一种仿生壁虎干胶及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微纳加工技术领域，尤其涉及一种仿生壁虎干胶及其制备方法。
【背景技术】
[0002]自然界中生物体所特有的功能很大程度上与其表面微观结构有着密切关系，例如壁虎脚掌具有非常精细的微纳复合结构，约有50万根刚毛，每根刚毛具有约1000根绒毛，当其与固体表面接触时，可以产生强大的粘附力，并且能够快速脱离，使得壁虎能够快速地在垂直的天花板和平行的墙面爬行。同时壁虎脚掌的微纳复合结构具有超疏水性，污水不容易在其表面吸附、沉积，具有自清洁特征。
[0003]壁虎的干性粘附优于其他吸附原理，对环境和壁面具有普适性。基于此优异功能得到的仿生微纳结构(如仿生壁虎干胶)日益受到重视，在微电子、国防、生物材料等高新技术领域的应用也越来越广泛。
[0004]然而，目前已有的仿生壁虎干胶，大多是采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)研制而成，仿生壁虎干胶存在结构不规则、粘附力不强、抗拉伸强度低等问题，另外，仿生壁虎干胶一般是基于微机电系统(MEMS)技术制备得到，其制备工艺复杂且成本高，无法精细控制壁虎的微纳结构。因此，有必要开发一种具有结构规整、粘附性高、自清洁性强、能重复使用的仿生壁虎干胶及其制备方法。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提供了一种仿生壁虎干胶及其制备方法，所述仿生壁虎干胶的结构规则，所述仿生壁虎干胶包括基底和T型微纳米结构，其中T型微纳米结构包括柱体和设置在柱体顶部的盖体，而且所述仿生壁虎干胶的材质为乙烯-醋酸乙烯共聚物(简称EVA)，仿生壁虎干胶结构中多个盖体的存在及EVA材质使得所述仿生壁虎干胶不仅具有强效粘附力，而且还具有高透光率、高抗拉伸强度、自清洁性强等优点；所述仿生壁虎干胶的制备方法简单易操作，克服了目前加工微纳复合结构成本高、工艺复杂、难以加工规则有序结构的缺点，该方法可精细复现设计图案，且适用于仿生壁虎干胶的批量生产。
[0006]第一方面，本发明提供了一种仿生壁虎干胶，所述仿生壁虎干胶的材质为乙烯-醋酸乙烯共聚物(简称EVA)，所述仿生壁虎干胶包括基底及设置在所述基底上的多个T型微纳米结构，其中，所述T型微纳米结构包括柱体和设置在柱体顶部的盖体，所述柱体在竖直方向上的投影落入所述盖体在竖直方向上的投影范围内。
[0007]优选地，所述盖体的尺寸为5-35 μ m，所述柱体的高度为15-25 μ m，相邻各柱体之间的间距为20-50 μ m。
[0008]优选地，所述柱体在的直径或边长为4-30 μ m0
[0009]所述柱体可以是圆柱体、长方体、正方体、圆台或棱台。
[0010]所述盖体可以是圆形或方形。所述盖体的直径或边长为5-35 μm。
[0011]第二方面，本发明提供了一种仿生壁虎干胶的制备方法，包括以下步骤:
[0012](1)制备微纳结构:选一基板，在所述基板表面依次旋涂第一高分子涂层、第二高分子涂层，对两层高分子涂层进行逐层刻蚀获得基于高分子涂层的负T型微纳米结构；
[0013](2)表面疏水处理:对所述负T型微纳米结构的表面进行疏水处理，所述负T型微纳米结构的表面形成疏水薄膜；
[0014](3)转印:将上述疏水处理后的负T型微纳米结构经两次转印至弹性体材料，经脱膜得到负T型结构的弹性体印章；
[0015](4)浇注:将乙烯-醋酸乙烯共聚物(简称EVA)浇注到所述负T型结构的弹性体印章内，待真空除气后，经固化、脱膜得到材质为EVA的T型微纳米结构；
[0016](5)表面疏水处理:将步骤(4)获得的T型微纳米结构进行疏水处理，使所述T型微纳米结构的表面形成疏水薄膜，即得到具有多个T型微纳米结构的仿生壁虎干胶，所述仿生壁虎干胶包括基底及设置在所述基底上的多个T型微纳米结构，其中，所述T型微纳米结构包括柱体和设置在柱体顶部的盖体，所述柱体在竖直方向上的投影落入所述盖体在竖直方向上的投影范围内。
[0017]优选地，步骤(1)中，所述基板包括硅片、塑料、石英或玻璃，但不限于此。
[0018]所述第一高分子涂层包括AR5460或AR5480或含有PMMA的共聚物，所述第二高分子涂层包括SU-8光刻胶，但不限于此。
[0019]如本发明所述的，所述AR5460、AR548为AR系列的胶，不感光，可以使用AR系列的特定溶剂AR300显影剂来溶解。所述SU-8光刻胶包括SU8-T3035，SU8-2025或SU8-2050，但不限于此。
[0020]优选地，步骤(1)中，所述对两层高分子涂层进行逐层刻蚀获得基于高分子涂层的负τ型微纳米结构，包括:
[0021]使用所述第二高分子涂层的显影剂来显影所述第二高分子涂层，获得特定的微米或纳米图形；
[0022]使用特定溶剂通过显影后的所述第二高分子涂层来刻蚀所述第一高分子涂层；在所述第二高分子涂层和所述第一高分子涂层上形成负T型微纳米结构。
[0023]优选地，所述显影剂包括SU-8显影剂，所述特定溶剂包括AR300显影剂或可溶解PMMA的有机溶剂。
[0024]更优选地，所述可溶解PMMA的有机溶剂包括甲苯和丙酮中的一种或多种，但不限于此。
[0025]优选地，步骤(2)中，所述对所述T型微纳米结构的表面进行疏水处理，使所述T型微纳米结构的表面形成疏水薄膜，具体包括:
[0026]使用化学气相沉积工艺处理加热硅基板上的T型微纳米结构的表面，T型微纳米结构的各个方向使用等离子状态下的碳氟化合物气源均匀沉积，在T型微纳米结构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，使用单分子自组装材料在T型微纳米结构的表面进行自组装形成疏水性薄膜，所述单分子自组装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]优选地，步骤(3)中，所述弹性体材料包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、三元乙丙橡胶、丁晴橡胶、顺丁胶和氯丁胶中的一种，但不限于此。
[0029]优选地，所述将上述疏水处理后的负T型微纳米结构两次转印至弹性体材料，经剥离得到负T型结构的弹性体印章，具体包括:
[0030]将上述疏水处理后的负T型微纳米结构转印至弹性体材料，经脱膜得到T型结构的弹性体印章；
[0031]再将T型结构的弹性体印章转印至弹性体材料，经脱膜得到负T型结构的弹性体印章。
[0032]优选地，所述将乙烯-醋酸乙烯共聚物(简称EVA)浇注到所述负T型结构的弹性体印章内之前，还包括:
[0033]将所述负T型结构的弹性体印章的表面进行疏水处理，使所述负T型结构的弹性体印章的表面形成疏水薄膜。
[0034]优选地，步骤⑷中，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)的相对分子量为1000-3000。
[0035]更优选地，所述EVA中，醋酸乙烯的摩尔含量为20% _30%。
[0036]优选地，步骤(1)中，所述在所述基板表面依次旋涂第一高分子涂层、第二高分子涂层之前，还包括:
[0037]使用有机溶剂或氢氟酸清洗硅基板；将清洗后的硅基板在烘箱或者热台上烘烤。
[0038]第三方面，本发明提供了一种仿生壁虎干胶的制备方法，包括以下步骤:
[0039](1)制备微纳结构:选一硅基板，利用光刻技术将掩膜版上的微图案转移到所述硅基板上，并通过干法刻蚀工艺在硅基板上进行刻蚀，获得T型微纳米结构；
[0040](2)表面疏水处理:对所述T型微纳米结构的表面进行疏水处理，使所述T型微纳米结构的表面形成疏水薄膜；
[0041](3)转印:将上述疏水处理后的T型微纳米结构转印至弹性体材料，经脱膜得到负T型结构的弹性体印章；
[0042](4)浇注:将乙烯-醋酸乙烯共聚物(简称EVA)浇注到所述负T型结构的弹性体印章内，待真空除气后，经固化、脱膜得到材质为EVA的T型微纳米结构；
[0043](5)表面疏水处理:将步骤(4)获得的T型微纳米结构进行疏水处理，使所述T型微纳米结构的表面形成疏水薄膜，即得到具有多个T型微纳米结构的仿生壁虎干胶，所述仿生壁虎干胶包括基底及设置在所述基底上的多个T型微纳米结构，其中，所述T型微纳米结构包括柱体和设置在柱体顶部的盖体，所述柱体在竖直方向上的投影落入所述盖体在竖直方向上的投影范围内。
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