高深宽比微纳层次结构仿壁虎脚毛制作工艺研究

摘要

自然界中壁虎具有非常优秀的吸附能力，可以自由行走在光滑的墙壁上，甚至是天花板上。壁虎脚毛的分级层次结构，尤其是高深宽比的微米级刚毛与纳米级绒毛结构，是保证其产生巨大粘附力且能适应不同表面形貌的关键。壁虎脚毛的这些特性在MEMS器件中以及一些爬壁机器人等领域有着极为广阔的应用前景。为此，本学位论文围绕仿壁虎脚毛的纤维阵列制作工艺开展了如下研究。
　　 采用厚胶工艺，选用SU-8光刻胶作为纤维阵列材料进行试验，制备出了深宽比高达7的纤维阵列。由于较高的深宽比，纤维之间存在纠结现象，难以通过微模塑成型工艺进一步复制其结构以进行批量化生产。
　　 采用半导体工艺中的硅刻蚀工艺，通过ICP刻蚀制作出了多种尺寸的硅孔阵列模具，最高深宽比可达到7以上。利用该硅模具成功复制出聚二甲基硅氧烷(PDMS)微米级纤维阵列。直径小于8μm的纤维阵列，仍然存在纠结现象。无论纤维是否纠结在一起，纤维阵列表面均展现出较好的疏水性，从平面PDMS的水接触角102.7°提升到131.7°以上。
　　 提出了一种全新的简单，低成本的双级层次纤维阵列结构制作工艺。该工艺基于以上硅模具，在硅模具表面涂覆一层SU-8光刻胶，利用厚胶光刻工艺制作出微米孔阵列，与硅模具组成两级孔阵列模具。利用该复合模具成功复制出两级PDMS纤维阵列。由于模具可重复使用，因此可以实现批量化生产。经实验发现双级层次PDMS纤维阵列结构的疏水性相比单级PDMS纤维阵列有少量提升，达到145.9°。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪 论

2 厚胶光刻工艺制作仿壁虎脚毛阵列研究

3 基于硅模具的微模塑成型工艺研究

4 双级层次纤维阵列结构制作工艺研究

5 总结与展望

致 谢

参考文献

附录