[发明专利]柔性MEMS减阻蒙皮的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微制造技术领域，具体涉及一种柔性MEMS（Micro Electro-Mechanical System)减阻蒙皮的制备方法。

背景技术

水中航行体行驶过程中会受到行进阻力的作用，该阻力包括压差阻力、行波阻力和表面摩擦阻力等，其中表面摩阻占有很大比重，对于细长型的航行体作用尤其明显。因此，降低航行体表面摩阻能够有效地提高航速，增加航程，降低能耗，具有很大的实用价值。目前针对摩擦阻力的减阻技术研究主要集中在湍流边界层，包括表面形貌减阻（如肋条减阻）、仿生减阻（如柔顺壁减阻）等被动减阻方法，以及聚合物添加剂减阻、气幕减阻等需要额外消耗物料和能量的减阻方式。在航行体表面形成一层气膜是现行技术中理论减阻率最高的方式之一，受到了人们的广泛关注，其主要思想为：以气膜将航行体大部分外表面包裹起来，从而将航行体与水环境之间的固-液界面转变为固-气-液界面，大大减少摩擦阻力。目前主要以超空化和喷入气体的方式形成气膜。对于喷气方式，需要配备持续工作的气体喷射系统，增加了航行体运动过程中的能量消耗。而超空化存在噪声，功耗极大。

中国发明专利ZL200910079713.0公开了一种利用驻留微气泡实现减阻的柔性MEMS减阻蒙皮及其制造方法，请参阅图1，该柔性MEMS减阻蒙皮1包括柔性衬底12、图案化电极14以及柔性表层16，所述图案化电极14设置在所述柔性衬底12的一个表面上，所述图案化电极14包括多个电解阳极142和多个电解阴极144，所述电解阳极142和所述电解阴极144交错排列成平面梳状结构，所述柔性表层16设置于所述图案化电极14之上，所述柔性表层16包括多个微凹坑164，多个所述微凹坑164形成一微凹坑阵列163，所述微凹坑164的底部暴露出所述电解阳极142和所述电解阴极144。将该柔性MEMS减阻蒙皮1贴附于航行体流线型曲面的表面，该航行体在行驶过程中，所述图案化电极14通过电解水反应形成气泡，该气泡稳定驻留在微凹坑164内，覆盖载体的绝大部分表面积，从而减小了航行体表面的摩擦阻力作用。该减阻技术气体产生过程中不产生扰动和噪声，微气泡相比于完整的气膜更易保持稳定。且微气泡在形成后，能够排除微凹坑164内存留的水，从而达到终止电解反应降低功耗的目的。最终得到的柔性MEMS减阻蒙皮1粘附于航行体表面，直接利用外界水环境而无需额外的辅助系统。但中国发明专利ZL200910079713.0制备该柔性MEMS减阻蒙皮1时，所述微凹坑阵列是通过光刻和刻蚀形成的，这就要求制备所述柔性表层16的材料能够拥有合适的刻蚀方法，而目前可选用的材料和刻蚀方法十分有限，且能够通过光刻、刻蚀工艺获得所述微凹坑阵列的材料如聚酰亚胺（PI）、聚对二甲苯等光刻胶材料的柔性不能满足贴附任意形状曲面的需求，且采用聚酰亚胺（PI）、聚对二甲苯等光刻胶材料制作的微凹坑结构由于其表面浸润性差而导致对微气泡的反应阻断和驻留性能较差，失去了驻留微气泡减阻蒙皮的优越性。

中国发明专利ZL201110192799.5针对ZL200910079713.0制造方法所存在的不足提出了一种改进方案：首先制备含有与所述微凹坑形状相反的微凸柱阵列模具；用聚合物的预聚物填充模具并固化，形成柔性表层16，然后依次在所述柔性表层16上制备图案化电极14和柔性衬底12，最后将所述柔性MEMS减阻蒙皮1脱模。这种制备方法大大拓宽了所述柔性表层材料的选择范围，克服了ZL201110192799.5制备方法的不足，但这种制备方法在所述柔性MEMS减阻蒙皮1制备完成后需要将带有微凹坑164的所述柔性表层16从模具中脱出，目前所能采用的手动方法不仅为了保证微凹坑164结构的完整对操作者有较高要求，不利于大规模制造，且容易使所述柔性表层16的结构受到破坏。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种工艺简单、加工效率高且所述微凹坑阵列柔性表层表面形貌度高的柔性MEMS减阻蒙皮的制备方法。

一种柔性MEMS减阻蒙皮的制备方法，包括：

提供一基底；

在所述基底上形成一柔性衬底；

在所述柔性衬底上制备图案化电极，所述图案化电极包括多个相互交错排列的电解阳极和电解阴极；

在所述柔性衬底和所述图案化电极上用光刻胶制备微凸柱阵列；

将第一预聚物填充到所述微凸柱阵列的凸柱间隙中，待所述第一预聚物填充完毕后，固化所述第一预聚物，所述第一预聚物聚合成第一聚合物，得到柔性表层；

利用刻蚀工艺去除所述微凸柱阵列，使所述凸柱底部的图案化电极暴露出来，同时形成微凹坑阵列；