激光直写法制备多级微刚毛阵列的试验研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhuzihai
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爬壁机器人具有重要的研究意义和广阔的发展前景,其关键在于粘附脚掌的设计,制备仿壁虎脚掌的粘附阵列就显得尤为重要。  本文以大壁虎脚掌的刚毛阵列作为仿生对象,采用干膜SU8作为制备材料,利用激光直写技术探索制备仿壁虎刚毛多级微阵列的新方法。激光直写光刻技术是一种新兴的微纳加工技术,其优点在于可以曝光出任意复杂图形的阵列,无需掩膜或光刻制模,且制备成本低,生产效率高。这一系列优点都将有利于制备软材质、复杂结构的粘附阵列。本文主要从以下三个方面展开研究:  1、制各直立二级和三级阵列。基于激光直写技术的曝光原理,利用各级阵列间距差所导致显影速率差的方法,制备了直立二级和三级结构微阵列,该方法工艺简单,且有效降低了阵列倒伏和粘连等问题。在二级阵列制备的基础上,分析了曝光时间、显影时间和间距对阵列制备的影响,并获得了二级阵列曝光时间和曝光深度、显影时间和显影深度的关系,为后续实验提供了理论基础。  2、制备不同形状和结构的阵列。实验中制备了不同形状的一级和二级直立仿壁虎刚毛阵列,形状主要有长方形、三角形、十字形、T字形、圆形和L字形。同时,效仿壁虎脚掌刚毛的结构,尝试制各倾斜和末端膨大结构的阵列,在倾斜阵列的制备中,采用了基底倾斜法、掩膜法等方法;在末端膨大结构的制备中,主要尝试了背面曝光、应力回弹法、聚焦面下调和蘑菇头结构等。  3、对所制备的阵列进行粘附性能测试,测试实验主要包括法向与切向粘附性能测试。着重进行了以下几方面分析:通过比较二级与三级阵列粘附力,得到同等条件下,级数越高阵列粘附性能越好;不同接触材料下阵列粘附力会发生变化;尺寸、预压力也会影响到阵列的粘附性能,测试时随着预压力的增大阵列的粘附力也会随之增大:对实验中所选的六种不同形状阵列粘附力测试结果发现,不同形状阵列的粘附性能不一样,十字形阵列的法向粘附性能最好,长方形阵列的切向粘附性能最好,且部分阵列表现出明显的各向异性。
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