异型微纳结构及其工程应用优化

异型微纳米结构具有独特的光学、力学特性，在多种工程应用中发挥重要作用。在微纳光学领域，微透镜阵列作为一种典型的微纳异形结构，不仅具有传统透镜的聚焦、成像等基本功能，更具有单元尺寸小、集成度高的特点，能够实现传统光学元件无法完成的功能，并可构成许多新型的光学系统。在仿生黏附领域，类蘑菇型干黏附结构作为一种典型的微纳异形结构，具有黏附力强、稳定性高、对材质和形貌适应性强等优势，被美国国家航空航天局NASA技术路线图（NASA Technology Roadmaps 2015—2035）列为“太空可逆黏附材料”的唯一解决方案，支撑在轨维修、轨道碎片抓取等太空操作任务，并预计在2027年和2033年两个NASA任务节点进入实际应用[110]。微纳异形结构的特殊性能与优越表现，取决于复杂结构形貌的准确控制，因此，如何实现微纳异形结构的大面积一致性准确制造是其由理论研究迈入工程应用的关键技术瓶颈。

西安交通大学研究团队提出了一种基于空间电场调控与模板约束的多物理场系统控制微观控形方法，利用电场对液态聚合物流变行为的调控以及模板几何特征的约束实现了大面积微透镜阵列与干黏附仿生结构的成形制造，如图4.9所示。该方法在国际上首次实现了高性能非球面微透镜阵列的大面积高效率制造（填充率98.8%、表面光洁度0.2 nm、抛物面形貌、4英寸面积），解决了非球面微透镜阵列的形貌控制、曲率控制、精度控制、效率控制的技术挑战[72,74]；实现了壁虎仿生蘑菇型微结构阵列的仿生制造，能够在光滑表面、非平整表面等目标物体表现出高强度黏附特性，黏附强度高达12 N/cm2，超过了自然界壁虎生物体黏附性能[111-113]。

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图4.9 微纳异形结构微观控形及其工程应用

（a）微透镜阵列；（b）仿生干黏附结构

采用多物理场协同调控微观控形方法制备的仿生干黏附结构，应用于某研究所的型号研制任务，解决了异型结构批量制造、黏附性能调控等系列难题，为空间在轨维护、组装等重大工程提供了创新制造方法支撑。此外，该研究团队与合肥欣奕华、京东方显示等装备与电子制造企业合作，开发用于平板显示、锂离子电池封装的智能拾取搬运系统。