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高深宽比微纳层次结构仿壁虎脚毛制作工艺研究

作 者: 吕皞
导 师: 刘世元
学 校: 华中科技大学
专 业: 机械电子工程
关键词: 壁虎粘附 仿生 ICP硅刻蚀工艺 厚胶光刻工艺 微模塑成型工艺 PDMS SU-8
分类号: TB391
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 30次
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内容摘要


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°。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-18
  1.1 课题来源  8
  1.2 课题背景  8-9
  1.3 国内外研究现状  9-17
  1.4 论文的研究内容  17-18
2 厚胶光刻工艺制作仿壁虎脚毛阵列研究  18-26
  2.1 厚胶光刻工艺  18-19
  2.2 SU-8 负性光刻胶光刻工艺研究  19-21
  2.3 基于SU-8 胶光刻工艺的仿壁虎刚毛阵列制作实验  21-25
  2.4 本章小结  25-26
3 基于硅模具的微模塑成型工艺研究  26-37
  3.1 硅模具的制作  26-31
  3.2 PDMS纤维阵列的制作实验  31-33
  3.3 PDMS仿壁虎刚毛纤维阵列的性质测试  33-36
  3.4 本章小结  36-37
4 双级层次纤维阵列结构制作工艺研究  37-47
  4.1 双级层次纤维阵列结构的制作工艺研究  38-42
  4.2 基于硅和SU-8 胶复合模具的微模塑成型工艺制作实验  42-45
  4.3 本章小结  45-47
5 总结与展望  47-49
  5.1 全文总结  47-48
  5.2 展望  48-49
致谢  49-50
参考文献  50-54
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文  54-55
附录2 攻读硕士学位期间发表的专利  55

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 其他材料
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