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CN113134971B - 仿生鲨鱼皮结构的制造系统和制造方法 - Google Patents

仿生鲨鱼皮结构的制造系统和制造方法 Download PDF

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CN113134971B CN202110455913.2A CN202110455913A CN113134971B CN 113134971 B CN113134971 B CN 113134971B CN 202110455913 A CN202110455913 A CN 202110455913A CN 113134971 B CN113134971 B CN 113134971B
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Abstract

本发明提供了一种仿生鲨鱼皮结构的制造系统和制造方法。本发明通过N束相干激光汇聚并发生干涉来固化液态光敏材料而形成仿生鲨鱼皮结构，不仅能够控制仿生鲨鱼皮结构的宏观结构，而且利用干涉作用，还能在宏观结构上叠加微观的干涉条纹，进一步提升仿生鲨鱼皮结构的性能，从而实现在普通大气环境下的大面积、便捷、高效、低能耗的跨尺度仿生鲨鱼皮结构制备。

Description

仿生鲨鱼皮结构的制造系统和制造方法
技术领域
本发明涉及微纳结构加工技术领域，尤其涉及一种仿生鲨鱼皮结构的制造系统和制造方法。
背景技术
制备仿生鲨鱼皮结构为仿生学中的热点研究问题，主要应用在疏水、防污和减阻方面。现有的制备技术基本为模板法、热压印和精密3D打印技术。
2014年，George Lauder等根据灰鲭鲨盾鳞建立了只有0.15mm长的单齿3D模型，用3D打印技术耗时1年，将上万个小齿嵌入到一个柔韧的、光滑的膜上，得到了仿生鲨鱼皮。
在实现本发明的过程中，申请人发现传统技术中仿生鲨鱼皮结构制造方法只能控制宏观结构，而无法控制仿生鲨鱼皮结构中的微观结构。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明以期至少部分地解决以上技术问题中的至少之一。
(二)技术方案
为了实现如上目的，根据本发明的一个方面，提供了一种仿生鲨鱼皮结构制造系统，包括：相干激光系统，用于产生N束相干激光，N≥2；角度架，其内部形成有中空区域，在中空区域侧面形成有卡槽；其中，当基片插入卡槽时，其第一平面朝向中空区域的内侧，并与中空区域的相应面形成用于容纳液态光敏材料的生长池；其第二平面朝向N束相干激光入射的方向，N束相干激光在透过基片后在第一平面的局部区域汇聚并发生干涉，令生长池内该局部区域的液态光敏材料固化形成具有干涉微结构的仿生鲨鱼皮结构。
在本发明的一些实施例中，基片的第一平面形成有掩模图案；N束相干激光透过基片上由掩模图案限定的透光区域后，在第一平面的相应区域汇聚并发生干涉，令生长池内该相应区域的液态光敏材料固化形成以掩模图案为轮廓的仿生鲨鱼皮结构。
在本发明的一些实施例中，掩模图案包括：呈阵列交错分布的T×S个鲨鱼鳍单元，T≥3，S≥3；鲨鱼鳍单元整体呈尖部朝下的三叉戟形状，其外轮廓在同一个圆周之上，包括：中间的主鳍；以及分别位于主鳍两侧的左鳍和右鳍；其中，左鳍和右鳍与主鳍分离，并相对于主鳍的中线镜像对称。
在本发明的一些实施例中，角度架的中空区域侧面形成有M个卡槽，M≥2；其中，基片可选择性地插入M个卡槽其中之一以形成生长池，且当基片插入不同卡槽时，基片与入射的N束相干激光呈不同角度。
在本发明的一些实施例中，N束相干激光的能量相同，入射基片的角度相同且均匀分布在以汇聚点为顶点的圆锥面上。
在本发明的一些实施例中，入射角β满足：5°≤θ≤75°。
在本发明的一些实施例中，N＝3；相干激光系统包括：
激光器；
总反射镜；
第一相干光路，包括：第一分束镜；激光器出射的激光经由第一分束镜分为两束，第一束被反射至总反射镜，并由总反射镜反射至基片，成为第一束相干激光；第二束入射下一相干光路；
第二相干光路，包括：第二分束镜、第一反射镜、第二反射镜；第一分束镜分出激光的第二束经由第二分束镜又分为两束，第一束经由第一反射镜、第二反射镜、总反射镜反射至基片，成为第二束相干激光；第二束入射下一相干光路；
第三相干光路，包括：第三反射镜，第二分束镜分出激光的第二束经由第三反射镜、总反射镜反射至基片，成为第三束相干激光；
其中，第一分束镜、第二反射镜、第三反射镜满足等边三角形位置关系。
在本发明的一些实施例中，激光为连续激光。
在本发明的一些实施例中，仿生鲨鱼皮结构制造系统还包括：三维位移平台，角度架固定于三维位移平台的平台面上。
在本发明的一些实施例中，第一相干光路、第二相干光路和第三相干光路中的每一个均包括：聚焦透镜和小孔光阑，两者与同光路中其他光学元件位于同一光轴上，总反射镜的光路上游，且小孔光阑位于聚焦透镜的焦平面上。
为了实现如上目的，根据本发明的第二个方面，还提供了一种仿生鲨鱼皮结构制造方法，包括：步骤A，在基片的第一平面上形成掩模图案；步骤B，利用如上仿生鲨鱼皮结构制造系统在基片上形成具有干涉微结构的仿生鲨鱼皮结构。
在本发明的一些实施例中，在步骤B中：通过采用不同尺寸、规格的掩模图案，控制仿生鲨鱼皮结构的特征尺寸和周期间距。
在本发明的一些实施例中，在步骤B中：通过控制N束相干激光中各激光束的入射角度β和光强，控制干涉微结构的周期和仿生鲨鱼皮结构的生长方式。
在本发明的一些实施例中，在步骤B中：通过控制基片与入射的N束相干激光的法线所成的角度θ，控制仿生鲨鱼皮结构的生长倾角。
在本发明的一些实施例中，在步骤B中：通过控制N束相干激光的入射时间，控制仿生鲨鱼皮结构的生长尺寸。
在本发明的一些实施例中，在步骤B中：通过控制N束相干激光的能量密度，控制仿生鲨鱼皮结构的生长速率。
(三)有益效果
从上述技术方案可知，本发明至少具有以下有益效果其中之一：
(1)通过N束相干激光汇聚并发生干涉来固化液态光敏材料而形成仿生鲨鱼皮结构，不仅能够控制仿生鲨鱼皮结构的宏观结构，而且利用干涉作用，还能在宏观结构上叠加微观的干涉条纹，进一步提升仿生鲨鱼皮结构的性能，从而实现在普通大气环境下的大面积、便捷、高效、低能耗的跨尺度仿生鲨鱼皮结构制备。
(2)在形成仿生鲨鱼皮结构之前，在基片上形成掩模图案，从而可以控制仿生鲨鱼皮结构在透光区域进行生长，从而提供了一种灵活、低成本、大面积的仿生鲨鱼皮结构的制备方式。
(3)不同于传统的掩模图案，本发明中鲨鱼鳍单元呈阵列交错分布，单个鲨鱼鳍单元整体呈尖部朝下的三叉戟形状，其外轮廓在同一个圆周之上。相比于传统技术中采用的鲨鱼皮结构正向投影，本发明中掩模图案的优点在于可以减小光固化时所不必要的交联反应，以及产生宏观的沟槽结构；相比传统技术中的线条模型，本发明中掩模图案的优点是最大化地保持了鲨鱼皮原有结构形状，以及可制备出更大面积的微结构。
(4)角度架上形成有多个卡槽，在实际生产中，基片择一插入卡槽，当基片插入不同卡槽时，基片与入射的N束相干激光的法线呈不同的入射角度，因此，可以通过控制入射角度，控制仿生鲨鱼皮结构的生长倾角，进一步提升了仿生鲨鱼皮结构制备的灵活性。
(5)采用1台激光器，结合分束镜、反射镜等来形成N束相干激光，具有成本低、操作灵活的优点。
(6)通过设置第一相干光路中的第一分束镜、第二相干光路中的第二反射镜、第三相干光路中的第三反射镜呈等边三角形位置关系，以保证三束相干激光入射基片的入射角相同，以保证光路处于最佳位置，使干涉图案均匀和规整。
(7)在每一相干激光的光路中设置有光能量调节部件以调节和匀化该路激光的能量，从而可以灵活地调整干涉条纹的纹理情况。
(8)在制备过程中，通过采用不同的掩模图案，控制所述仿生鲨鱼皮结构的特征尺寸和周期间距；通过控制N束相干激光中各激光束的入射角度和光强，控制所述干涉微结构的周期和仿生鲨鱼皮结构的生长方式；通过控制所述基片与入射的N束相干激光的法线所成的角度θ，控制仿生鲨鱼皮结构的生长倾角；通过控制N束相干激光的入射时间，控制仿生鲨鱼皮结构的生长尺寸；通过控制N束相干激光的能量密度，控制仿生鲨鱼皮结构的生长速率；极大地增强了制备的灵活性和可选择性，有利于根据需要提供合适的仿生鲨鱼皮结构。
附图说明
图1为本发明实施例仿生鲨鱼皮结构制造系统的结构示意图。
图2为图1所示仿生鲨鱼皮结构制造系统中基片插入角度架内卡槽后激光入射的示意图。
图3为图1所示仿生鲨鱼皮结构制造系统中基片的掩模图案的示意图。
图4为图1所示仿生鲨鱼皮结构制造系统中所采用角度架的示意图。
图5为图1所示仿生鲨鱼皮结构制造系统中基片插入不同卡槽后所生长的仿生鲨鱼皮结构的结构轮廓的示意图。
图6A和图6B分别为图1所示仿生鲨鱼皮结构制造系统中三束相干激光经过总反射镜后光路轨迹的俯视图和侧视图。
图7为采用本发明实施例仿生鲨鱼皮结构制造方法制备的仿生鲨鱼皮结构的扫描电子显微镜图。
图8所示为图7中仿生鲨鱼皮结构放大扫描电子显微镜图。
图9为采用本发明仿生鲨鱼皮结构制造方法第二实施例制备的仿生鲨鱼皮结构的顶部结构的扫描电子显微镜图。
图10为图9所示仿生鲨鱼皮结构放大后的扫描电子显微镜图。
图11为采用本发明仿生鲨鱼皮结构制造方法第二实施例制备的仿生鲨鱼皮结构的底部结构的扫描电子显微镜图。
图12为采用本发明仿生鲨鱼皮结构制造方法第三实施例制备的仿生鲨鱼皮结构的底部结构的扫描电子显微镜图。
【附图中主要元件符号说明】
200-三维位移平台；
300-基片； 301-第一平面； 302-第二平面；
410-生长池； 421、422、423-卡槽；
111-激光器；
121-总反射镜；
131-第一分束镜； 132-第一聚焦透镜； 133-第一小孔光阑；
141第二分束镜； 142-第一反射镜； 143-第二反射镜；
144-第二聚焦透镜； 145-第二小孔光阑；
151第三反射镜； 152-第三聚焦透镜； 153-第三小孔光阑；
LB1、LB2、LB3-相干激光； Ogrow-结构生长方向。
具体实施方式
本发明基于激光干涉与掩模面曝光技术相结合，实现跨尺度仿生鲨鱼皮结构制备。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。应当理解的是，提供这些实施例的目的仅是使得本发明满足法律要求，而本发明可以用许多不同形式实现，而不应被解释为限于此处所阐述的实施例。
一、仿生鲨鱼皮结构制造系统
本发明首先提供了一种仿生鲨鱼皮结构制造系统。
在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种仿生鲨鱼皮结构制造系统。图1为本发明实施例仿生鲨鱼皮结构制造系统的结构示意图。图2为图1所示仿生鲨鱼皮结构制造系统中基片插入角度架内卡槽后激光入射的示意图。如图1所示，本实施例仿生鲨鱼皮结构制造系统包括：
相干激光系统，用于产生三束相干激光(LB1、LB2、LB3)；
三维位移平台200；
角度架，固定于所述三维位移平台上，其内部形成有中空区域；
如图2所示，当基片300插入角度架的卡槽421时，其第一平面301朝向中空区域的内侧，并与中空区域的相应面形成用于容纳液态光敏材料的生长池410；其第二平面302朝向三束相干激光入射的方向，三束相干激光(LB1、LB2、LB3)在透过基片后在第一平面301的局部区域汇聚并发生干涉，令该局部区域的液态光敏材料固化形成具有干涉微结构的仿生鲨鱼皮结构。其中，虚线方向Ogrow为仿生鲨鱼皮结构的生长方向。
本实施例中，通过三束相干激光汇聚并发生干涉来固化液态光敏材料而形成仿生鲨鱼皮结构，不仅能够控制仿生鲨鱼皮结构的宏观结构，而且利用干涉作用，还能在宏观结构上叠加微观的干涉条纹，进一步提升仿生鲨鱼皮结构的性能，从而实现在普通大气环境下的大面积、便捷、高效、低能耗的跨尺度仿生鲨鱼皮结构制备。
此外，将角度架搭载至三维位移平台上，通过移动X轴可以实现基底横向拼接；通过Y、Z协同运动，可以实现基底纵向拼接，以便于实现更大面积的制备以及工业化制备。
本领域技术人员可以理解的是，虽然本实施例中采用三束相干激光，但本发明并不以此为限，在本发明的其他实施例中，还可以采用两束、四束、五束或更多束的相干激光，只要相干激光的束数大于两束，能够在基片的第一平面的局部区域汇聚发生干涉并形成干涉条纹即可。
本实施例中的基片，是由在石英玻璃上复刻铝材料掩模所形成。本发明中，基片的掩模图案为结合鲨鱼皮正向投影轮廓和光固化产生交联反应情况下所设计的图案。图3为图1所示仿生鲨鱼皮结构制造系统中基片的掩模图案的示意图。如图3所示，掩模图案包括：呈阵列交错分布的T×S个鲨鱼鳍单元，T≥3，S≥3。关于该掩模图案，需要说明的是：
(1)鲨鱼鳍单元阵列交错分布
请参照图3，掩模图案中包括T行S列的鲨鱼鳍单元，沿竖直方向上，鲨鱼鳍单元行距相等；在水平方向上，相邻行的鲨鱼鳍单元交错分布，即t行s列的鲨鱼鳍单元Qt,s位于t-1行s-1列的鲨鱼鳍单元Qt-1,s-1和t-1行s+1列的鲨鱼鳍单元Qt-1,s+1的中间位置。
(2)单个的鲨鱼鳍单元的形状
鲨鱼鳍单元整体呈尖部朝下的三叉戟形状，其外轮廓在同一个圆周之上，包括：中间的主鳍；以及分别位于主鳍两侧的左鳍和右鳍；其中，所述左鳍和右鳍与主鳍分离，并相对于主鳍的中线镜像对称。
本实施例中，圆周半径为40微米，主鳍与副鳍之间在水平方向的间隙为10微米。主鳍下端汇聚至中线与圆周相交处。副鳍内弧上端在Y方向二分之一高度处分别连接至外弧Y方向下端二分之一高度处与外弧上端四分之一高度处。其他特征尺寸按等比缩小或放大。
其中，当三束相干激光透过基片上由掩模图案限定的透光区域后，在第一平面的相应区域汇聚并发生干涉，令该相应区域的液态光敏材料固化形成以所述掩模图案为轮廓的仿生鲨鱼皮结构。
相比于传统技术中采用的鲨鱼皮结构正向投影，本发明中掩模图案的优点在于可以减小光固化时所不必要的交联反应，以及产生宏观的沟槽结构；而相比传统技术中的线条模型，本发明中掩模图案的优点是最大化的保持了鲨鱼皮原有结构形状，以及可制备出更大面积的微结构。
本领域技术人员应当理解，除了石英玻璃之外，还可以采用普通玻璃、光学玻璃、ITO玻璃和FTO玻璃等无机透光材料来作为掩模图案的原始载体；除了铝之外，还可以采用铜等其他不透光材料来制作掩模图案。关于在无机透光材料上形成掩模图案的工艺，可参照现有技术的相关说明，此处不再赘述。
图4为图1所示仿生鲨鱼皮结构制造系统中所采用角度架的示意图。如图4所示，角度架的内部形成中空区域。在角度架的内部形成有三个卡槽(421、422、423)。在基片被插入三个卡槽其中之一时，均可以与中空区域的其他面形成生长池，生长池内被注入液态光敏材料，所注入树脂不溢出基底最高处。该液态光敏材料可以被紫外光所固化。
请继续参照图4，基片被插入不同卡槽的区别在于，其将于入射的相干激光呈现不同的角度。由倾斜角由大到小的顺序，当基片插入不同的卡槽时，基片与入射相干激光所呈的角度分别为：θ1＝15°，θ2＝30°，θ3＝45°。
图5为图1所示仿生鲨鱼皮结构制造系统中基片插入不同卡槽后所生长的仿生鲨鱼皮结构的结构轮廓的示意图。以θ1＝15°的卡槽为例，当基片插入该卡槽时，仿生鲨鱼皮结构将沿着与基片呈角θ1的方向进行生长，因此，将该方向称之为结构生长方向，θ角称为结构生长角。
本实施例中，在角度架的内部设置了三个卡槽，在实际操作中，可依照所需要的结构生长方向选择基片插入的卡槽。从而可以通过控制基片与入射相干激光的法线所成的角度θ，控制仿生鲨鱼皮结构的生长倾角，进一步提升了仿生鲨鱼皮结构制备的灵活性。
本领域技术人员应当清楚，本实施例中的卡槽个数、角度θ均为示例。在实际应用时，可以根据需要设置卡槽个数、基片与入射相干激光的角度，均在本发明的保护范围之内。
请继续参照图1，本实施例中，三束相干激光是由1台激光器分光所形成。为了实现此效果，本实施例中相干激光系统包括：激光器111、第一相干光路、第二相干光路、第三相干光路、总反射镜121。
激光器111为紫外连续半导体激光器，能够产生波长为360nm的紫外激光，其能量可调。
(1)第一相干光路
第一相干光路包括：中心轴传播的第一分束镜131、第一聚焦透镜132、第一小孔光阑133。
第一小孔光阑133设置于所述第一聚焦透镜132的焦平面上。当紫外连续激光器发射的激光入射第一分束镜131后，分为两部分。第一部分被第一分束镜131反射，经由第一聚焦透镜132和小孔光阑133匀化规整并进行能量调节后入射至总反射镜121，总反射镜121将该部分激光向基片方向反射。第二部分被第一分束镜131透射，入射第二相干光路。
(2)第二相干光路
第二相干光路包括：中心轴传播的第二分束镜141、第一反射镜142、第二反射镜143，第二聚焦透镜144和第二小孔光阑145。第二小孔光阑145设置于第二聚焦透镜144的焦平面上。
当激光入射第二相干光路后，由第二分束镜141分为两部分。第一部分被第二分束镜141反射，而后经由第一分束反射镜142、第三分束反射镜143反射，而后再经由第二聚焦透镜和第二小孔光阑145规整匀化并进行能量调节后入射至总反射镜121。总反射镜121将该部分激光向基片方向反射。第二部分被第二分束镜141透射，入射第三相干光路。
(3)第三相干光路
第三相干光路包括：第三反射镜151、第三聚焦透镜152、第三小孔光阑153。其中，第三小孔光阑153设置于第三聚焦透镜152的焦平面上。并且，第一分束镜131、第二反射镜143、第三反射镜151呈等边三角形设置。
当激光入射第三相干光路后，被第三反射镜151反射，经由第三聚焦透镜152、第三小孔光阑153匀化规整并进行能量调节后入射至总反射镜121，总反射镜121将该部分激光向基片方向反射。
本实施例中，通过设置第一相干光路中的第一分束镜、第二相干光路中的第二反射镜、第三相干光路中的第三反射镜呈等边三角形位置关系，以保证三束相干激光入射基片的入射角相同，以保证光路处于最佳位置，使干涉图案均匀和规整。此外，在每一相干光路中设置有光能量调节部件以调节和匀化该路激光的能量，从而可以灵活地调整干涉条纹的纹理情况。
图6A和图6B分别为图1所示仿生鲨鱼皮结构制造系统中三束相干激光经过总反射镜后光路轨迹的俯视图和侧视图。
如图6A所示，三个相关光路的光斑呈等边三角形排布，最后汇聚至等边三角形重心处。如图6B所示，黑色虚点线为激光入射法线方向，β角为激光入射角，图中β为5°，其余两光在侧视图中重叠，用黑色虚线箭头和灰色实线箭头分别表示，θ角为基片与入射的相干激光的法线所成的角。
其中，入射至基片的三束相干激光在基片的第一平面的局部区域汇聚并发生干涉，其中对于该三束相干激光而言：
(1)其在空间上满足，三束相干激光的激光入射角保持一致。
(2)其在能量关系上满足，三束相干激光的能量相同。
(3)其在干涉面上满足，光斑重合度高。
三束相干激光光束发生干涉，其中三光束入射角β为5°，根据公式
Figure GDA0003692903580000101
d为周期、λ为激光波长、β为入射角，从而形成干涉纳米图案的周期d＝2微米。
本实施例中，三束相干激光汇聚后形成干涉面积大致为直径1cm的圆斑，投影至基底时为长轴1.5cm、短轴1cm椭圆斑。
至此，本发明实施例仿生鲨鱼皮结构制造系统介绍完毕。
二、仿生鲨鱼皮结构制造方法
基于如上的仿生鲨鱼皮结构制造系统，本发明还提供了一种仿生鲨鱼皮结构制造方法。
1、仿生鲨鱼皮结构制造方法第一实施例
本实施例仿生鲨鱼皮结构制造方法包括：
步骤A，在基片的第一平面上形成掩模图案；
步骤B，利用如上所述仿生鲨鱼皮结构制造系统在基片上形成具有干涉微结构的仿生鲨鱼皮结构。
其中，步骤A在基片的第一平面上形成掩模图案的方法可参照现有技术的相关说明，此处不再赘述。
步骤B中，有以下几个方面需要说明：
①激光器类型
激光器为半导体激光器，其能够发射出波长为360nm的紫外激光。
②激光功率
此处，激光功率是指单束激光在基底处的能量。本实施例中，激光功率为0.8mW。
①相干激光入射角度
对于入射至基片的三束光而言，三束相干激光入射角度为5°。根据公式
Figure GDA0003692903580000111
得出干涉图案周期为2微米。
②曝光时间
此处，曝光时间是指激光辐照第一平面的时间。本实施例中，曝光时间为5s。
③基片与入射激光的法线所成的角度θ
此处，结构生长方向取决于基片与入射激光的法线所成的角度θ，参考图6可知θ越小，结构底部与基底的角度越小，反之越大。本实例选用θ＝30°。
图7为采用本发明仿生鲨鱼皮结构制造方法第一实施例制备的仿生鲨鱼皮结构的扫描电子显微镜图。如图7所示，采用本发明仿生鲨鱼皮结构制造方法第一实施例实现大面积、有序、规整的制备。
图8所示为图7中仿生鲨鱼皮结构放大后的扫描电子显微镜图。由图8可看出，其结构以三光束干涉点阵结构进行生长，在顶部可清晰地看到三光束点阵结构，证明了通过激光干涉可调控仿生鲨鱼皮表面微结构，实现跨尺度制备。
2、仿生鲨鱼皮结构制造方法第二实施例
本实施例与仿生鲨鱼皮结构制造方法第一实施例类似，不同之处在于：曝光时间为10s。
图9为采用本发明仿生鲨鱼皮结构制造方法第二实施例制备的仿生鲨鱼皮结构的顶部结构的扫描电子显微镜图。由图9可看出，在较长的曝光时间其可实现较长时间下大面积、有序、规整的制备，与图7相比所制备的大面积结构生长尺寸较长。
图10为图9所示仿生鲨鱼皮结构放大后的扫描电子显微镜图。由图可看出其结构以三光束干涉点阵结构进行生长，在顶部可清晰地看到三光束点阵结构。与图8相对比，其结构生长尺寸更长，顶部面积相对较小，证明了通过控制曝光时间可控制仿生鲨鱼皮结构生长尺寸。
图11为采用本发明仿生鲨鱼皮结构制造方法第二实施例制备的仿生鲨鱼皮结构的底部结构的扫描电子显微镜图。由图11可看出，结构底部出现清晰的点阵结构，且点阵为凸起部分，证明了该案例中仿生鲨鱼皮结构是由三光束干涉形成的点阵结构自基底至顶部生长，佐证了激光干涉调控结构生长方式。
3、仿生鲨鱼皮结构制造方法第三实施例
本实施例与仿生鲨鱼皮结构制造方法第一实施例类似，不同之处在于：采用两束相干激光制备，即N＝2，激光功率为1.2mW，曝光时间为10s。
图12为采用本发明仿生鲨鱼皮结构制造方法第三实施例制备的仿生鲨鱼皮结构的底部结构的扫描电子显微镜图。由图12可看出，结构底部出现清晰的条纹结构，且条纹为凸起部分，说明该案例中仿生鲨鱼皮结构是由两光束干涉形成的条纹结构自基底至顶部生长，通过与图11的对比，证明通过改变激光干涉光束数量可以调控结构不同的生长方式。
至此，已经结合附图对本发明实施例进行了详细描述。
需要说明的是，对于某些实现方式，如果其并非本发明的关键内容，且为所属技术领域中普通技术人员所熟知，则在附图或说明书正文中并未对其进行详细说明，此时可参照相关现有技术进行理解。
此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：
(1)相干光路系统还可以采用其他的光路形式，例如每束激光自顶部单独向下反射形成干涉，而不通过总反射镜向下发射的形式；
(2)小孔光阑还可以用其他的能量调节装置，例如偏振晶体与波片，来代替。
依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明有了清楚地认识。
综上所述，本发明通过掩模面曝光和N束相干激光汇聚并发生干涉来固化液态光敏材料而形成仿生鲨鱼皮结构，不仅能够控制仿生鲨鱼皮结构的宏观结构，而且利用干涉作用，还能在宏观结构上叠加微观的干涉条纹，进一步提升仿生鲨鱼皮结构的性能，从而实现在普通大气环境下的大面积、便捷、高效、低能耗的跨尺度仿生鲨鱼皮结构制备，具有较强的实用价值。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语的具体含义。
除非明确指明为相反之意，本发明的说明书及权利要求中的数值参数可以是近似值，能够根据通过本发明的内容改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”、“主”、“次”，以及阿拉伯数字、字母等，以修饰相应的元件或步骤，其本意仅用来使具有某命名的一元件(或步骤)得以和另一具有相同命名的元件(或步骤)能做出清楚区分，并不意味着该元件(或步骤)有任何的序数，也不代表某一元件(或步骤)与另一元件(或步骤)的顺序。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图，或者对其的描述中。然而，并不应将该发明的方法解释成反映如下意图：所要求保护的本发明需要比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，各个发明方面在于少于前面单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种仿生鲨鱼皮结构制造系统，其特征在于，包括：
相干激光系统，用于产生N束相干激光，N≥2；
角度架，其内部形成有中空区域，在所述中空区域侧面形成有卡槽；
其中，当基片插入所述卡槽时，其第一平面朝向所述中空区域的内侧，并与所述中空区域的相应面形成用于容纳液态光敏材料的生长池；其第二平面朝向所述N束相干激光入射的方向，所述N束相干激光在透过所述基片后在所述第一平面的局部区域汇聚并发生干涉，令生长池内该局部区域的液态光敏材料固化形成具有干涉微结构的仿生鲨鱼皮结构；
其中，所述基片的第一平面形成有掩模图案；所述N束相干激光透过所述基片上由所述掩模图案限定的透光区域后，在所述第一平面的相应区域汇聚并发生干涉，令生长池内该相应区域的液态光敏材料固化形成以所述掩模图案为轮廓的仿生鲨鱼皮结构。
2.根据权利要求1所述的仿生鲨鱼皮结构制造系统，其特征在于，所述掩模图案包括：呈阵列交错分布的T×S个鲨鱼鳍单元，T≥3，S≥3；
所述鲨鱼鳍单元整体呈尖部朝下的三叉戟形状，其外轮廓在同一个圆周之上，包括：中间的主鳍；以及分别位于主鳍两侧的左鳍和右鳍；其中，所述左鳍和右鳍与主鳍分离，并相对于主鳍的中线镜像对称。
3.根据权利要求1所述的仿生鲨鱼皮结构制造系统，其特征在于，所述角度架的中空区域侧面形成有M个卡槽，M≥2；
其中，所述基片可选择性地插入所述M个卡槽其中之一以形成所述生长池，且当所述基片插入不同卡槽时，所述基片与入射的所述N束相干激光呈不同角度。
4.根据权利要求1所述的仿生鲨鱼皮结构制造系统，其特征在于，所述N束相干激光的能量相同，入射所述基片的角度相同且均匀分布在以汇聚点为顶点的圆锥面上。
5.根据权利要求4所述的仿生鲨鱼皮结构制造系统，其特征在于，角度θ满足：5°≤θ≤75°，其中，角度θ为基片与入射的相干激光的法线所成角的角度。
6.根据权利要求4所述的仿生鲨鱼皮结构制造系统，其特征在于，N＝3；所述相干激光系统包括：
激光器；
总反射镜；
第一相干光路，包括：第一分束镜；所述激光器出射的激光经由第一分束镜分为两束，第一束被反射至所述总反射镜，并由所述总反射镜反射至所述基片，成为第一束相干激光；第二束入射下一相干光路；
第二相干光路，包括：第二分束镜、第一反射镜、第二反射镜；所述第一分束镜分出激光的第二束经由所述第二分束镜又分为两束，第一束经由第一反射镜、第二反射镜、总反射镜反射至所述基片，成为第二束相干激光；第二束入射下一相干光路；
第三相干光路，包括：第三反射镜，所述第二分束镜分出激光的第二束经由所述第三反射镜、总反射镜反射至所述基片，成为第三束相干激光；
其中，所述第一分束镜、第二反射镜、第三反射镜满足等边三角形位置关系。
7.根据权利要求6所述的仿生鲨鱼皮结构制造系统，其特征在于：
所述激光为连续激光；和/或
所述仿生鲨鱼皮结构制造系统还包括：三维位移平台，所述角度架固定于所述三维位移平台的平台面上；和/或
所述第一相干光路、第二相干光路和第三相干光路中的每一个均包括：聚焦透镜和小孔光阑，两者与同光路中其他光学元件位于同一光轴上，所述总反射镜的光路上游，且所述小孔光阑位于所述聚焦透镜的焦平面上。
8.一种仿生鲨鱼皮结构制造方法，其特征在于，包括：
步骤A，在基片的第一平面上形成掩模图案；
步骤B，利用权利要求1至7中任一项所述仿生鲨鱼皮结构制造系统在基片上形成具有干涉微结构的仿生鲨鱼皮结构。
9.根据权利要求8所述的仿生鲨鱼皮结构制造方法，其特征在于，在所述步骤B中：
通过采用不同尺寸、规格的掩模图案，控制所述仿生鲨鱼皮结构的特征尺寸和周期间距；和/或
通过控制N束相干激光中各激光束的入射角度β和光强，控制所述干涉微结构的周期和仿生鲨鱼皮结构的生长方式；和/或
通过控制所述基片与入射的N束相干激光的法线所成的角度θ，控制所述仿生鲨鱼皮结构的生长倾角；和/或
通过控制所述N束相干激光的入射时间，控制所述仿生鲨鱼皮结构的生长尺寸；和/或
通过控制N束相干激光的能量密度，控制所述仿生鲨鱼皮结构的生长速率。
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