[发明专利]高度几何仿生刚毛阵列及制法和用途

权利要求书

1.一种高度几何仿生刚毛阵列，其特征是：它是由硅橡胶、聚氨酯、硅橡胶-聚氨酯共聚物或者硅橡胶或聚氨酯与含有Si-H、烯基、胺基、羧基有机物形成的共聚物构成的、聚合物基体表面具有直径为50nm-10μm、长5-100μm刚毛和刚毛间距﹤2μm的仿生刚毛阵列。

2.根据权利要求1所述的仿生刚毛阵列，其特征是：所述的刚毛与聚合物基体表面的夹角在20-90°任选。

3.根据权利要求1所述的仿生刚毛阵列，其特征是：所述的刚毛的末端有膨大结构或分支结构。

4.根据权利要求1所述的仿生刚毛阵列，其特征是：所述的硅橡胶是加成型硅橡胶或缩合型硅橡胶。

5.根据权利要求1所述的仿生刚毛阵列，其特征是：所述的硅橡胶或聚氨酯与其它功能有机物的共聚物是硅橡胶-聚乙二醇共聚物、聚氨酯-多巴胺共聚物或聚氨酯-没食子酸共聚物。

6.一种制备权利要求1所述高度几何仿生刚毛阵列的方法，其特征是：它是以电化学刻蚀的阴型多孔硅为模板，经真空浇注高分子预聚体，固化预聚体，除去单晶硅层而成，具体包括下列步骤：

阴型多孔硅模板的制备：

步骤1.1. 将电导率为0.01~10Ωcm、晶相为（1,0,0）、（1,1,1）或（3,2,2）晶相的单晶硅片清洗，除去表面杂质及有机残留物和氧化层后，以其为阳极，Pt为阴极，以体积比为1:4的质量百分浓度为40%氢氟酸/二甲基甲酰胺（DMF）为电解液，在特氟龙电解池中电解进行电化学刻蚀，在电化学刻蚀过程中，调控电流密度为2-10mA/cm²，电化学刻蚀30～180min，电化学刻蚀结束后，把单晶硅片用无水乙醇清洗，用N₂吹干；

步骤1.2. 将步骤1.1得到的单晶硅片进行二次电化学刻蚀，以体积比为1:1的质量百分浓度为40%的氢氟酸/乙醇为电解液，在特氟龙电解池中电解进行二次电化学刻蚀，调控电流密度为2-10mA/cm²，电化学刻蚀2～10min，分别得到（1,0,0）、（1,1,1）或（3,2,2）的多孔硅片，其孔径为50nm-10μm，孔深为5-100μm，孔间距为﹤2μm；

步骤1.3. 将步骤1.2所得的多孔硅片置于质量百分浓度为98%的硫酸/质量百分浓度为30%的双氧水为3:1（v/v）的溶液中煮沸30min，清洗表面多余的酸，然后用无水乙醇清洗，用氮气吹干，将其置于密闭容器，滴入纯二氯二甲基硅烷数滴，气相沉积一夜，取出多孔硅片，备用；

高分子预聚体的制备：用下列任一步骤的方法制备高分子预聚体：

步骤2.1. 加成型硅橡胶预聚体的制备：将聚合物（主要成分为含乙烯基的聚二甲基硅氧烷）和交联剂（主要成分为含硅氢基的聚甲基硅氧烷）两种组分按照质量比10:1，混合在一起并搅拌，使两部分充分混合，倾倒在平底的容器内，抽真空除去气泡，直至透明无气泡为止，该胶体为加成型硅橡胶预聚体；

步骤2.2. 缩合型硅橡胶预聚体的制备：

将缩合型硅橡胶A、B两组分以质量比1:1室温下快速混合，清除气泡，该胶体为缩合型硅橡胶预聚体；

步骤2.3. 聚氨酯预聚体的制备： 

将聚乙二醇（数均分子量为300-10000）或固态的聚四氢呋喃醚（数均分子量为300-10000）加热到60℃保温，直至完全融化；加热到130℃，真空搅拌30min，清除聚乙二醇或聚四氢呋喃醚中的小分子杂质及水分； 然后降温至50℃，加入其质量0.5-10%的邻苯二异氰酸酯（TDI），搅拌2小时以上，使反应充分进行，清除气泡，该胶体为聚氨酯的预聚体；

步骤2.4. 硅橡胶-聚乙二醇预聚体的制备：

取氢硅油，加入其5倍体积的四氢呋喃（THF），搅拌溶解后，滴加其体积50%的丙烯酸基聚乙二醇（数均分子量300-3000），滴加硅氢化反应催化剂，反应搅拌2小时，待四氢呋喃挥发完全，清除气饱，该胶体为硅橡胶-聚乙二醇预聚体；

步骤2.5. 硅橡胶-聚氨酯预聚体的制备：

取聚氨酯预聚体加入等质量的缩合型硅橡胶预聚体，50℃保温搅拌2小时，真空除气泡，得硅橡胶-聚氨酯预聚体

步骤2.6. 聚氨酯-多巴胺预聚体的制备：

取聚氨酯预聚体，加入其质量的0.2-5%的多巴胺，50℃下，混合物真空搅拌2小时，得聚氨酯-多巴胺共聚体；

步骤2.7. 聚氨酯-没食子酸预聚体的制备：

取聚氨酯预聚体加入其质量0.2-5%的没食子酸，50℃下真空搅拌2小时，得聚氨酯-没食子酸预聚体；

人工刚毛的浇注、成形和脱模：

步骤3.1. 真空下，将步骤2中各种预聚体，分别注入步骤1的多孔硅模板，在80℃烘烤0.5-20小时成形；

步骤3.2. 将上述步骤3.1所得的聚合物/多孔硅片置于质量百分浓度为40%的HF:质量百分浓度69%HNO₃体积比为1:0.5～1:5的酸液中，腐蚀3-5分钟除去硅层，取出样品，清洗干净，得高度几何仿生刚毛阵列。