘烤。
[0038]第三方面，本發(fā)明提供了一種仿生壁虎干膠的制備方法，包括以下步驟:
[0039](1)制備微納結(jié)構(gòu):選一硅基板，利用光刻技術(shù)將掩膜版上的微圖案轉(zhuǎn)移到所述硅基板上，并通過(guò)干法刻蝕工藝在硅基板上進(jìn)行刻蝕，獲得T型微納米結(jié)構(gòu)；
[0040](2)表面疏水處理:對(duì)所述T型微納米結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行疏水處理，使所述T型微納米結(jié)構(gòu)的表面形成疏水薄膜；
[0041](3)轉(zhuǎn)印:將上述疏水處理后的T型微納米結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)印至彈性體材料，經(jīng)脫膜得到負(fù)T型結(jié)構(gòu)的彈性體印章；
[0042](4)澆注:將乙烯-醋酸乙烯共聚物(簡(jiǎn)稱EVA)澆注到所述負(fù)T型結(jié)構(gòu)的彈性體印章內(nèi)，待真空除氣后，經(jīng)固化、脫膜得到材質(zhì)為EVA的T型微納米結(jié)構(gòu)；
[0043](5)表面疏水處理:將步驟(4)獲得的T型微納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行疏水處理，使所述T型微納米結(jié)構(gòu)的表面形成疏水薄膜，即得到具有多個(gè)T型微納米結(jié)構(gòu)的仿生壁虎干膠，所述仿生壁虎干膠包括基底及設(shè)置在所述基底上的多個(gè)T型微納米結(jié)構(gòu)，其中，所述T型微納米結(jié)構(gòu)包括柱體和設(shè)置在柱體頂部的蓋體，所述柱體在豎直方向上的投影落入所述蓋體在豎直方向上的投影范圍內(nèi)。
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