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仿生粘性材料的制备与力学性能研究

作　者: 吴彬
导　师: 王卫英
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 树蛙光刻工艺聚二甲基硅氧烷(PDMS) 粘性材料
分类号: TB391
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

树蛙趾端带有椭圆形的吸盘,依靠吸盘所产生的粘附力,可在竖直的墙面或树叶表面上攀爬跳跃,以树蛙吸盘粘附结构的仿生学研究为基础制造仿生粘性材料,对于爬壁机器人足掌设计、新型胶带开发等都具有重要意义。本文采用负性光致抗蚀剂为模板材料,对厚层光致抗蚀剂的光刻工艺进行了大量实验研究,通过不同厚度胶膜的光刻工艺实验发现:过低的前烘温度容易导致胶膜显影后出现过度刻蚀、胶膜塌陷等缺陷;曝光剂量应控制在合理范围,剂量过高或过低均会导致复模后线型失真;适当加入后烘工艺可以有效提高胶膜表面质量,降低表面粗糙度,提高胶膜的机械性能。利用三维形貌仪测得显影刻蚀后的胶膜阵列结构微观形貌及尺寸,通过多次类比实验对相关光刻工艺参数进行了优化。研究了聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料在光刻胶模板上的浇注固化工艺,分析了PDMS材料本体/固化剂配比对弹性模量的影响,测试了固化温度与时间的关系,制备了表面具有微阵列结构的仿生粘性材料。在力学测试系统中对所制备的粘性材料进行了粘附性能测试,测试结果表明:材料表面微观结构、材料弹性模量、接触表面形貌等直接影响材料的粘附性能。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-20
  1.1 仿生学的主要研究内容  11-12
  1.2 生物粘附结构研究进展  12-13
  1.3 树蛙足掌结构及粘附机理  13-17
  1.4 生物粘附结构的仿生制造  17-19
  1.5 本文的主要研究工作  19-20
第二章厚胶光刻技术及模板制造工艺  20-51
  2.1 厚层光致抗蚀剂光刻技术  20-24
    2.1.1 光刻胶的选择  20-22
    2.1.2 曝光方式  22
    2.1.3 曝光光源  22-23
    2.1.4 厚胶光刻的关键技术  23-24
  2.2 SU8 胶模板制造工艺  24-40
    2.2.1 SU8 胶的成分及性能  24-26
    2.2.2 基片选择和预处理  26-28
    2.2.3 匀胶和胶厚控制  28-31
    2.2.4 前烘  31
    2.2.5 曝光  31-33
    2.2.6 后烘  33
    2.2.7 显影  33-34
    2.2.8 实验结果分析  34-40
  2.3 BN308 胶模板制造工艺  40-49
    2.3.1 BN 系列光刻胶产品特性  40-41
    2.3.2 光刻工艺流程介绍  41-44
    2.3.3 实验结果分析  44-49
  2.4 本章小结  49-51
第三章仿生粘性材料制备  51-64
  3.1 硅橡胶材料特性  51-53
  3.2 固化工艺参数  53-58
  3.3 材料制备过程  58-62
    3.3.1 实验仪器  59
    3.3.2 微阵列表面成形工艺  59-60
    3.3.3 实验结果与分析  60-62
  3.4 本章小结  62-64
第四章仿生粘性材料的性能测试  64-71
  4.1 实验材料及仪器  64-65
  4.2 粘附力测试实验  65-66
  4.3 微阵列粘附性能测试  66-69
    4.3.1 粘附力与脱附时间、材料弹性模量的关系  66-67
    4.3.2 粘附力与阵列表面构形尺寸的关系  67-68
    4.3.3 接触表面形貌对粘附力的影响  68-69
  4.4 本章小结  69-71
第五章总结和展望  71-73
  5.1 主要工作及结论  71-72
  5.2 展望  72-73
参考文献  73-77
致谢  77-78
在学期间的研究成果及发表的学术论文  78

仿生粘性材料的制备与力学性能研究

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