基于飞秒激光的仿生凹角结构纹理表面制备技术研究
发布时间：2021-09-18 14:10
A.Tuteja等人首先设计的疏油凹角结构纹理表面使该种人造疏油表面成为研究热点。随着弹尾虫疏油角质层的发现,人们意识到:这种由无翼节肢动物进化出的高度纹理化,层次化排列的表面凹角结构;由于其优异的疏油性及高静水压力下的抗浸润性,在日常生活和工业生产中有着广泛的应用价值。研究者们已经提出了各种各样的基于化学刻蚀和光刻工艺的仿生凹角结构纹理表面制备方法。相较于主流微纳加工方式,飞秒激光放大级直写加工作为一种新兴加工手段,以其低热效应、高峰值功率、无掩膜、高精度、灵活高效、不受加工材料限制等诸多优势,在微纳加工领域有着广泛应用。本课题聚焦于探究凹角结构纹理表面制备技术,利用飞秒激光放大级直写加工形状记忆聚合物材料,引入“复合”思想,结合两种不同材料间的收缩失配和形状记忆聚合物的热辅助自生长机制,成功制备了仿生凹角结构纹理表面;同时,创新的提出了一种动态表征手段:施加外部振动来模拟真实的弹尾虫运动场景,详细探究了凹角结构几何参数对动态抗浸润性能以及外部振动参数对液滴浸润过程的影响,最终实现了仿生凹角结构纹理表面的性能优化。全文的主要工作内容包括以下几部分:（1）从形状记忆聚合物的记忆效应和聚...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３Ｃ．Ｗｅｒｎｅｒ等人提出的利用逆向压印光刻技术制备凹角结构工艺示意１３１］：首先通过两??，
ｌｉｃｏｎ?ｅｔｃｈ?ｒｅｓｉｓｔ?ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ?＆?ｓｉｌｉｃｏｎ?ｅｔｃｈ?ｔｗｏ－ｔｉｅｒ?＾ｌｉｃｏｎ?ｍａｓｔｅｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??ＩＩ．?Ｆｅａｔｕｒｅ?ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ?—?ｒｅｖｅｒｓｅ?ｉｍｐｒｉｎｔ?ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ????ＰＦＰＥｃｔｍａ?ｗｃｙｆｃｍｇ?ｍ＜ｒｆａ?（ｐｏｓｉａｖｅ＞?ｊ?????ｍｏ＞ｄ?ｃａｓｔｉｎｇ?ｔｏｎｅ?ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｐｒｅ－ｐｏｉｙｍｅｒ?ｄｅｐｏｓｔｉｏｎ?＆?ＵＶ－ｃｕｒｉｎｇ??图１．３Ｃ．Ｗｅｒｎｅｒ等人提出的利用逆向压印光刻技术制备凹角结构工艺示意１３１］：首先通过两??步深硅刻蚀得到凸模，接着逆向压印光刻经固化后得到凹角结构阵列表面。??由于基于光刻和反应离子／各项异性刻蚀的方法具有工艺复杂，刻蚀周期久；??前期需要使用化学气相沉积等方法制备掩膜板，且一批掩膜板对应一种固定尺寸??的结构，如果需要对结构参数进行调控探究则需要制作另一批掩膜板；制备过程??需要超净间且存在不可避免的化学试剂污染等局限。为了突破这些限制，研宄者??们着眼于探究更为便捷的加工方法来制备微纳结构纹理表面。近年来，随着快速??原型增材制造的技术发展，增材制造的３Ｄ打印方法也被广泛用于微纳结构的加??工之中。Ｇｕ等人［３２］利用双光子聚合３Ｄ打印技术在光刻胶上成功实现了凹角结??构，双凹角结构乃至三凹角结构的制备（图１．４）；??■關戰：??國參????—?（？ｖ＞?（ｎｉ）?Ｄｅｖｅｔｅｐｉｎｇ??Ｔ?ｒ?＞?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?—一?Ｉ?■??Ｈｉｎｉｉ＇ｉ??图１．４ＧＵ等人利用双光子聚合３Ｄ打印制备凹角结构纹理表面示
ａ?＿?Ｊ?，，?ｂ?，笔??ｏｐｔｉｃａｌ?ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ?ｉ?＊?－?．．－ｖ?＾??ｆ職》?ｅ—，．勿？??ｅ?，’而—?ＣＩＭＩ＿??Ｌ＇ｇｈｔ?ｇｕｉｄｅ?ｔｏｏ！?＼?＾?警??ＰＯＭＳ?：，Ｊ！！Ｍ！Ｕ，，＾Ｎ？，?＾ＳＫｐ＞？ｔｅｒ?ｏｐｔｌｕｌ?ｆｉｂｅｒ??ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ?ａｒｒａｙ??＝Ｍ：??Ｉ—＂Ｍ＿ｍｍｍｍｍｍｍｍ?ｍｍｍｉｎｉｍｍｍｍｉ?ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ?ｐｒｏｊｅｃｔｅｄ?ｐａｔｔｅｒｎｓ??图１．５Ｃｈｅｎ等人开发的浸入式表面积累３Ｄ打印平台及加工工艺展示｜３３１。ａ）浸入式３Ｄ打??印平台示意图；ｂ）打印光路及检测光路示意图；ｃ）打蛋器结构示意图及电镜图；ｄ）打印??终端光纤放大示意图；ｅ）浸入式打印工作原理示意图??基于快速原型增材制造的３Ｄ打印加工方式可以实现复杂结构的加工，且相??较于光刻和化学刻蚀工艺，加工结构参数灵活可调。但其加工效率极低，且受制??于加工范围，无法实现大面积结构的加工。综合上述介绍的传统凹角结构加工工??艺，仍然存在进一步简化工艺流程，提高加工效率的必要。本节通过一张表格总??结了上述几种具有代表性的加工方法与本课题提出的加工方法的区别（表１．］）。??１．?１．２纹理表面常用表征方法??对于加工得到的凹角结构纹理表面，需要进一步进行润湿性能表征。研究者??们通过各种表征手段已经证明了凹角结构具有很强的液体排斥性能，包括对液滴??的抗铺展，抗粘附以及抗渗透。凹角结构纹理表面的抗铺展性能通常用静态接触??角表征［３４＿３７］，例如：Ｊｉａｎｇ等人１３６］用不同状态下的接触角来表征通过电化学原子??交
本文编号：3400280
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３Ｃ．Ｗｅｒｎｅｒ等人提出的利用逆向压印光刻技术制备凹角结构工艺示意１３１］：首先通过两??，
ｌｉｃｏｎ?ｅｔｃｈ?ｒｅｓｉｓｔ?ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ?＆?ｓｉｌｉｃｏｎ?ｅｔｃｈ?ｔｗｏ－ｔｉｅｒ?＾ｌｉｃｏｎ?ｍａｓｔｅｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??ＩＩ．?Ｆｅａｔｕｒｅ?ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ?—?ｒｅｖｅｒｓｅ?ｉｍｐｒｉｎｔ?ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ????ＰＦＰＥｃｔｍａ?ｗｃｙｆｃｍｇ?ｍ＜ｒｆａ?（ｐｏｓｉａｖｅ＞?ｊ?????ｍｏ＞ｄ?ｃａｓｔｉｎｇ?ｔｏｎｅ?ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｐｒｅ－ｐｏｉｙｍｅｒ?ｄｅｐｏｓｔｉｏｎ?＆?ＵＶ－ｃｕｒｉｎｇ??图１．３Ｃ．Ｗｅｒｎｅｒ等人提出的利用逆向压印光刻技术制备凹角结构工艺示意１３１］：首先通过两??步深硅刻蚀得到凸模，接着逆向压印光刻经固化后得到凹角结构阵列表面。??由于基于光刻和反应离子／各项异性刻蚀的方法具有工艺复杂，刻蚀周期久；??前期需要使用化学气相沉积等方法制备掩膜板，且一批掩膜板对应一种固定尺寸??的结构，如果需要对结构参数进行调控探究则需要制作另一批掩膜板；制备过程??需要超净间且存在不可避免的化学试剂污染等局限。为了突破这些限制，研宄者??们着眼于探究更为便捷的加工方法来制备微纳结构纹理表面。近年来，随着快速??原型增材制造的技术发展，增材制造的３Ｄ打印方法也被广泛用于微纳结构的加??工之中。Ｇｕ等人［３２］利用双光子聚合３Ｄ打印技术在光刻胶上成功实现了凹角结??构，双凹角结构乃至三凹角结构的制备（图１．４）；??■關戰：??國參????—?（？ｖ＞?（ｎｉ）?Ｄｅｖｅｔｅｐｉｎｇ??Ｔ?ｒ?＞?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?—一?Ｉ?■??Ｈｉｎｉｉ＇ｉ??图１．４ＧＵ等人利用双光子聚合３Ｄ打印制备凹角结构纹理表面示
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