一种干粘附微纳复合两级倾斜结构的制备工艺

摘要

一种干粘附微纳复合两级倾斜结构的制备工艺，先进行基底模版的制备，然后进行基底模板匀胶，再光刻显影，将掩膜板和第二步匀完胶的纳米基底模板贴紧，倾斜放于紫外光下曝光，去掉掩膜板，紫外光从背面垂直摄入曝光，然后在显影液中显影，得到底部大的倒八字形结构，再进行聚合物PDMS翻模，将PDMS倒在显完影的光刻胶上，抽真空，加热或者常温固化，待PDMS固化后，将其放入乙醇溶液中，超声去掉光刻胶AZ9260，将PDMS从基底模板揭下，得到微纳复合两级倾斜结构，本发明采用正反曝光实现干粘附微纳复合两级倾斜结构的制备，工艺简单，制造成本很低，加工效率高，适合商业化大规模生产加工，制备的干粘附微纳复合两级倾斜结构，可广泛用于机械手、吸附盘等领域。

说明书

技术领域

本发明属于微纳复合结构制备技术领域，具体涉及一种干粘附微 纳复合两级倾斜结构的制备工艺。

背景技术

美国科学家Autumn等人通过实验证明，壁虎能够在墙面、玻 璃·等任何表面做无障碍运动是由于其脚掌与接触表面之间存在着特 殊的粘着力，这种力来自于壁虎脚掌绒毛上的微纳复合两级倾斜结构 与物体表面分子产生的“范德华力”。这种微纳复合两级倾斜结构可 以有效增加与物体的吸附力，同时由于倾斜结构的存在，便于沿某一 方向与吸附表面脱离，被广泛应用于机械手、吸附盘等产品之中。目 前，常规的微纳复合两级（倾斜）结构制备方法主要有：模具注塑法、 反应等离子体干刻蚀法、静电诱导法、AFM刻蚀法等。然而，传统 的制备方法在工艺成本以及加工效率方面存在很多不足之处：（1）效 率较低，例如，AFM刻蚀法，需要先借助原子力写出图案，再进行 翻模，原子力加工技术速度很慢；（2）成本较高，例如，反应等离子 体干刻蚀法需要借助昂贵复杂的刻蚀机；（3）实现倾斜结构很困难， 例如，静电诱导法一般只能诱导垂直结构。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种干粘 附微纳复合两级倾斜结构的制备工艺，能够制备具有微纳复合的两级 倾斜结构，实现较强吸附、便于脱离的功能。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种干粘附微纳复合两级倾斜结构的制备工艺，包括以下步骤：

第一步，基底模版的制备，利用电子束光刻和干法刻蚀工艺，在 透明玻璃上制备纳米尺度的孔阵列，将其作为纳米基底模板，制作所 需的两级结构中的第二级纳米图形结构；

第二步，基底模板匀胶，利用匀胶机在第一步制作出的纳米基底 模板上均匀旋涂一层厚度在微米级别的AZ9260光刻胶，匀胶转速为 1000—2000r/min，并在90-110℃之间，前烘5-10min；

第三步，光刻显影，将掩膜板和第二步匀完胶的纳米基底模板贴 紧，倾斜30-60度放于紫外光下，紫外光强度10-25mW/cm2，曝光 30-100s，之后，去掉掩膜板，紫外光从背面垂直摄入，紫外光强度 10-25mW/cm2，曝光2-10s，然后在显影液中显影2-5min，通过控 制显影时间，得到底部大的倒八字形结构；

第四步，聚合物PDMS翻模，将配好的聚合物PDMS倒在显完 影的光刻胶上，抽真空10-20min，让PDMS充分填充，之后加热或 者常温固化，待PDMS固化后，将其放入乙醇溶液中，超声波功率 80-120w，超声10-60min，去掉光刻胶AZ9260，将PDMS从基底模 板揭下，得到微纳复合两级倾斜结构；

本发明采用一种基于正反曝光的方式实现干粘附微纳复合两级 倾斜结构的制备，工艺路线简单，制造成本很低，加工效率高，适合 商业化大规模生产加工，其制备的干粘附微纳复合两级倾斜结构，可 广泛用于机械手、吸附盘等领域。

附图说明：

图1为本发明基底模板的结构示意图。

图2为本发明在基底模板上旋涂一层光刻胶的结构示意图。

图3为本发明正面曝光的结构示意图。

图4为本发明反面曝光的结构示意图。

图5为本发明显影后的结构示意图。

图6为本发明聚合物PDMS填充后的结构示意图。

图7为本发明聚合物PDMS脱模后得到的干粘附微纳复合两级倾 斜结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

一种干粘附微纳复合两级倾斜结构的制备工艺，包括以下步骤：

第一步，基底模版的制备，利用电子束光刻和干法刻蚀工艺，在 透明玻璃上制备纳米尺度的孔阵列，将其作为纳米基底模板1，制作 所需的两级结构中的第二级纳米图形结构，如图1所示，S1是孔的 直径，H1是孔的深度，S2是孔与孔之间的间隙，由于，此透明玻璃 模板不溶于乙醇等有机溶剂，因此在整个工艺过程中可以重复利用；

第二步，基底模板匀胶，利用匀胶机在第一步制作出的纳米基底 模板1上均匀旋涂一层厚度在微米级别的AZ9260光刻胶2，匀胶转 速为1000-2000r/min，并在90-110℃下前烘5-10min，得到如附图2 所示的结构，胶的厚度为H2；

第三步，光刻显影，将掩膜板3和第二步匀完胶的纳米基底模板 1贴紧，倾斜30-60度放于紫外光下，紫外光强度10-25mW/cm2， 曝光30-100s，如附图3所示，其中S3为掩膜板上孔的直径，角度a 是紫外光照射的倾斜角，掩膜板3上的黑色部分是遮光区域，白色部 分是透光区域，光刻胶2上的交叉线阴影是被曝光区域，左倾斜线阴 影是未曝光区域。之后，去掉掩膜板3，紫外光从背面垂直摄入，紫 外光强度10-25mW/cm2，曝光2-10s，此时只有底部光刻胶AZ9260 被曝光，但并未曝透，如附图4所示，这时光刻胶2上的交叉线阴影 是被曝光区域，左倾斜线阴影是未曝光区域，然后在显影液中显影 2-5min，通过控制显影时间，从而得到底部结构较大的倒八字形结构， 如附图5所示，光刻胶2上的竖线阴影是被显掉的区域，横线阴影是 留下的区域；

第四步，聚合物PDMS翻模，将配好的聚合物PDMS倒在显完 影的光刻胶上，抽真空10-20min，让PDMS充分填充，得到如附图6 所示结构，光刻胶2上的横线阴影仍然是显完影后留下的光刻胶 AZ9260，交叉阴影为填入的聚合物PDMS4，之后加热或者常温固化， 待PDMS完全固化后，将整个结构放入乙醇溶液中，超声波功率 80-120w，超声10-60min，去掉光刻胶AZ9260，将PDMS从纳米基 底模板揭下，得到微纳复合两级倾斜结构，如附图7所示。

上述方法可以得到的两级结构尺寸为：基底模板S1、H1为最终 得到的PDMS中第二级纳米（或亚微米）结构的宽度和高度，光刻 胶的厚度H2为最终得到的PDMS中第一级微米结构的高度，掩膜板 的特征尺寸S3为最终得到的PDMS中第一级微米结构的宽度。

本发明克服了传统制备方法中复杂的工艺过程和昂贵的加工成 本的缺陷，可实现干粘附微纳复合两级倾斜结构的简单、高效成型。