紫外光固化仿生疏水结构及特性研究
仿生学的进步为制备超疏水结构带来了新的启发，通过不断的探索和设计，越来越多的仿生超疏水结构根据其自身的结构特性被应用在各个领域，通过光固化技术制备三维跨尺度仿生疏水结构成为了研究的热点。而现阶段市面上的光固化技术对跨尺度结构的制备存在着设备成本高以及成型速率低等问题。因此，基于激光干涉光刻技术的大面积、高效、低成本和高精度的优点和掩模曝光光刻技术结构形状灵活可控的优势，探索出一种新型掩模激光干涉光固化（MLIP）技术，并利用该技术制备出跨尺度仿生鲨鱼皮结构以及基于铜网的笋状与乳突状结构。 本论文主要完成的工作如下： （1）提出了一种基于掩模的激光干涉光固化跨尺度微纳制备的方法，搭建了掩模激光干涉光固化（MLIP）系统，该系统由掩模、激光干涉系统和固化池组成，通过掩模形状、激光能量、固化时间以及入射光与基底夹角等参数调控宏观/微观结构的形貌、特征尺寸及间距。 （2）基于MLIP技术的仿生鲨鱼皮结构制备研究。参考鲨鱼皮的结构，设计了不同单元特征尺寸和不同单元间等系列的鲨鱼皮结构掩模。通过改变光固化时间和光入射角等方式进行了实验验证，并利用扫描电子显微镜（SEM）对结构进行形貌表征，证明了MLIP技术的可行性。 （3）仿生鲨鱼皮结构性能测试与分析。研究了表面润湿性随结构参数变化的规律，证明了可以通过参数调控仿生鲨鱼皮结构表面的浸润性，最大接触角可达到102.1°。经氟硅烷处理后接触角最高可达161.4°，其次，实现了对结构表面粘附力的调控，与树脂平面（632mN）相比，最小粘附力降低到221mN，减粘附率可达到37.3%~52%。此外，分析了倾斜结构固液张力对浸润角各向异性形成的作用。接着，对不同结构倾角（30°、45°、60°）制备的仿生鲨鱼皮结构进行氟硅烷修饰，其低粘附力分别从221mN、303mN、244mN降低到63mN、121mN和148mN，最后，揭示了氟硅烷修饰仿生鲨鱼皮结构对水滴无损转运的功能，为生物工程领域无损转移液滴衬底结构制备提供了新思路。 （4）铜网代替掩模光固化实验研究。基于MLIP技术的可行性，分别利用普通紫外光和干涉光为光源，开展铜网代替掩模光固化实验研究，研究一种新型便捷的大面积仿生结构制备方法。通过扫描电镜，对制备的结构进行形貌的表征和结构分析，普通紫外灯制备获得了笋状尖椎结构，该结构的最大接触角可达到101.8；激光干涉制备获得了乳突结构，该结构的最大接触角可达到90.6°。 总之，本论文提出了一种基于掩模的激光干涉光固化跨尺度微纳制备的方法，搭建了掩模激光干涉光固化系统，通过调控系统参数，实现了系列仿生鲨鱼皮结构的制备，验证了该技术的可行性，研究了仿生鲨鱼皮结构的润湿性和粘附性，建立了润湿与结构形貌之间的关系。建立模型，分析了仿生鲨鱼皮结构定向扩散的机理，并利用该结构实现了液滴无损转移，在生物工程、靶向转移和凝汽表面具有潜在的应用前景。同时，验证了铜网作为掩模制备仿生结构的可行性，为低成本、快速、大面积的跨尺度仿生微纳制造技术提供了新思路。
仿生鲨鱼皮结构;紫外光固化;微观形貌;表面润湿性;表面粘附力
长春理工大学
硕士
电子科学与技术
翁占坤;董莉彤;王作斌
2022
中文
TB39
2023-02-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）