CN103172019A - 一种干粘附微纳复合两级倾斜结构的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

一种干粘附微纳复合两级倾斜结构的制备工艺
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。

Claims (1)

1.一种干粘附微纳复合两级倾斜结构的制备工艺，其特征在于，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。
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