[发明专利]一种掩膜加工仿鲨鱼皮表面的制备方法

说明书

一种掩膜加工仿鲨鱼皮表面的制备方法，通过先制备铝基掩膜板，然后制备复型底板，再制备仿生鲨鱼皮；然后将整个结构浸泡于溶剂中，在恒温水浴箱中轻微的晃动，利用溶剂的表面张力，更为容易得剥离复型底板和掩模板B，从而获得仿生鲨鱼皮表面。本发明的工艺可靠，方便快捷，适用于更大批量且更好形貌的仿生鲨鱼皮样品的制备。

技术领域

本发明表面制备技术领域，特别涉及一种掩膜加工仿鲨鱼皮表面的制备方法。

背景技术

目前，常用的防护技术如表面防污涂层技术对延长海洋装备的使用寿命和减少运行能耗起到了较好的作用，但依然存在维护周期长，费用高，防污与减阻效率低等缺点。传统防污涂层(有机锡)对海洋生态平衡的破坏作用也受到越来越多的学者关注。同时一旦这种涂层受到物理性损伤，必须紧急停航进行修复和维护，不利于海洋装备服役的灵活性与机动性。当前传统的涂层防护技术已无法满足服役条件的苛刻性与复杂性。所以，如何提高海洋装备的防护和减阻性能，减少生物附着对海洋装备的服役伤害，清理污着表面，是现今亟待解决的问题。

生活在海洋的鲨鱼因其独特的皮肤构造从而具有强大的自清洁及减阻能力，基于仿生学原理，研究鲨鱼与海豚皮肤的结构特点，对其基本结构与表面成分进行分析，提取并获得鲨鱼皮等海洋生物的微观形貌特征。研究其结构分布的拓扑特征，建立表面微观结构与附着生物的相互作用关系，并采取合适的复型再制造技术，构建仿自清洁与减阻表面。

结合已有文献对减阻形貌数据的报道及扫描电镜(SEM)观察，提取利于表面减阻的形貌特征参数，然后采用模板法制备与生物功能高度一致的表面仿生结构。目前我们已经做出的工作内容如下：将鲨鱼皮防腐处理后，喷涂适量脱模剂。利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)模具胶浇铸到生物样本上，经过抽真空、固化和脱模，得到模板。对模板表面进行喷金处理，于SEM和激光共聚焦显微镜下观察表面形貌特征，提取减阻仿生的形貌参数；采用激光烧蚀的加工方法，对模板基材表面进行预处理，如抛光和清洗等。探索和调节激光加工工艺过程中的参数：重复频率、加工电流、扫描次数等，将获取的减阻仿生参数输入，控制激光光斑的运动路径，得到仿生的减阻表面。不论何种加工方法，最后都应通过复型精度等作为基本评价依据，其中复型精度可通过测量比较鲨鱼皮和仿生鲨鱼皮对应的关键尺寸误差值得到。可用激光共聚焦分别测量鲨鱼皮和仿生鲨鱼皮表面的关键尺寸，关键尺寸主要有盾鳞基底的长和宽，以及“脊”的长宽高。经查阅资料以及实验发现：使用鲨鱼皮作为复型模板获得仿生鲨鱼皮样品减阻效果明显。但其中“脊”的长度、高度复型精度低于98％，原因可能主要是由于脊的结构较为细微，复型过程中，硅胶模板不能很好把该结构复型下来。同时该方法存在样品尺寸受限，无法大规模批量制作的弊端；使用激光烧蚀方法得到的仿生的减阻织构表面，虽然方便大规模批量生产，且通过改变激光参数获得形貌较好的盾鳞中“脊”。但仅体现出鲨鱼皮盾鳞的“脊”，而无盾鳞基底，其完整盾鳞结构难以获得。综上，有必要提出一种同时实现大规模、高复型精度的仿生鲨鱼皮制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掩膜加工仿鲨鱼皮表面的制备方法，以克服现有技术的缺陷，利用掩膜的贴合，优化仿生鲨鱼皮产品的剥离过程；同时其制备结果相较于直接采用激光加工的制备样品具备更好形貌，因为存在厚度可控的掩模板更利于实现盾鳞高度的调控，从而更为精确地制备出仿生鲨鱼皮表面；且结合激光加工后相对于采用PDMS脱模真正鲨鱼皮的方法更适合大规模生产的表面制备工艺；通过本发明可以获得大面积的仿鲨鱼皮表面。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种掩膜加工仿鲨鱼皮表面的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、铝基掩膜板的制备

在掩模板A与掩模板B的复型区采用激光烧蚀的方法，制造出排布完全相同的若干圆形通孔；

步骤二、复型底板的制备

将钢板与掩模板A重合放置，用固定件固定四角，随后用激光烧蚀出平行的沟槽图案，得到分布有类似鲨鱼皮盾鳞图案的复型底板；