CN209178455U - 可变表面吸附力元件 - Google Patents

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Abstract

一种可变表面吸附力元件，包括基材、加热层、缓冲层及纳米结构阵列。加热层形成于基材的一侧，加热层可通过供电而改变温度；缓冲层形成于加热层上；纳米结构阵列形成于缓冲层上，纳米结构阵列以金属玻璃材料制成，纳米结构阵列包括多个纳米结构，各纳米结构彼此间隔排列而形成有序阵列，且通过纳米结构阵列可形成多个气体容纳空间。

Description

可变表面吸附力元件
技术领域
本实用新型涉及一种可变表面吸附力元件，尤其涉及一种通过温度变化而改变表面吸附力的可变表面吸附力元件。
背景技术
近年来，仿生学成为学者及发明家所热衷的研究标的之一。通过观察与分析大自然中生物的身体结构、特征、行为等，进而将其应用于医学、材料科学、农业、工程科技等各类领域中，以解决人类生活所遭遇的问题。举例来说，壁虎的四肢底部具有大量的吸附结构，这些吸附结构为纳米级的绒毛结构，使其能够自由控制四肢对于墙壁或垂直平面的附着力，以便爬行于墙壁或垂直平面上。若能将此种特性应用于生活中，对于未来人类从事攀爬相关的运动或工作等方面将有所裨益。因此，如何能研发出如同壁虎四肢一般具有可变表面吸附力的元件，实为一个值得研究的课题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种可变表面吸附力元件，通过元件本身温度变化而改变表面吸附力。
为达上述目的，本实用新型的可变表面吸附力元件包括基材、加热层、缓冲层及纳米结构阵列。加热层形成于基材的一侧，加热层可通过供电而改变温度；缓冲层形成于加热层上；纳米结构阵列形成于缓冲层上，纳米结构阵列以金属玻璃材料制成，纳米结构阵列包括多个纳米结构，各纳米结构彼此间隔排列而形成有序阵列，且通过纳米结构阵列可形成多个气体容纳空间。
在本实用新型的一个实施例中，加热层为金属层，且缓冲层为金属氧化物层或氮化物层。
在本实用新型的一个实施例中，各纳米结构为中空管状结构，中空管状结构的中心轴垂直于缓冲层的表面，且中空管状结构的一端连接缓冲层，另一端则形成开放端。
在本实用新型的一个实施例中，各中空管状结构的直径为10nm至100μm，且各中空管状结构的高宽比为1:0.5～1:10。
在本实用新型的一个实施例中，各中空管状结构的管壁厚度与直径的比为1:10～1:2。
在本实用新型的一个实施例中，相邻二个纳米结构的间距为纳米结构的直径的0.5～6倍。
在本实用新型的一个实施例中，本实用新型的可变表面吸附力元件还包括供电单元，供电单元电性连接加热层，以提供可调电压对加热层供电。
在本实用新型的一个实施例中，可调电压介于0.5V～3V之间。
在本实用新型的一个实施例中，金属玻璃材料为选自以下材料所构成群组中的至少一种：锆基金属玻璃、钛基金属玻璃、钯基金属玻璃、铁基金属玻璃、铜基金属玻璃、镍基金属玻璃、铝基金属玻璃、钨基金属玻璃及镁基金属玻璃。
本实用新型的另一个目的在于提供一种前述可变表面吸附力元件的制造方法，包括以下步骤：提供基材；在基材上形成加热层；在加热层上形成缓冲层；在缓冲层上形成光阻层，其中光阻层具有镂空结构阵列，镂空结构阵列包括自光阻层的一侧贯穿至缓冲层的多个镂空结构；在光阻层上溅镀金属玻璃材料，且金属玻璃材料沉积于各镂空结构的侧壁及通过镂空结构外露的缓冲层上；移除光阻层并使得金属玻璃材料形成纳米结构阵列，其中纳米结构阵列包括多个纳米结构，各纳米结构彼此间隔排列而形成有序阵列，且通过纳米结构阵列可形成多个气体容纳空间。
在本实用新型的一个实施例中，所述方法还包括以下步骤：设置电性连接加热层的供电单元，其中供电单元提供可调电压对加热层供电。
附图说明
图1为本实用新型的可变表面吸附力元件的结构示意图。
图2为本实用新型的可变表面吸附力元件制造方法的流程图。
图3为本实用新型的可变表面吸附力元件制造方法的各步骤对应结构示意图。
图4为本实用新型的可变表面吸附力元件的表面温度及施加电压关系的示意图。
图5为分别测量对照组及本实用新型的可变表面吸附力元件的不同实验组的水接触角与施加电压关系的示意图。
图6为测量实验组B1的表面吸附力与施加电压关系的示意图。
[附图标记]
1 可变表面吸附力元件 10 基材
11 第一侧 12 第二侧
20 加热层 30 缓冲层
40 纳米结构阵列 41 纳米结构
50 供电单元 80 光阻层
81 镂空结构 90 沉积层
S11～S17 步骤 A 对照组
B1～B4 实验组 D 直径
H 高度 T 管壁厚度
O 中心轴 S 气体容纳空间
具体实施方式
由于各种形式与实施例仅为例示性且非限制性，故在阅读本说明书后，具有通常知识者在不偏离本实用新型的范畴下，亦可能有其他形式与实施例。根据下述的详细说明与申请专利范围，将可使这些实施例的特征及优点更加彰显。
在本文中，用语“包括”、“具有”或其他任何类似用语意欲涵盖非排他性的包括物。举例而言，含有多个要素的元件或结构不仅限于本文所列出的这些要素而已，而是可以包括未明确列出但却是所述元件或结构通常固有的其他要素。
请先参考图1为本实用新型的可变表面吸附力元件的结构示意图。如图1所示，本实用新型的可变表面吸附力元件1包括基材10、加热层20、缓冲层30及纳米结构阵列40。在本实用新型的一个实施例中，基材10可以是硅晶片，但也可采用IIIV族半导体、玻璃、石英、蓝宝石等材料制成，更可采用塑胶或其他高分子材料制成，根据需求不同来选择基材10的材料，不以本实施例为限。
加热层20形成于基材10的一侧。加热层20可通过施加电压与否而产生升温或降温效果，使得加热层20温度被改变。加热层20可电性连接一个供电单元50，以通过供电单元提供加热层20所需的电压。加热层20为金属层，主要可采用导电及导热性质较高的金属所制成。在本实用新型的一个实施例中，加热层20可以是铝层，但本实用新型不以此为限。
缓冲层30形成于加热层20上，也就是缓冲层30形成于加热层20与基材10连接的相对侧。缓冲层30主要作为加热层20与纳米结构阵列40间的结合媒介，使得纳米结构阵列40更容易与加热层20结合且不易彼此脱离。缓冲层30为金属氧化物层或氮化物层，例如在本实用新型的一个实施例中，缓冲层30可以是氮化硅层，但本实用新型不以此为限。
纳米结构阵列40形成于缓冲层30上，也就是纳米结构阵列40形成于加热层20与缓冲层30连接的相对侧。纳米结构阵列40包括多个纳米结构41，多个纳米结构41呈有序排列，此处所谓有序定义为多个纳米结构41均沿着同一方向且多个纳米结构41以固定周期重复性产生。此外，通过纳米结构阵列40可形成多个气体容纳空间S。各气体容纳空间S可通过各纳米结构41本身所形成，例如各纳米结构41的中空结构，或者各气体容纳空间S可通过相邻二个纳米结构41间的间隙所形成。
在本实用新型的一个实施例中，各纳米结构41可为中空管状结构。中空管状结构的中心轴O垂直于缓冲层30的表面，且中空管状结构的一端连接缓冲层30而形成封闭端，另一端则形成开放端而具有开口。其中，各中空管状结构即通过中空部位作为气体容纳空间S，并且通过相邻且间隔设置的二个中空管状结构之间所形成的间隙也能作为气体容纳空间S。各中空管状结构具有直径D、高度H及管壁厚度T，在本实用新型的一个实施例中，各中空管状结构的直径D为10nm至100μm，优选为500nm至800nm，且各中空管状结构的高度H与直径D比(即高宽比)为1:0.5～1:10，优选为1:0.5～1:4；此外，各中空管状结构的管壁厚度T与直径D的比为1:2～1:10。
多个纳米结构41中任意相邻的二个纳米结构41之间保持固定间距，在本实用新型的一个实施例中，多个纳米结构41的工作比(duty ratio)为0.5～6，也就是说相邻二个纳米结构41的间距最小为中空管状结构的直径的0.5倍，最大为中空管状结构的直径的6倍，但本实用新型不以此为限；前述工作比优选为0.5～2。
前述纳米结构阵列40可采用金属玻璃材料所制成。前述金属玻璃材料为选自以下材料所构成群组中的至少一种：锆基金属玻璃、钛基金属玻璃、钯基金属玻璃、铁基金属玻璃、铜基金属玻璃、镍基金属玻璃、铝基金属玻璃、钨基金属玻璃及镁基金属玻璃，但本实用新型不以此为限。在本实用新型的一个实施例中，锆基金属玻璃的锆含量约为37～66at％，举例来说，锆基金属玻璃可以是ZrAlCo金属玻璃(Zr：54～60at％、Al：13～22at％、Co：18～30at％)、ZrCuAlNi金属玻璃(Zr：48～66at％、Cu：7～30at％、Al：8～12at％、Ni：5～18at％)、ZrCuAlTa金属玻璃(Zr：48～66at％、Cu：7～30at％、Al：8～12at％、Ta：5～18at％)、ZrCuAlAg金属玻璃(Zr：48～66at％、Cu：7～30at％、Al：8～12at％、Ag：5～18at％)、ZrCuAlNiTi金属玻璃(Zr：55～66at％、Cu：10～27at％、Al：8～12at％、Ni：8～14at％、Ti：2～5at％)、ZrAlCuTiBe金属玻璃(Zr：37～55at％、Cu：10～20at％、Al：8～10at％、Ti：10～14at％、Be：12～25at％)、ZrCuAlNiSi金属玻璃(Zr：55～66at％、Cu：25～30at％、Al：11～18at％、Ni：5～10at％、Si：0.5～1at％)、ZrCuAlNiNb金属玻璃(Zr：55～66at％、Cu：10～27at％、Al：8～12at％、Ni：8～14at％、Nb：6～12at％)、ZrHfTiCuNiAl金属玻璃(Zr：40～45at％、Hf：8～11at％、Ti：2～5at％、Cu：10～18at％、Ni：10～15at％、Al：5～10at％)或ZrTiCuNiBeYMg金属玻璃(Zr：40～45at％、Ti：10～15at％、Cu：11～18at％、Ni：11～15at％、Be：22～26.5at％、Y：1～2at％、Mg：0.5～1at％)。
在本实用新型的一个实施例中，钛基金属玻璃的钛含量约为23～53at％，举例来说，钛基金属玻璃可以是TiZrCuNbCo金属玻璃(Ti：42～50at％、Zr：18～24at％、Cu：20～30at％、Nb：3～5at％及Co：1～8at％)、TiZrCuNi金属玻璃(Ti：32～40at％、Zr：7～15at％、Cu：20～35at％及Ni：3～18at％)、TiNiCuSnBe金属玻璃(Ti：42～50at％、Ni：18～24at％、Cu：20～30at％、Sn：3～5at％及Be：1～8at％)、TiZrHfNiCu金属玻璃(Ti：23～28at％、Zr：21～26at％、Hf：16～21at％、Ni：11～16at％及Cu：9～14at％)、TiCuNiSiB金属玻璃(Ti：42～50at％、Cu：18～24at％、Ni：20～30at％、Si：3～12at％及B：1～2at％)、TiZrNiCuBe金属玻璃(Ti：40～45at％、Zr：18～25at％、Ni：15～25at％、Cu：9～25at％及Be：3～7at％)或TiCuNiZrAlSiB金属玻璃(Ti：50～53at％、Cu：20～27at％、Ni：13～24at％、Si：3～5at％及B：1～2at％)。
在本实用新型的一个实施例中，钯基金属玻璃的钯含量约为40～82at％，举例来说，钯基金属玻璃可以是PdCuSi金属玻璃(Pd：56～82at％、Cu：2～27at％及Si：15～17at％)、PdNiP金属玻璃(Pd：40～42at％、Ni：40～42at％及P：16～20at％)或PdNiCuP金属玻璃(Pd：40～50at％、Ni：7～15at％、Cu：20～35at％及P：10～20at％)。
在本实用新型的一个实施例中，铁基金属玻璃的铁含量约为30～67at％，举例来说，铁基金属玻璃可以是FeCoSmB金属玻璃(Fe：61～67at％、Co：7～10at％、Sm：2～4at％及B：20～25at％)、FeCoTbB金属玻璃(Fe：61～67at％、Co：7～10at％、Tb：2～4at％及B：20～25at％)、FeCoNdDyB金属玻璃(Fe：60～67at％Co：7～10at％、Nd：2～4at％、Dy：0.5～1at％及B：20～25at％)、FeCoNiZrB金属玻璃(Fe：60～67at％、Co：7～10at％、Ni：2～4at％、Zr：0.5～1at％及B：20～25at％)、FeCoNiSiB金属玻璃(Fe：30～40at％、Co：25～30at％、Ni：8～15at％、Si：5～8at％及B：15～25at％)、FeZrCoMoWB金属玻璃(Fe：25～30at％、Zr：15～25at％、Co：6～10at％、Mo：3～8at％、W：15～25at％及B：10～22at％)或FeCrMoErCB金属玻璃(Fe：48～56at％、Cr：5～15at％、Mo：14～18at％、Er：1～3at％、C：12～15at％及B：2～12at％)。
在本实用新型的一个实施例中，铜基金属玻璃的铜含量约为40～65at％，举例来说，铜基金属玻璃可以是CuHfTi金属玻璃(Cu：50～60at％、Hf：15～30at％及Ti：10～25at％)、CuZrAl金属玻璃(Cu：50～60at％、Zr：15～30at％及Al：10～25at％)、CuZrNb金属玻璃(Cu：52～57at％、Zr：40～45at％及Nb：1～3at％)、CuZrAlAg金属玻璃(Cu：48～65at％、Zr：23～35at％、Al：7～20at％及Ag：2～20at％)、CuZrTiNi金属玻璃(Cu：40～48at％、Zr：11～20at％、Ti：27～34at％及Ni：5～8at％)、CuZrAlY金属玻璃(Cu：40～48at％、Zr：40～45at％、Al：5～10at％及Y：2～5at％)、CuZrAlTi金属玻璃(Cu：50～60at％、Zr：15～20at％、Al：5～8at％及Ti：12～25at％)或CuZrHfTi金属玻璃(Cu：50～60at％、Zr：15～20at％、Hf：8～15at％及Ti：8～15at％)。
在本实用新型的一个实施例中，镍基金属玻璃的镍含量约为35～65at％，举例来说，镍基金属玻璃可以是NiZrAl金属玻璃(Ni：55～57at％、Zr：28～35at％及Al：8～17at％)、NiNbTa金属玻璃(Ni：55～60at％、Nb：25～30at％及Ta：10～20at％)、NiNbSn金属玻璃(Ni：55～60at％、Nb：32～40at％及Sn：5～10at％)、NiNbHfTi金属玻璃(Ni：57～62at％、Nb：8～20at％、Hf：5～10at％及Ti：15～20at％)、NiZrAlNb金属玻璃(Ni：57～62at％、Nb：13～25at％、Al：3～5at％及Ti：15～20at％)、NiZrTiAl金属玻璃(Ni：45～57at％、Zr：20～27at％、Ti：16～20at％及Al：5～8at％)、NiZrTiPd金属玻璃(Ni：55～57at％、Zr：20～25at％、Ti：10～18at％及Al：3～10at％)、NiNbTiZr金属玻璃(Ni：57～62at％、Nb：8～25at％、Ti：15～20at％及Zr：3～10at％)、NiCuZrTiAl金属玻璃(Ni：35～45at％、Cu：5～15at％、Zr：25～35at％、Ti：5～10at％及Al：8～15at％)、NiCuZrTiAlSi金属玻璃(Ni：35～45at％、Cu：5～15at％、Zr：25～35at％、Ti：5～10at％、Al：8～15at％及Si：0.5～1at％)或NiNbCrMoPB金属玻璃(Ni：60～65at％、Nb：2～10at％、Cr：2～9at％、Mo：3～11at％、P：8～19at％及B：2～11at％)。
在本实用新型的一个实施例中，铝基金属玻璃的铝含量约为68～85at％，举例来说，铝基金属玻璃可以是AlNiMm金属玻璃(Al：68～70at％、Ni：20～22at％及Mm：8～12at％)、AlNiY金属玻璃(Al：75～85at％、Ni：5～20at％及Y：5～12at％)、AlVM金属玻璃(Al：68～70at％、V：20～22at％及M：8～12at％)、AlNiCe金属玻璃(Al：68～70at％、Ni：20～22at％及Ce：8～12at％)、AlCoY金属玻璃(Al：68～70at％、Co：20～22at％及Y：8～12at％)、AlNiYZrCo金属玻璃(Al：75～80at％、Ni：6～15at％、Y：6～8at％、Zr：1～2at％及Co：2～4at％)或AlNiYCoCu金属玻璃(Al：75～80at％、Ni：6～15at％、Y：6～8at％、Co：2～4at％及Cu：1～2at％)。
在本实用新型的一个实施例中，钨基金属玻璃的钨含量约为50～55at％，举例来说，钨基金属玻璃可以是WNiB金属玻璃(W：50～55at％、Ni：25～27at％及B：20～25at％)或WZrSi金属玻璃(W：50～55at％、Ni：25～27at％及Si：20～25at％)。
在本实用新型的一个实施例中，镁基金属玻璃的镁含量约为60～80at％，举例来说，镁基金属玻璃可以是MgCuY金属玻璃(Mg：60～65at％、Cu：25～30at％及Y：8～15at％)、MgNiNd金属玻璃(Mg：75～80at％、Ni：10～18at％及Nd：7～15at％)、MgCuGd金属玻璃(Mg：60～65at％、Cu：25～30at％及Gd：8～15at％)、MgAlCuY金属玻璃(Mg：60～65at％、Al：8～10at％、Cu：20～25at％及Y：5～10at％)、MgCuYSi金属玻璃(Mg：60～65at％、Cu：23～30at％、Y：8～10at％及Si：1～2at％)、MgCuZnY金属玻璃(Mg：60～65at％、Cu：23～30at％、Zn：1～2at％及Y：8～10at％)或MgCuNiZnAgY金属玻璃(Mg：60～65at％、Cu：5～10at％、Ni：5～10at％、Zn：3～9at％、Ag：3～5at％及Y：8～10at％)。
前述立体状的纳米结构阵列40相较于平面状的金属玻璃材料层能提供较大的表面积，且通过立体状的纳米结构阵列40可供容纳空气；而纳米结构阵列40所能容纳的空气量也随着纳米结构41的尺寸予以变化。通过纳米结构阵列40所容纳的空气可提供对物体的表面吸附力。
此外，在本实用新型的一个实施例中，本实用新型的可变表面吸附力元件1还包括供电单元50。供电单元50电性连接加热层20，且供电单元50为可变电压源，用以输出可调电压以供应至加热层20，使得加热层20通过被供电而改变温度。此处供电单元50可以是电源供应器、电池模组或其他具有供应可调电压功能的供电设备，且在本实用新型的一个实施例中，可调电压介于0.5V～3V之间。
以下请一并参考图2及图3。图2为本实用新型的可变表面吸附力元件制造方法的流程图，图3为本实用新型的可变表面吸附力元件制造方法的各步骤对应结构示意图。如图2及图3所示，本实用新型的可变表面吸附力元件制造方法主要包括步骤S11至步骤S16。以下将详细说明所述方法的各个步骤：
步骤S11：提供基材。
首先，依据本实用新型的可变表面吸附力元件1的使用需求，提供适合作为基底的基材10。此处基材10可以是预先制备好具有固定尺寸规格的片状或块状材料，以下基材10以硅晶片为例加以说明，但本实用新型不以此为限，基材10也可以是任何可于表面形成加热层的物体。其中基材10包括相对的第一侧11及第二侧12。在本实施例中，基材10的尺寸约为1平方厘米面积大小，但本实用新型的基材10尺寸不以此为限。而作为基材10的硅晶片可先执行清洗过程以去除表面灰尘或有机污染物，再经六甲基二硅氮烷(HMDS)处理。
步骤S12：在基材上形成加热层。
在前述步骤S11提供基材10后，接着在基材10的第一侧11形成加热层20。在本实用新型的一个实施例中，加热层20可以利用射频(radio frequency)溅镀过程形成于基材10的第一侧11。前述溅镀过程是采用射频磁控溅镀系统(例如ULVAC Sputter SBH-3308RDE)，在保持基础压力约为4.6*10-4mTorr、溅镀距离约为150mm、射频功率为1500W且存在于氩气环境的条件下，以铝靶材对基材10的第一侧11执行约20分钟的溅镀。在本实施例中，加热层20的厚度约为810nm左右，然而加热层20的厚度可随着不同加热需求而作调整。
步骤S13：在加热层上形成缓冲层。
在前述步骤S12形成加热层20后，接着在加热层20上形成缓冲层30。在本实用新型的一个实施例中，缓冲层30可以利用等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhancedchemical vapor deposition，PECVD)过程，以氮气及氢化硅的混合气体在加热层20的表面(即加热层20与基材10接触的相对侧)沉积形成氮化硅薄膜，以作为缓冲层。在本实施例中，缓冲层30的厚度约为350nm左右，然而缓冲层30的厚度可视不同需求加以调整。
步骤S14：在缓冲层上形成光阻层，其中光阻层具有镂空结构阵列，镂空结构阵列包括自光阻层的一侧贯穿至缓冲层的多个镂空结构。
以下将针对纳米结构阵列40的各纳米结构41为中空管状结构的实施方式来说明后续步骤。在前述步骤S13形成缓冲层30后，接着在缓冲层30上形成光阻层80。在本实用新型的一个实施例中，光阻层80可以采用光刻胶(photoresist)，以旋涂方式形成于缓冲层30的表面(即加热层20与缓冲层30接触的相对侧)。其中所形成的光阻层80可执行光刻过程，使得光阻层80形成镂空结构阵列。镂空结构阵列包括多个镂空结构81，多个镂空结构81成规则状的有序排列，且各镂空结构81自光阻层80的一侧(即光阻层80与缓冲层30接触的相对侧)贯穿至缓冲层30。在本实施例中，光阻层80的厚度约为780nm左右，然而光阻层80的厚度可随着后续所形成的纳米结构阵列的各纳米结构高度而作调整；此外，各镂空结构81为圆形穿孔。其中各镂空结构81的直径可随着后续所形成的纳米结构阵列的各纳米结构的直径而作调整。
步骤S15：在光阻层上溅镀金属玻璃材料，且金属玻璃材料沉积于各镂空结构的侧壁及通过镂空结构外露的缓冲层上。
在前述步骤S14形成光阻层80后，接着执行溅镀过程，利用金属玻璃材料制成的靶材(例如，在本实用新型的一个实施例中，采用Zr55Cu30Al10Ni5的合金化靶材)溅镀金属玻璃材料于光阻层80上以形成沉积层90，且金属玻璃材料沉积于各镂空结构81的侧壁及通过镂空结构81外露的缓冲层30上。在本实用新型的一个实施例中，前述溅镀过程是采用射频磁控溅镀系统，在保持基础压力约为5*10-4mTorr及工作压力约为3mTorr、溅镀距离约为10mm且存在于氩气环境的条件下，以金属玻璃材料制成的靶材对光阻层80执行约225～675秒的溅镀。其中，金属玻璃材料的沉积层90在光阻层80表面所形成的厚度以及金属玻璃材料在各镂空结构81的侧壁所形成的管壁厚度将会随着溅镀时间不同而作出调整。而在溅镀时间相同的条件下，金属玻璃材料在各镂空结构81的侧壁所形成的管壁厚度也会随着镂空结构81尺寸的不同而改变，也就是说，随着镂空结构81直径增加，金属玻璃材料在各镂空结构81的侧壁形成的厚度将会减少。
步骤S16：移除光阻层并使得金属玻璃材料形成纳米结构阵列，其中纳米结构阵列包括多个纳米结构，各纳米结构彼此间隔排列而形成有序阵列，且通过纳米结构阵列可形成多个气体容纳空间。
在前述步骤S15在光阻层80上溅镀金属玻璃材料后，经清除原本沉积于光阻层80上方的多余金属玻璃材料，并通过甲苯等溶剂执行冲洗过程以移除位于缓冲层30表面的光阻层80，所留下的金属玻璃材料便会形成位于缓冲层30上的纳米结构阵列40。此时纳米结构阵列40包括各自独立连接缓冲层30的多个纳米结构41，且各纳米结构41相对于连接缓冲层30的一端为开放端；各纳米结构41的高度等同于原本光阻层80的厚度，而各纳米结构41的直径也等同于原本光阻层80的各镂空结构81的直径，例如在本实施例中，各纳米结构41的高度约为780nm，直径约为500nm，且管壁厚度约为100nm，但各纳米结构41的尺寸不以本实施例为限。
又如图1及图2所示，在本实施例中，本实用新型的可变表面吸附力元件制造方法在步骤S16后还包括步骤S17：设置电性连接加热层的供电单元，其中供电单元提供可调电压对加热层供电。
在前述步骤S16形成纳米结构阵列40后，本实用新型的可变表面吸附力元件1可将供电单元50与加热层20电性连接。通过供电单元50提供电压，可致使加热层20温度上升，并将热量传导至纳米结构阵列40。供电单元50提供可调电压对加热层20供电，而随着供电单元50所提供电压不同，加热层20的温度上升幅度也会随之变化，借此以控制纳米结构阵列40所呈现的温度。需注意的是，本实用新型的可变表面吸附力元件制造方法的步骤S17亦可执行于步骤S16之前，例如在步骤S12形成加热层20后，即可针对已形成的加热层20电性连接供电单元50。
以下请参考图4为本实用新型的可变表面吸附力元件的表面温度及施加电压的关系图。本实用新型的可变表面吸附力元件1通过提供不同电压至加热层20，以测量相应电压下本实用新型的可变表面吸附力元件的表面温度的变化。如图4所示，经实验结果可得知，本实用新型的可变表面吸附力元件的表面温度与电压值大小成正比的线性关系，也就是说，随着提供至加热层20的电压值增加，本实用新型的可变表面吸附力元件的表面温度也会相对上升。此外，通过图4亦可得知，在施加电压介于0V～3V的范围内，本实用新型的可变表面吸附力元件的表面温度可在约25℃～80℃之间进行调整，且在提供稳定电压值后，本实用新型的可变表面吸附力元件的表面温度亦可呈现稳定的温度。据此，本实用新型的可变表面吸附力元件可通过提供较低电压即可产生较广范围的表面温度变化，进而有效调整本实用新型的可变表面吸附力元件所能提供的表面吸附力。
以下请参考图5为分别测量对照组及本实用新型的可变表面吸附力元件的不同实验组的水接触角与施加电压关系的示意图。在以下实验中，利用本实用新型的可变表面吸附力元件制造方法的步骤S11～S13所制成的可变表面吸附力元件1半成品，在其缓冲层30上利用溅镀过程形成一层平面状金属玻璃材料层以作为对照组A。以本实用新型的可变表面吸附力元件制造方法的步骤S11～S16所制成的可变表面吸附力元件1作为实验组B1～B4，而实验组B1～B4的各纳米结构均为中空管状结构。其中实验组B1的各纳米结构的直径为500nm，实验组B2的各纳米结构的直径为600nm，实验组B3的各纳米结构的直径为700nm，实验组B4的各纳米结构的直径为800nm，而实验组B1～B4的各纳米结构的高度均为780nm。接着，在实验中将液体(例如水)分别湿润对照组A及实验组B1～B4具有金属玻璃材料的表面，借此分别测量覆盖于对照组A及实验组B1～B4的具有金属玻璃材料的表面的液滴所形成的水接触角，进一步分析随着施加不同电压时水接触角的变化。此处所谓的水接触角是指静态水接触角(Static Water Contact Angle，SWCA)，且水接触角是通过具有可旋转台的GH-100接触角系统(德国)，利用增加液滴体积并记录其角度来加以测量。
如图5所示，就对照组A而言，在平面状金属玻璃材料层的表面上所形成的液滴在未施加电压的状态下具有最大水接触角约94±3°，且随着施加电压逐渐增加至3V，使得平面状金属玻璃材料层的表面温度增加而水的表面张力降低，导致液滴的水接触角反而逐渐变小。相比之下，就实验组B1～B4的任一个而言，在具有纳米结构阵列的表面上所形成的液滴在未施加电压的状态下的水接触角均明显高于对照组A在相同条件下所呈现的水接触角，例如实验组B1的水接触角可达到约126±4°，且随着施加电压逐渐增加至1.5V，除了实验组B4所呈现的水接触角稍微下降之外，其余实验组B1～B3均呈现水接触角逐渐增加的趋势，直至施加电压由1.5V逐渐增加至3V的过程中，水接触角才开始变小。据此，具有纳米结构阵列的表面的实验组B1～B4相较于具有平坦表面的对照组A可呈现更大的水接触角，明显表示实验组B1～B4通过纳米结构阵列提供较好的表面疏水性，亦即提供较大的表面吸附力。
由图5的结果可推知，当液体覆盖住实验组B1～B4的任一个的表面时，实验组B1～B4的任一个可通过纳米结构阵列的多个气体容纳空间作为封闭气体腔室，且随着施加电压逐渐增加至1.5V而增加纳米结构阵列的表面温度，使得多个气体容纳空间内的气体产生正压而提供对液滴的扩张力，进而降低纳米结构阵列的表面吸附力。然而，当施加电压逐渐增加至2V而使得表面温度升高至超过60℃时，随着液体的表面张力降低，多个气体容纳空间内的气体可能会容易泄漏而使得液滴渗入多个气体容纳空间，进而产生吸力而导致水接触角变小。相反地，随着施加电压逐渐减小而降低纳米结构阵列的表面温度，将使得多个气体容纳空间内的气体产生负压而提供对液滴的吸力，进而提高纳米结构阵列的表面吸附力。
此外，由实验组B1～B4可推知，随着纳米结构的直径增加，纳米结构阵列所呈现的水接触角会随之变小。举例来说，由于实验组B4的纳米结构的直径大于实验组B1的纳米结构的直径，使得实验组B4的纳米结构的高宽比、工作比及管壁厚度均小于实验组B1的高宽比、工作比及管壁厚度，因此实验组B4相较于实验组B1更容易造成多个气体容纳空间内的气体泄漏，进而导致实验组B4的水接触角表现相较于实验组B1来得差。
本实用新型的可变表面吸附力元件可通过倒置状态下测量悬挂于纳米结构阵列的表面的液滴重量来计算其表面吸附力。其表面吸附力的计算公式如下：
P＝W/A
其中P是单位面积的表面吸附力，W是液滴的最大重量，A是纳米结构阵列与液滴的接触表面积。一般可变表面吸附力元件处于正置状态下，被静态液滴覆盖的纳米结构阵列的多个气体容纳空间内压力约为1atm，即等同于环境压力；一旦可变表面吸附力元件自0°倾斜到90°或180°时，将导致多个气体容纳空间内的压力下降，因而产生表面吸附力。在实验过程中，通过逐渐增加悬挂在纳米结构阵列的表面的液滴体积，直到液滴脱离纳米结构阵列的表面，即可确定可以所述液滴的最大重量。
以下请参考图6为测量实验组B1的表面吸附力与施加电压关系的示意图。在以下实验中，以前述实验组B1的可变表面吸附力元件作为实验标的，分别在持续施加电压以升温及停止施加电压以降温的条件下测量表面吸附力与施加电压的关系。如图6所示，实验组B1在未施加电压的状态下，可提供的表面吸附力约为8N/cm2，而随着所施加电压逐渐增大，纳米结构阵列的表面温度逐渐增加，同时促使纳米结构阵列的多个气体容纳空间内的气体压力增加，进而导致表面吸附力减小；直到施加电压增加至3V的状态下，实验组B1可提供的表面吸附力降低至约0.26N/cm2。据此，纳米结构阵列对物体的表面吸附力随着可调电压的增加而减小。
相反地，当实验组B1所施加电压自3V开始逐渐降低，纳米结构阵列的表面温度逐渐下降，同时促使纳米结构阵列的多个气体容纳空间内的气体压力减少，进而导致表面吸附力增加。此外，在与可调电压相同的条件下，纳米结构阵列在升温过程中对物体的表面吸附力小于纳米结构阵列在降温过程中对物体的表面吸附力。直到施加电压降低至0V的状态下，实验组B1可提供的表面吸附力提高至约11.2N/cm2。据此，本实用新型的可变表面吸附力元件可通过纳米结构阵列中密集设置的纳米结构产生足够的表面附着力，且通过调整纳米结构阵列的表面温度能够控制表面吸附力的大小。
综上所述，本实用新型的可变表面吸附力元件通过金属玻璃材料所形成的纳米结构阵列，利用不同电压的供应来改变纳米结构阵列的表面温度，进而产生对物体的表面吸附力的变化；据此，本实用新型的可变表面吸附力元件可应用于模拟壁虎攀爬墙壁或垂直平面时的行走模式。
以上实施方式本质上仅为辅助说明，且并不欲用以限制申请标的的实施例或这些实施例的应用或用途。此外，尽管已在前述实施方式中提出至少一个示例性实施例，但应了解本实用新型仍可存在大量的变化。同样应了解的是，本文所述的实施例并不欲用以通过任何方式限制所请求的申请标的的范围、用途或组态。相反的，前述实施方式将可提供本领域具有通常知识的人员一种简便的指引以实施所述的一种或多种实施例。再者，可对元件的功能与排列进行各种变化而不脱离申请专利范围所界定的范畴，且申请专利范围包含已知的均等物及在本专利申请案提出申请时的所有可预见均等物。

Claims (8)

1.一种可变表面吸附力元件，可吸附于物体上，其特征在于，所述可变表面吸附力元件包括：
基材；
加热层，形成于所述基材的一侧，所述加热层可通过供电而改变温度；
缓冲层，形成于所述加热层上；以及
纳米结构阵列，形成于所述缓冲层上，所述纳米结构阵列以金属玻璃材料制成，所述纳米结构阵列包括多个纳米结构，各所述纳米结构彼此间隔排列而形成有序阵列，且通过所述纳米结构阵列可形成多个气体容纳空间。
2.根据权利要求1所述的可变表面吸附力元件，其特征在于，其中所述加热层为金属层，且所述缓冲层为金属氧化物层或氮化物层。
3.根据权利要求1所述的可变表面吸附力元件，其特征在于，其中各所述纳米结构为中空管状结构，所述中空管状结构的中心轴垂直于所述缓冲层的表面，且所述中空管状结构的一端连接所述缓冲层，另一端则形成开放端。
4.根据权利要求3所述的可变表面吸附力元件，其特征在于，其中各所述中空管状结构的直径为10nm至100μm，且各所述中空管状结构的高宽比为1:0.5～1:10。
5.根据权利要求3所述的可变表面吸附力元件，其特征在于，其中各所述中空管状结构的管壁厚度与直径的比为1:10～1:2。
6.根据权利要求3所述的可变表面吸附力元件，其特征在于，其中相邻二个所述纳米结构的间距为所述纳米结构的直径的0.5～6倍。
7.根据权利要求1所述的可变表面吸附力元件，其特征在于，所述可变表面吸附力元件进一步包括供电单元，所述供电单元电性连接所述加热层，以提供可调电压对所述加热层供电。
8.根据权利要求7所述的可变表面吸附力元件，其特征在于，其中所述可调电压介于0.5V～3V之间。
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