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专利号: 2021108565819
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种浸润性梯度表面的加工方法,包括如下步骤:(1)设计和绘制版图;

(1.1)绘制示意图;

使用L‑edit设计版图示意图,展现版图结构布局;

斐波那契螺旋阵列结构具有简单的表达式,在平面上的坐标可以表示为:式中n为单元编号,φs为螺旋角增长系数;取 黄金分割比,即每次转角为137.5°时,得到宏观上均匀分布但无序的分布结构,称为斐波那契螺旋阵列结构;P1,P2,P3表示依次序排列的三个微圆柱,它们绕大圆域的圆心每次转过2π‑2π·0.618的角度值,因为2π·0.618为优角,因此取与其和为周角的另一个小于180°的值,即137.5°,并且依次序微圆柱圆心距离大圆域圆心的距离逐渐增大;

(1.2)版图参数设计;

用matlab对所设计的斐波那契螺旋阵列参数进行详细设计和计算,将4英寸硅片划分为4块区域,每块区域内的由圆心向圆周逐渐增大的面积分数不同,其中面积分数表示一定区域内微圆柱面积该区域内面积的比例,用以表示微圆柱的疏密程度,面积分数大则微圆柱较疏,面积分数小则微圆柱较密,版图中微圆柱圆心与圆域圆心距离变化如式(2)变化,版图中微圆柱直径参数按照式(3)变化,其中a,b是微圆柱半径调整参数,a影响微圆柱的初始半径,b影响微圆柱半径的增大速率,0

设计微圆柱的柱高为10μm,使液滴能更好地受到浸润性梯度微结构表面的影响发生定向运动,根据实际需求调整柱高;

(1.3)绘制版图;

根据步骤(1.2)中计算得到的参数,用AutoCAD绘制得到版图,在每个圆域内排布的微纳小圆柱由中心向外直径逐渐增大,整体的面积分数从圆心到圆周由小到大,即实现圆域内从中心向外由疏到密的结构,符合在实现莱顿弗罗斯特现象的高温下液滴将由面积分数高的位置向面积分数低的位置运动的结构设想;

最后再在整个圆域中心挖去一个小圆区域的圆域用于液滴汇聚,从而实现液滴的定向冷凝;四英寸硅片四块不同区域内微圆柱面积分数不同,得到不同的液滴定向运动效果,以便选择合适的参数应用到实际中;

(2)版图加工;

完成微结构设计之后,先用intellisense进行刻蚀的三维仿真,确保理论上无缺漏后,使用光刻机加工出硅片,加工多片微圆柱高度不同的硅片进行对比,按照如下步骤进行:(2.1)热氧化;

将硅晶片进行热氧化出SiO2,作为湿法腐蚀过程中硅的掩膜;

(2.2)光刻;

利用光刻设备,将掩膜版和硅片上的对准标记进行对准,光线通过绘有所设计结构图案的掩膜版中的透明部分进行曝光;将曝光后的硅片置于显影液(TMAH)中显影;将显影好的硅片,置于去离子水槽中冲洗,使用去离子水冲洗完成之后进行甩干;加热硅片,从而使硅片上的光刻胶中的有机溶剂进一步蒸发,让光刻胶在硅片上的粘附更加稳定牢靠,提高掩膜效果;

(2.3)RIE刻蚀;

在以光刻胶为掩膜的情况下,通过RIE刻蚀多余的二氧化硅,得到掩膜图形;

(2.4)去胶;

利用硫酸:双氧水=3:1的溶液去除剩余光刻,去胶之后用去离子水清洗并检查设计的掩膜版图是否完整;

(2.5)KOH腐蚀;

将处理好的硅片放入40%浓度的KOH溶液中进行腐蚀;

(2.6)清洗,成片;

腐蚀完毕后,用去离子水清洗干净后甩干,得到制备完成的具有所设计微结构的硅片;

(3)实验测试;

对加工完成图浸润性梯度微结构进行实验测试;将实验设备整体放在光学阻尼隔振平台上进行来保证平整以排除重力干扰,使用恒温加热台对硅片进行加热到莱顿弗罗斯特点的温度来达到实验要求的温度,初步通过注射器向微结构表面滴入液滴,通过高速相机观察实验现象,通过观察液滴具体的运动状态和液‑气相变过程,对微结构进行优化设计并总结归纳实验现象。