专利摘要
本发明公开了一种蘑菇状端头的仿生粘附材料及其制备方法。仿生粘附材料包括端头、柱体和基底；端头的下表面通过柱体连接到基底，上表面密布亚微米级别的沟壑结构。端头为圆形、多边形或不规则形状。制备方法包括制备硅‑玻璃模具和制备蘑菇状端头的仿生粘附材料。本发明可以为粘附机理的研究提供多种形状的蘑菇状端头仿生粘附材料。端头上表面自然形成的亚微米级别的沟壑结构，大幅度提升了仿生粘附材料的粘附性能。硅‑玻璃模具使得连接柱体与基底的接触端消除了圆角，进而在浸入预制液时可以充分的与预制液接触，增加了仿生粘附材料的结构强度。同时，连接柱体与基底之间形成的浸润圆角很好地提高了仿生粘附材料的结构强度。
权利要求
1.一种蘑菇状端头的仿生粘附材料的制备方法，其特征在于，包括：
步骤一：制备硅-玻璃模具，包括：
对硅片从上表面进行深硅刻蚀形成凹坑，凹坑的深度大于柱体的高度；
对硅片从下表面进行剪薄、研磨和抛光处理，使得凹坑成为通孔；
将硅片与第一玻璃基底进行阳极键合，得到硅-玻璃模具；
对硅-玻璃模具表面进行疏水化处理；
步骤二：制备蘑菇状端头的仿生粘附材料，包括：
将硅胶预制液倒至硅-玻璃模具进行旋涂、抽真空和固化；
从硅-玻璃模具剥离固化后的硅胶薄膜，所述硅胶薄膜包括薄膜层和一端连接到薄膜层的柱体；
将硅胶薄膜的薄膜层粘附到上表面旋涂有光刻胶的第二玻璃基底；
围绕柱体激光切割硅胶薄膜的薄膜层，切割深度大于薄膜层厚度；
将柱体的另一端浸入到旋涂在第三玻璃基底上的硅胶预制液里；
硅胶预制液固化后，溶解光刻胶，去除第二玻璃基底和薄膜层未连接柱体部分，得到蘑菇状端头的仿生粘附材料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅胶预制液为道康宁184，按照10：1体积比配制原液和固化液，配制后抽真空。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光刻胶为AZ5214。
说明书
技术领域
本发明涉及微机械系统中的仿生结构制造技术领域，特别是一种蘑菇状端头的仿生粘附材料及其制备方法
背景技术
粘附(Adhesion)是物体在接触时表现出来的一种相互吸引的现象。在自然界中，生物已经进化出可以用于攀爬的足垫，例如，自由攀爬的壁虎。受此启发，壁虎攀爬的粘附机理研究已经成为国内外多个课题组关注的热点。2000年Autumn等人在顶级期刊《Nature》中报道了壁虎足垫的粘附力来自于分子之间的作用力，即范德瓦耳斯力。2003年Arzt等人通过研究生物体重、足垫结构尺寸以及粘附性能三者之间的关系，提出剥离分裂原理。目前，仿生粘附材料已经应用到多个领域，如生物医学工程、精密工业制造以及攀爬机器人。然而，仿生粘附材料的结构参数较多，它们之间又相互关联，找到一组合适的结构参数依然是一项复杂的工作。再者，蘑菇状端头的仿生粘附材料皆为圆形，这样极大地限制了仿生粘附材料粘附机理的研究。
对于仿生粘附材料的制备，文献已有大量的报道。目前，通过倒模的制备方法主要有两种，即SOI硅模具法和双层光刻胶模具法。通过硅刻蚀将SOI硅的顶层刻蚀出第一层图案化的结构，再用氢氟酸将中间层的二氧化硅刻蚀出第二层图案化的结构，再利用硅胶等软材料通过倒模的方法制备出仿生粘附材料。或者是，对旋涂两层不同性质(正性和负性)的光刻胶进行两次刻蚀，得到双层光刻胶模具。然而以上两种方法都有局限性。SOI硅模具法的应用性较低，一块模具只能制备一种结构尺寸的仿生粘附材料；并且端头的尺寸只能略微大于柱体的尺寸，否则将对脱模造成极大的困难；再者其成本极高。双层光刻胶模具容易在脱模时被破坏，从而不具备重复使用性。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种蘑菇状端头的仿生粘附材料及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种蘑菇状端头的仿生粘附材料，包括端头、柱体和基底；所述端头的下表面通过柱体连接到基底，上表面密布亚微米级别的沟壑结构。
进一步地，所述端头为圆形、多边形或不规则形状。
一种蘑菇状端头的仿生粘附材料的制备方法，包括：
步骤一：制备硅-玻璃模具，包括：
对硅片从上表面进行深硅刻蚀形成凹坑，凹坑的深度大于柱体的高度；
对硅片从下表面进行剪薄、研磨和抛光处理，使得凹坑成为通孔；
将硅片与第一玻璃基底进行阳极键合，得到硅-玻璃模具；
对硅-玻璃模具表面进行疏水化处理；
步骤二：制备蘑菇状端头的仿生粘附材料，包括：
将硅胶预制液倒至硅-玻璃模具进行旋涂、抽真空和固化；
从硅-玻璃模具剥离固化后的硅胶薄膜，所述硅胶薄膜包括薄膜层和一端连接到薄膜层的柱体；
将硅胶薄膜的薄膜层粘附到上表面旋涂有光刻胶的第二玻璃基底；
围绕柱体激光切割硅胶薄膜的薄膜层，切割深度大于薄膜层厚度；
将柱体的另一端浸入到旋涂在第三玻璃基底上的硅胶预制液里；
硅胶预制液固化后，溶解光刻胶，去除第二玻璃基底和薄膜层未连接柱体部分，得到蘑菇状端头的仿生粘附材料。
进一步地，所述硅胶预制液为道康宁184，按照10：1体积比配制原液和固化液，配制后抽真空。
进一步地，所述光刻胶为AZ5214。
本发明可以为粘附机理的研究提供多种形状的蘑菇状端头仿生粘附材料。由于热胀冷缩的原因，端头上表面自然形成的亚微米级别的沟壑结构，大幅度提升了仿生粘附材料的粘附性能。硅-玻璃模具使得连接柱体与基底的接触端消除了圆角，进而在浸入预制液时可以充分的与预制液接触，增加了仿生粘附材料的结构强度。同时，连接柱体与基底之间形成的浸润圆角很好地提高了仿生粘附材料的结构强度。
附图说明
图1为一种蘑菇状端头的仿生粘附材料。
图2为另外一种蘑菇状端头的仿生粘附材料。
图3为端头上表面亚微米级别的沟壑结构。
图4为一种蘑菇状端头仿生粘附材料的工作原理。
图5为蘑菇状端头的仿生粘附材料的粘附强度测试结果。
图6为一种蘑菇状端头的仿生粘附材料的制备方法。
图中：1-端头，2-连接柱体，3-基底。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
参照图1，蘑菇状端头的仿生粘附材料的结构，包括端头1、连接柱体2和基底3三个部分，端头1与连接柱体2组成蘑菇状端头结构，连接柱体2的另一端与基底3相连。
参照图1，端头1尺寸大于连接柱体2的尺寸。
参照图1和图2，端头1可以为圆形、多边形以及其它不规则形状。
参照图3，端头上表面密布亚微米级别的沟壑结构。
参照图4，蘑菇状端头的仿生粘附材料的工作原理为：
在预加载荷作用下，粘附材料与玻璃基底发生接触；预加载荷变为相反方向时，粘附材料与玻璃基底发生粘附，直到发生剥离。蘑菇状端头上表面密布的亚微米级别的沟壑结构可以大幅度降低接触刚度，增大接触面积，并且与玻璃基底上的不规则凸起发生钩锁效应，从而可以大大增加仿生粘附材料的粘附性能。
参照图5，蘑菇状端头的仿生粘附材料的粘附强度是传统仿生粘附材料粘附强度的3倍以上。
参照图6，蘑菇状端头的仿生粘附材料的制备方法分为两个部分，具体为：
部分(一)硅-玻璃模具的制备。
S1：将厚度为500微米硅片依次用丙酮、无水乙醇和去离子水进行超声清洗，再对其进行深硅刻蚀形成凹坑。刻蚀深度为280微米，比连接柱体的高度大30微米。
S2：对刻蚀后的硅片从下表面进行剪薄、研磨和抛光处理，使刻蚀的凹坑成为通孔，剩余厚度为250微米。
S3：将剩余的硅片与玻璃基底进行阳极键合，即得到硅-玻璃模具。
S4：阳极键合后的硅-玻璃模具进行表面疏水化处理。
这样得到的硅-玻璃模具消除了凹坑底部的圆角，连接柱体在浸入预制液时可以充分地与预制液接触，增加了仿生粘附材料的结构强度。
部分(二)蘑菇状端头的仿生粘附材料的制备。
S1：按10:1的体积比配制硅胶预制液(道康宁184)，并进行抽真空。随后再将预制液倒至硅-玻璃模具上进行旋涂、抽真空和固化处理。
S2：将固化后的硅胶薄膜剥离，硅胶薄膜包括模具上表面的薄膜层和凹坑里的连接柱体。将硅胶薄膜翻转，使硅胶薄膜的薄膜层粘附到上表面旋涂有作为牺牲层的光刻胶AZ5214的玻璃基底上。
S3：对硅胶薄膜进行图案化激光切割，切割深度略大于薄膜厚度；
S4：将连接柱体的另一端浸入到旋涂在玻璃基底上的硅胶预制液里；
S5：固化后溶解牺牲层AZ5214。
通过以上方法即可得到一种蘑菇状端头的仿生粘附材料。
硅胶预制液和光刻胶也可以采用其它类似材料。
一种蘑菇状端头的仿生粘附材料及其制备方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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