CN109533960A - 一种基于壁虎仿生结构辅助的真空吸附结构及制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于壁虎仿生结构辅助的真空吸附结构及制作方法，结构包括底层的支撑平板，支撑平板通过粘附材料和顶层的壁虎仿生蘑菇状阵列结构粘结，支撑平板上设有通孔，除去通孔顶层对应的壁虎仿生蘑菇状阵列结构及粘附材料，通孔内放置有真空吸嘴，真空吸嘴和负压供给装置连接；制作方法是首先制造顶层的壁虎仿生蘑菇状阵列结构，再进行底层支撑平板通孔的制作，最后进行真空吸附装置的真空吸嘴嵌入成型；本发明的真空吸附机构可实现小真空度下的有效粘附。

Description

一种基于壁虎仿生结构辅助的真空吸附结构及制作方法
技术领域
本发明属于微纳工程中的仿生结构制造技术领域，具体涉及一种基于壁虎仿生结构辅助的真空吸附结构及制作方法。
背景技术
在工业生产和日常生活中，常用的吸附方式主要包括真空吸附、机械夹持、静电吸附或磁致吸附等方式。其中，机械夹持结构设计复杂，静电吸附和磁致吸附对被吸附材料有特定要求，应用对象均受到吸附物体形状或材质的限制。因而，真空吸附是目前最为常用也是最为成熟的吸附方式，并得到广泛的应用。然而，当真空吸附应用于吸附精密器件时(例如柔性电子器件、微型电容器、超薄半导体晶圆、液晶显示平板等)，常常由于吸力过大即真空度过大导致对器件表面造成一定程度的损伤甚至破碎损坏，引发器件性能的失效；当真空度小时，又由于吸附力不足无法实现对器件的吸附，从而使得真空吸附这一吸附方式在应用于精密器件或易碎产品时常常处于进退两难的境地。因此，如何在小真空度的条件下实现大的粘附力是真空吸附亟待解决的问题。
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基于壁虎仿生结构辅助的真空吸附结构及制作方法，将真空吸附与壁虎仿生结构结合，从而实现小真空度下的大粘附力。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于壁虎仿生结构辅助的真空吸附结构，包括底层的支撑平板，支撑平板通过粘附材料和顶层的壁虎仿生蘑菇状阵列结构粘结，支撑平板上设有通孔，除去通孔顶层对应的壁虎仿生蘑菇状阵列结构及粘附材料，通孔中嵌有真空吸嘴，真空吸嘴与负压供给装置相连。
所述的壁虎仿生蘑菇状阵列结构采用硅胶或聚氨酯；所述的粘附材料采用硅胶粘结剂或硅胶胶水，所述的负压供给装置采用真空泵。
一种基于壁虎仿生结构辅助的真空吸附结构的制作方法，包括以下步骤：
第一步，顶层的壁虎仿生蘑菇状阵列结构的制备：在基材表面旋涂一层厚度为微米级别的光刻胶，利用双面曝光技术在光刻胶上实现壁虎仿生蘑菇状阵列的反型结构，进而采用旋涂工艺在反型结构的光刻胶表面制备一层厚度为微米级别的聚合物弹性体，然后利用超声剥离工艺去除与壁虎仿生蘑菇状结构粘附在一起的光刻胶，实现壁虎仿生蘑菇状阵列结构的制备；
所述的基材为载玻片或Si片，所述的光刻胶为EPG 533或AZ系列光刻胶，所述的聚合物弹性体为硅胶或聚氨酯；
第二步，底层的支撑平板的通孔加工：底层的支撑平板的通孔采用机加工的方式制作完成；
第三步，真空吸嘴的定位嵌入：在支撑平板的表面上刮涂或涂覆一层粘附材料，将第一步制备的壁虎仿生蘑菇状阵列结构粘在粘附材料上；按照支撑平板的通孔结构分布除去通孔顶层对应的壁虎仿生蘑菇状阵列结构及粘附材料，然后将真空吸嘴置于支撑平板的通孔中，并与负压供给装置连接，实现基于壁虎仿生结构辅助的真空吸附结构的制造成型。
本发明的有益效果：本发明的基于壁虎仿生结构附辅助的真空吸附结构及制作方法，利用壁虎仿生蘑菇状阵列结构的高强度粘附力，能够保证本发明真空吸附结构能够在小真空度的条件下获得大的粘附力。一方面，壁虎仿生蘑菇状阵列结构的引入能够降低负压的真空度；另一方面，施加负压的同时会对壁虎仿生蘑菇状阵列结构产生法向预应力，增大壁虎仿生蘑菇状阵列结构的粘附力。本发明将真空吸附与壁虎仿生结构结合，从而实现小真空度下的大粘附力，可广泛用于工业输送机、机械手等领域。
附图说明
图1为未施加负压并且未粘附任何表面时本发明吸附结构的示意图。
图2-1为未施加负压时本发明吸附结构与粘附平面的接触示意图。
图2-2为施加外部负压气压时本发明吸附结构与粘附平面的变形示意图。
图3-1为在基材5上制备一层光刻胶6的示意图。
图3-2为利用双面曝光技术在光刻胶6制备壁虎仿生的蘑菇状阵列反型结构的示意图。
图3-3为在光刻胶6制备的壁虎仿生蘑菇状阵列反型结构示意图。
图3-4为采用模塑工艺制备壁虎仿生蘑菇状阵列结构的示意图。
图4-1为支撑平板3及其通孔的示意图。
图4-2为壁虎仿生蘑菇状阵列和支撑平板3之间的粘结层制备的示意图。
图4-3为壁虎仿生蘑菇状阵列和支撑平板3粘结为一体的示意图。
图4-4为支撑平板3通孔上方的壁虎仿生蘑菇状阵列结构去除后的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
参照图1，一种基于壁虎仿生结构辅助的真空吸附结构，包括底层的支撑平板3，支撑平板3通过粘附材料2和顶层的壁虎仿生蘑菇状阵列结构1粘结，支撑平板3上设有通孔，除去通孔顶层对应的壁虎仿生蘑菇状阵列结构1及粘附材料2，通孔中嵌有真空吸嘴4，真空吸嘴4与负压供给装置相连。
所述的壁虎仿生蘑菇状阵列结构采用硅胶或聚氨酯；所述的粘附材料采用硅胶粘结剂或硅胶胶水，所述的负压供给装置采用真空泵。
一种基于壁虎仿生结构辅助的真空吸附结构的工作原理为：
当没有施加负压时，真空吸嘴4内部气压和外部气压相同，没有吸力，壁虎仿生蘑菇状阵列结构1与被粘附表面9之间没有贴合，如图2-1所示；当施加负压时，真空吸嘴4内部气压小于外部气压，产生一定的真空度，被粘附表面9在负压作用下向支撑平板3方向靠近，并与顶层的壁虎仿生蘑菇状阵列结构1贴合，如图2-2所示。由于壁虎仿生蘑菇状阵列结构1的高强度的粘附力，使真空吸附结构在很小的真空度条件下就可获得大的粘附力，并且可以通过调节真空吸嘴4真空度的大小来改变被粘附表面6与壁虎仿生蘑菇状阵列结构1之间的预压力，从而调节真空吸附结构的粘附能力；当真空吸嘴4内的负压不断减小时，真空吸嘴4对被粘附表面9的吸力将不断减小，此时被粘附表面9与壁虎仿生蘑菇状阵列结构1之间的粘附力也不断减小，当吸力与粘附力之和小于被粘附物体的重力时，被粘附表面9脱离，从而达到脱附的目的。
一种基于壁虎仿生结构辅助的真空吸附结构的制作方法，包括以下步骤：
第一步，顶层的壁虎仿生蘑菇状阵列结构1的制备：在基材5表面旋涂一层厚度h1为微米尺度的光刻胶6，如图3-1所示；利用双面曝光技术，顶部UV光8-1透过掩膜版7实现光刻胶6的顶部光刻，得到蘑菇杆径D1为微米级别，间距D2为微米级别，杆径高度h2为微米的光刻区域，底部UV光8-2直接照射基材5，实现光刻胶6的底部光刻，得到厚度h3为微米级别的薄膜层的光刻区域，如图3-2所示；利用显影技术，去除曝光部分的光刻胶6，在光刻胶6实现壁虎仿生蘑菇状阵列结构1的反型结构，如图3-3所示；通过将硅胶注塑到壁虎仿生蘑菇状阵列结构1的反型结构，然后通过旋涂工艺，可实现顶层的壁虎仿生蘑菇状阵列结构1的制造，如图3-4所示；
所述的基材5为载玻片或Si片，所述的光刻胶6为EPG 533或AZ系列光刻胶，所述的聚合物弹性体1为硅胶或聚氨酯；
第二步，底层的支撑平板3的通孔加工：底层的支撑平板3的通孔采用机加工方式制作完成，如图4-1所示；
第三步，真空吸嘴的定位嵌入：在支撑平板3的上表面涂覆一层粘附材料2，如图4-2所示；然后将第一步制备的壁虎放生的蘑菇状阵列结构1粘在粘附材料2上，如图4-3所示；按照支撑平板3的通孔结构分布除去通孔顶层对应的壁虎仿生的蘑菇状阵列结构1及粘附材料2，如图4-4所示；最后把真空吸嘴4放置在通孔中，并与真空泵连接，可实现基于壁虎仿生结构辅助的真空吸附结构的制造成型，如图1所示。
本发明设计的基于干粘附辅助结构的真空吸附结构克服了传统真空吸附系统的大真空易损坏产品、小真空吸力不足的难题，利用光刻、旋涂、模塑等工艺实现了设计结构的准确可控制造，能够广泛适用于柔性、精密器件粘附等方面。

Claims (3)

1.一种基于壁虎仿生结构辅助的真空吸附结构，其特征在于：包括底层的支撑平板，支撑平板通过粘附材料和顶层的壁虎仿生蘑菇状阵列结构粘结，支撑平板上设有通孔，除去通孔顶层对应的壁虎仿生蘑菇状阵列结构及粘附材料，通孔中嵌有真空吸嘴，真空吸嘴与负压供给装置相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于壁虎仿生结构辅助的真空吸附结构，其特征在于：所述的壁虎仿生蘑菇状阵列结构采用硅胶或聚氨酯；所述的粘附材料采用硅胶粘结剂或硅胶胶水，所述的负压供给装置采用真空泵。
3.一种基于壁虎仿生结构辅助的真空吸附结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，顶层的壁虎仿生蘑菇状阵列结构的制备：在基材表面旋涂一层厚度为微米级别的光刻胶，利用双面曝光技术在光刻胶上实现壁虎仿生蘑菇状阵列的反型结构，进而采用旋涂工艺在反型结构的光刻胶表面制备一层厚度为微米级别的聚合物弹性体，然后利用超声剥离工艺去除与壁虎仿生蘑菇状结构粘附在一起的光刻胶，实现壁虎仿生蘑菇状阵列结构的制备；
所述的基材为载玻片或Si片，所述的光刻胶为EPG 533或AZ系列光刻胶，所述的聚合物弹性体为硅胶或聚氨酯；
第二步，底层的支撑平板的通孔加工：底层的支撑平板的通孔采用机加工的方式制作完成；
第三步，真空吸嘴的定位嵌入：在支撑平板的表面上刮涂或涂覆一层粘附材料，将第一步制备的壁虎仿生蘑菇状阵列结构粘在粘附材料上；按照支撑平板的通孔结构分布除去通孔顶层对应的壁虎仿生的蘑菇状阵列结构及粘附材料，然后将真空吸嘴置于支撑平板的通孔中，并与负压供给装置连接，实现基于壁虎仿生结构辅助的真空吸附结构的制造成型。
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