CN103318837A - 一种具有粘附性能的柔性降噪仿生膜片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有粘附性能的柔性降噪仿生膜片及其制备方法，属于降噪以及耦合仿生技术领域。该柔性降噪仿生膜片由仿猫头鹰降噪多层精细结构与带空腔的仿壁虎粘附结构组成，两结构通过化学键合成整体。仿猫头鹰降噪多层精细结构由顶层的仿纤毛阵列与底层的栅格结构组成，仿壁虎粘附结构由上层空腔阵列和下层微米粘附阵列组成。膜片制造材料为SU8和PDMS，均为柔性。仿生膜片的仿纤毛阵列起到消声作用；栅格结构和空腔阵列组合成微孔阵列起到吸声降噪作用；微米粘附阵列起到干性粘附作用。本发明柔性降噪仿生膜片将消声和吸声降噪结构组合在一起，达到耦合降噪效果，同时集成粘附阵列，方便安装。

Description

一种具有粘附性能的柔性降噪仿生膜片及其制备方法

技术领域：

本发明属于降噪以及耦合仿生技术领域，特别涉及一种具有粘附性能的柔性降噪仿生膜片及其制备方法。

背景技术：

经过三十五亿年的进化，地球上演化出了数以千万种的各种生物种类，这些生物形态、能力各异，但是它们的共同点是具备了与生存环境相适应的组织、器官和结构，这为人类的技术创新提供了无限的想象空间。生物体结构长期演化所形成的奇妙功能，如猫头鹰悄无声息的飞行和壁虎的倒立爬行等卓越功能，大都来自于相关器官微纳尺度上的多层次精妙结构。这种跨微纳尺度结构的协同作用和功能机理将为人类设计新一代功能器件提供重要的启示。运用工程仿生学的原理和方法，实现某些特定工况下的某些功能，这不仅是工程仿生学的最基本任务，也是众多工程领域的实际需求。

发明内容：

本发明的目的是提供一种具有粘附性能的柔性降噪仿生膜片及其制备方法，该柔性降噪仿生膜片能够粘附在曲面，起到消声、吸声作用，为发展低噪音民用机械和声隐形装备提供核心器件。

本发明所提供的一种具有粘附性能的柔性降噪仿生膜片由仿猫头鹰降噪多层精细结构与仿壁虎粘附结构两结构键合构成；所述的仿猫头鹰降噪多层精细结构由顶层的仿纤毛阵列与底层的栅格结构组成；所述的仿壁虎粘附结构由带空腔阵列的微米粘附阵列组成，所述空腔阵列在上层，所述微米粘附阵列在下层。

所述的仿纤毛阵列中纤毛的尺寸为：直径20～200μm，长度100～2000μm，间距200～4000μm。

所述的栅格结构中栅格尺寸为：直径20～100μm，间距200～4000μm。

所述的仿猫头鹰降噪多层精细结构由SU8厚胶制造。

所述的空腔阵列的尺寸为：长宽5～20mm，深度5～10mm，间距1～5mm。

所述的微米粘附阵列由聚二甲基硅氧烷PDMS制造。

本发明所提供的一种具有粘附性能的柔性降噪仿生膜片的制备方法具体步骤如下：

（1）在硅片基底上涂覆一层光刻胶，对此光刻胶进行标准光刻工艺流程：前烘、整体曝光、后烘，此光刻胶作为牺牲层，方便脱离结构；

（2）旋转涂布SU8胶，前烘，用掩膜进行曝光，后烘，显影，获得仿猫头鹰多层栅格多孔结构；

（3）在底层SU8结构基础上，再制造大高宽比的仿纤毛结构，步骤同上；

（4）去除步骤(1)的光刻胶，得到仿猫头鹰降噪多层精细结构；

（5）用二氧化硅作为掩膜，采用感应耦合等离子体ICP干法刻蚀技术制造大高宽比的硅微孔模板；

（6）旋转涂布PDMS，静置10～20分钟，然后放在真空室抽真空，PDMS流入微孔内，维持真空环境30～60分钟；

（7）采用模板压印技术，在PDMS表层压印出空腔阵列；

（8）在温度65℃，加热4小时使PDMS固化，手工剥离PDMS，得到仿壁虎粘附结构；

（9）将步骤（4）得到的仿猫头鹰降噪多层精细结构与步骤（8）得到的仿壁虎粘附结构两结构通过键合合成整体，具体键合过程如下：

利用富含氧基的3-氨基丙基三乙氧基硅烷蒸汽对所述仿猫头鹰降噪多层精细结构进行硅烷化，硅烷化时间2小时；利用氧气等离子体对所述仿壁虎粘附结构进行激活，激活功率400W，激活时间15s；然后将硅烷化后的仿猫头鹰降噪多层精细结构与激活后的仿壁虎粘附结构进行对准，在温度70℃，施加30N～60N的压力下加热10分钟完成键合，得到所述的柔性降噪仿生膜片。

可粘附柔性降噪仿生膜片的仿纤毛阵列起到消声作用；栅格结构和空腔阵列组合成微孔阵列起到吸声降噪作用；微米粘附阵列起到刚性粘附作用。制造材料为SU8和PDMS，均为柔性。

本发明的有益效果：将消声和吸声降噪结构组合在一起，达到耦合降噪效果，同时集成粘附阵列，方便安装。制造材料均为柔性，使之能适应曲面。

附图说明：

图1是本发明柔性降噪仿生膜片的结构示意图；

图2是本发明中仿猫头鹰降噪多层精细结构示意图；

图3是本发明中壁虎粘附结构示意图；

图4是本发明中的仿猫头鹰降噪多层精细结构制造流程示意图；

图5是本发明中的仿壁虎粘附结构制造流程示意图。

图中：1：仿纤毛阵列，2：栅格结构，3：空腔阵列，4：微米粘附阵列，5：玻璃基底，6：光刻胶，7：底层SU8，8：顶层SU8，9：硅，10：PDMS。

具体实施方式：

本发明所提供的一种具有粘附性能的柔性降噪仿生膜片由仿猫头鹰降噪多层精细结构与仿壁虎粘附结构两结构键合构成；所述的仿猫头鹰降噪多层精细结构由顶层的仿纤毛阵列与底层的栅格结构组成；所述的仿壁虎粘附结构由带空腔阵列的微米粘附阵列组成，所述空腔阵列在上层，所述微米粘附阵列在下层。

仿猫头鹰降噪多层精细结构的制备参见图2和图4，具体步骤如下：

1、在硅片基底上涂覆一层光刻胶，对此光刻胶进行标准光刻工艺流程：前烘，整体曝光，后烘。此光刻胶作为牺牲层，方便脱离结构，见图4（a）。

2、旋转涂布SU8胶，前烘，用掩膜进行曝光，后烘，显影，获得仿猫头鹰多层栅格多孔结构，见图4（b）、4（c）。

3、在底层SU8结构基础上，再制造大高宽比的仿纤毛结构，步骤同上，见图4（d）、4（e）。

4、去除步骤1的光刻胶，得到仿猫头鹰降噪多层精细结构，见图4(f)。

仿壁虎粘附结构的制备参见图3和图5，具体步骤如下：

1、用二氧化硅作为掩膜，采用感应耦合等离子体ICP干法刻蚀技术制造大高宽比的硅微孔模板，见图5(a)。

2、旋转涂布PDMS，静置10～20分钟，然后放在真空室抽真空，PDMS流入微孔内，维持真空环境半小时到1小时，见图5(b)。

3、采用模板压印技术，在PDMS表层压印出空腔阵列，见图5(c)。

4、60度加热4小时固化PDMS，手动剥离PDMS，得到带空腔阵列的仿壁虎粘附结构，见图5(d)。

将得到的仿猫头鹰降噪多层精细结构与仿壁虎粘附结构两结构通过键合合成整体，具体键合过程如下：

首选利用富含氧基的硅烷蒸汽(如3-氨基丙基三乙氧基硅烷APS)对SU8进行硅烷化，时间2小时；利用氧气等离子体(400W，15s)对PDMS进行激活，接着对准，最后70度加热10分钟，施加30N～60N的压力下进行键合，得到所述的柔性降噪仿生膜片。

Claims (7)

1.一种具有粘附性能的柔性降噪仿生膜片，其特征在于所述仿生膜片由仿猫头鹰降噪多层精细结构与仿壁虎粘附结构两结构键合构成；所述的仿猫头鹰降噪多层精细结构由顶层的仿纤毛阵列与底层的栅格结构组成；所述的仿壁虎粘附结构由带空腔阵列的微米粘附阵列组成，所述空腔阵列在上层，所述微米粘附阵列在下层。

2.根据权利要求1所述的柔性降噪仿生膜片，其特征在于所述的仿纤毛阵列中纤毛的尺寸为：直径20～200μm，长度100～2000μm，间距200～4000μm。

3.根据权利要求1所述的柔性降噪仿生膜片，其特征在于所述的栅格结构中栅格尺寸为：直径20～100μm，间距200～4000μm。

4.根据权利要求1所述的柔性降噪仿生膜片，其特征在于所述的仿猫头鹰降噪多层精细结构由SU8厚胶制造。

5.根据权利要求1所述的柔性降噪仿生膜片，其特征在于所述的空腔阵列的尺寸为：长宽5～20mm，深度5～10mm，间距1～5mm。

6.根据权利要求1所述的的柔性降噪仿生膜片，其特征在于所述的微米粘附阵列由聚二甲基硅氧烷PDMS制造。

7.一种权利要求1所述的柔性降噪仿生膜片的制备方法，其特征在于所述制备方法具体步骤如下：

（1）在硅片基底上涂覆一层光刻胶，对此光刻胶进行标准光刻工艺流程：前烘、整体曝光、后烘，此光刻胶作为牺牲层，方便脱离结构；

（2）旋转涂布SU8胶，前烘，用掩膜进行曝光，后烘，显影，获得仿猫头鹰多层栅格多孔结构；

（3）在底层SU8结构基础上，再制造大高宽比的仿纤毛结构，步骤同上；

（4）去除步骤(1)的光刻胶，得到仿猫头鹰降噪多层精细结构；

（5）用二氧化硅作为掩膜，采用感应耦合等离子体ICP干法刻蚀技术制造大高宽比的硅微孔模板；

（6）旋转涂布PDMS，静置10～20分钟，然后放在真空室抽真空，PDMS流入微孔内，维持真空环境30～60分钟；

（7）采用模板压印技术，在PDMS表层压印出空腔阵列；

（8）在温度65℃，加热4小时使PDMS固化，手工剥离PDMS，得到仿壁虎粘附结构；

（9）将步骤（4）得到的仿猫头鹰降噪多层精细结构与步骤（8）得到的仿壁虎粘附结构两结构通过键合合成整体，具体键合过程如下：

利用富含氧基的3-氨基丙基三乙氧基硅烷蒸汽对所述仿猫头鹰降噪多层精细结构进行硅烷化，硅烷化时间2小时；利用氧气等离子体对所述仿壁虎粘附结构进行激活，激活功率400W，激活时间15s；然后将硅烷化后的仿猫头鹰降噪多层精细结构与激活后的仿壁虎粘附结构进行对准，在温度70℃，施加30N～60N的压力下加热10分钟完成键合，得到所述的柔性降噪仿生膜片。

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