[发明专利]一种磁控仿生薄膜微结构的制造方法

说明书

本发明公开了一种磁控仿生薄膜微结构的制造方法，属于智能材料和微细加工领域。本发明通过限定磁性纳米粒子与PDMS混合物的混合比例和混合方式，结合玻璃棒搅拌、超声波振荡和涡旋混匀控制磁性纳米粒子在PDMS中的分布和形态，获得的薄膜微结构既具有良好的磁响应特性，又能够形成精细的薄膜表面微结构。另外，薄膜的显微组织和磁性纳米粒子的浓度对磁致弹性模量有显著影响，本发明提供了3种显微组织的形成方法并限定了磁性纳米粒子的浓度范围，可以实现通过磁场有效地控制薄膜微结构的摩擦性能和运动特性。

技术领域

本发明属于智能材料和微细加工领域，涉及一种磁控仿生薄膜微结构的制造方法。

背景技术

磁流变弹性体(Magnetorheological Elastomer,MRE)是一种由非磁性的弹性聚合物基体和磁性粒子组成的复合材料，能够对磁场、力、温度等外界刺激产生响应，具有磁致弹性、磁致电阻、磁致伸缩、压电电阻、热阻等功能特性，在工程领域应用前景广阔。现有技术主要涉及大尺度MRE材料的力学性能及应用，其中也包括摩擦性能及应用，但没有关于微尺度MRE材料摩擦性能及应用的技术方案。

发明内容

为了提升小尺度软体机器人的运动控制，本发明提供了一种磁控仿生薄膜微结构的制造方法。

本发明的技术方案是：

一种磁控仿生薄膜微结构的制造方法，包括以下步骤：

S1.将负光刻胶均匀旋涂于基底上；

S2.采用光刻工艺在负光刻胶表面形成微米尺度正六边形凹槽阵列凹模板；

S3.将PDMS预聚物和固化剂以重量比10:1充分混合得到PDMS混合物；

S4.将磁性纳米粒子以10％-40％的重量百分比与步骤S3所得PDMS混合物混合均匀，得到PDMS-磁性纳米粒子液态混合物；

S5.将步骤S2所得凹模板放置于匀胶机样品台中心位置并固定，取步骤S4获得的PDMS-磁性纳米粒子液态混合物置于凹模版的中心部位进行旋涂，得到厚度30-100微米的PDMS-磁性纳米粒子复合涂膜；

S6.将步骤S5获得的PDMS-磁性纳米粒子复合涂膜放置于磁场中60-80分钟，在磁场作用下磁性纳米粒子沿磁场方向重新排列，形成各向异性显微组织；

S7.烘烤步骤S6所述处于磁场中的PDMS-磁性纳米粒子复合涂膜，直至PDMS完全固化，剥离凹模板即得到磁控仿生薄膜微结构。

进一步地，将步骤S5所得的PDMS-磁性纳米粒子复合涂膜不经步骤S6处理，而是直接烘烤、脱模，即执行步骤S7，所得薄膜微结构的显微组织为各向同性。

进一步地，所述S4中混合方式为：用玻璃棒充分搅拌后，放入超声波振荡仪中振荡10-30分钟，然后使用涡旋混匀器振荡1-3分钟，得到PDMS-磁性纳米粒子液态混合物。

进一步地，所述磁性纳米粒子为Fe₃O₄纳米粒子或羰基铁纳米粒子。

进一步地，所述磁性纳米粒子为粒径20-50nm的球形粒子。

进一步地，所述S6中磁场方向平行或者垂直于PDMS-磁性纳米粒子复合涂膜。