三维结构化多级互锁结构及其制备方法

技术特征：
1.一种三维结构化多级互锁结构，包括：第一互锁结构(10a)以及第二互锁结构(10b)，所述第一互锁结构(10a)包括第一胶接件(11a)、交替位于所述第一胶接件(11a)的表面上的至少一个第一键合槽(15a)和至少一个第一宏观结构(12a)，所述第二互锁结构(10b)包括第二胶接件(11b)、交替位于所述第二胶接件(11b)的表面上的至少一个第二键合槽(15b)和至少一个第二宏观结构(12b)，其中至少一个所述第一宏观结构(12a)与至少一个所述第二键合槽(15b)对准，至少一个所述第二宏观结构(12b)与至少一个所述第一键合槽(15a)对准，并且其中至少一个所述第一宏观结构(12a)具有远离所述第一胶接件(11a)的第一末端，至少一个所述第二宏观结构(12b)具有远离所述第二胶接件(11b)的第一末端，至少一个所述第一宏观结构(12a)的第一末端和至少一个所述第二宏观结构(12b)的第一末端包括顶平面，其中至少一个所述第一宏观结构(12a)的第一末端延伸超过至少一个所述第二宏观结构(12b)的第一末端的顶平面，或其中至少一个所述第二宏观结构(12b)的第一末端延伸超过至少一个所述第一宏观结构(12a)的第一末端的顶平面。2.根据权利要求1所述的三维结构化多级互锁结构，其中在至少一个所述第一宏观结构(12a)的顶平面上还包括至少一个第一图案化微观结构(13a)，和/或在至少一个所述第二宏观结构(12b)的顶平面上还包括至少一个第二图案化微观结构(13b)；其中至少一个所述第一宏观结构(12a)完全延伸穿过至少一个所述第二图案化微观结构(13b)，并且至少一个所述第一宏观结构(12a)的第一末端延伸超过至少一个所述第二宏观结构(12b)的第一末端的顶平面，或至少一个所述第二宏观结构(12b)完全延伸穿过至少一个第一图案化微观结构(13a)，并且至少一个所述第二宏观结构(12b)的第一末端延伸超过至少一个所述第一宏观结构(12a)的第一末端的顶平面。3.根据权利要求1或2所述的三维结构化多级互锁结构，其中所述第一胶接件(11a)和至少一个所述第一宏观结构(12a)之间以及所述第二胶接件(11b)和至少一个所述第二宏观结构(12b)之间具有纤维状增强材料(14a、14b)，并且所述纤维状增强材料(14a、14b)延伸穿过、优选垂直延伸穿过所述第一胶接件(11a)和至少一个所述第一宏观结构(12a)之间的界面以及所述第二胶接件(11b)和至少一个所述第二宏观结构(12b)之间的界面。4.根据权利要求2所述的三维结构化多级互锁结构，其中，所述第一互锁结构(10a)包括两个以上所述第一宏观结构(12a)和两个以上位于所述第一宏观结构(12a)的顶平面的第一图案化微观结构(13a)，以及所述第二互锁结构(10b)包括两个以上所述第二宏观结构(12b)和两个以上位于所述第二宏观结构(12b)的顶平面的第二图案化微观结构(13b)。5.根据权利要求1或2所述的三维结构化多级互锁结构，其中，在平行于至少一个所述第一宏观结构(12a)的分布方向(l)上，至少一个所述第二键合槽(15b)的长度(l
b1
)大于至少一个所述第一宏观结构(12a)的长度(l
a1
)，和/或至少一个所述第一键合槽(15a)的长度(l
a2
)大于至少一个所述第二宏观结构(12b)的长度(l
b2
)；优选至少一个所述第二键合槽(15b)的长度(l
b1
)是至少一个所述第一宏观结构(12a)的长度(l
a1
)加上平行于至少一个所述第一宏观结构(12a)的分布方向(l)上的所述第一宏观结构(12a)与所述第二宏观结构(12b)之间的间隙长度(l
c
)或间隙长度(l
c
)的2倍，所述间隙长度(l
c
)等于平行于至少一个所述第一宏观结构(12a)的分布方向(l)上的胶黏剂厚度并且所述间隙长度(l
c
)大于等于垂直于胶接表面方向(t)上的胶黏剂厚度(l
t
)，和/或至少一个所述第一键合槽(15a)的长度(l
a2
)是至少一个所述第二宏观结构(12b)的长度(l
b2
)加上平行于至少一个所述第二宏
观结构(12b)的分布方向(l)上的所述第一宏观结构(12a)与所述第二宏观结构(12b)之间的间隙长度(l
c
)或间隙长度(l
c
)的2倍，所述间隙长度(l
c
)等于平行于至少一个所述第二宏观结构(12b)的分布方向(l)上的胶黏剂厚度并且所述间隙长度(l
c
)大于等于垂直于胶接表面方向(t)上的胶黏剂厚度(l
t
)。6.根据权利要求2所述的三维结构化多级互锁结构，其中，至少一个所述第一宏观结构(12a)和至少一个所述第二宏观结构(12b)的高度在0.02～0.2mm之间，并且至少一个所述第一图案化微观结构(13a)和至少一个所述第二图案化微观结构(13b)的高度在0.001～0.015mm之间。7.根据权利要求1或2所述的三维结构化多级互锁结构，其中，至少一个所述第一宏观结构(12a)和至少一个所述第二宏观结构(12b)中至少之一的高度是垂直于胶接表面方向(t)上的胶黏剂厚度(l
t
)的一半以上。8.根据权利要求2所述的三维结构化多级互锁结构，其中至少一个所述第一宏观结构(12a)和至少一个所述第二宏观结构(12b)、至少一个所述第一图案化微观结构(13a)和至少一个所述第二图案化微观结构(13b)以及所述第一胶接件(11a)和所述第二胶接件(11b)由相同材料或不同材料制成，所述材料选自聚合物树脂和聚合物树脂基复合材料。9.一种制备权利要求1-8中任一项所述的三维结构化多级互锁结构的方法，所述方法包括：-提供第一互锁结构(10a)，-提供第二互锁结构(10b)，以及-通过胶黏剂将所述第一互锁结构(10a)和所述第二互锁结构(10b)结合，使得至少一个所述第一宏观结构(12a)与至少一个所述第二键合槽(15b)对准以及至少一个所述第二宏观结构(12b)与至少一个所述第一键合槽(15a)对准，并且其中至少一个所述第一宏观结构(12a)具有远离所述第一胶接件(11a)的第一末端，至少一个所述第二宏观结构(12b)具有远离所述第二胶接件(11b)的第一末端，至少一个所述第一宏观结构(12a)的第一末端和至少一个所述第二宏观结构(12b)的第一末端包括顶平面，其中至少一个所述第一宏观结构(12a)的第一末端延伸超过至少一个所述第二宏观结构(12b)的第一末端的顶平面，或其中至少一个所述第二宏观结构(12b)的第一末端延伸超过至少一个所述第一宏观结构(12a)的第一末端的顶平面，其中至少一个所述第一宏观结构(12a)和至少一个所述第二宏观结构(12b)通过粉末床成型、熔融沉积造型、纳米压印或激光雕刻工艺成型。10.根据权利要求9所述的方法，其中，在至少一个所述第一宏观结构(12a)的顶平面上还包括至少一个第一图案化微观结构(13a)，和/或在至少一个所述第二宏观结构(12b)的顶平面上还包括至少一个第二图案化微观结构(13b)；其中至少一个所述第一宏观结构(12a)完全延伸穿过至少一个所述第二图案化微观结构(13b)，并且至少一个所述第一宏观结构(12a)的第一末端延伸超过至少一个所述第二宏观结构(12b)的第一末端的顶平面，或至少一个所述第二宏观结构(12b)完全延伸穿过至少一个第一图案化微观结构(13a)，并且至少一个所述第二宏观结构(12b)的第一末端延伸超过至少一个所述第一宏观结构(12a)的第一末端的顶平面；以及至少一个所述第一图案化微观结构(13a)和至少一个所述第二图案化微观结构(13b)
通过粉末床成型、熔融沉积造型、纳米压印或激光雕刻工艺成型。11.根据权利要求10所述的方法，其中，在通过胶黏剂将所述第一互锁结构(10a)和所述第二互锁结构(10b)结合之前，在0～150℃温度下对位于至少一个所述第二宏观结构(12b)顶平面的至少一个所述第二图案化微观结构(13b)和/或位于至少一个所述第一宏观结构(12a)顶平面的至少一个所述第一图案化微观结构(13a)以及至少一个所述第一键合槽(15a)和/或至少一个所述第二键合槽(15b)进行表面处理，所述表面处理选自等离子体处理、机械磨蚀或化学腐蚀，使胶接表面粗糙度达到1.5～15微米之间，并且与水的接触角达到18
°
以下。12.根据权利要求11所述的方法，其中，进行等离子体表面处理过程中使用的气体选自氧气、空气、氩气和氦气中的至少一种。13.根据权利要求11所述的方法，其中，通过等离子体进行表面处理后，在8小时内通过胶黏剂将所述第一互锁结构(10a)和所述第二互锁结构(10b)结合。

技术总结
本发明涉及三维结构化多级互锁结构及其制备方法。互锁结构包括：第一互锁结构，包括：第一胶接件、交替位于第一胶接件的表面上的第一键合槽和第一宏观结构，以及第二互锁结构，包括第二胶接件、交替位于第二胶接件的表面上的第二键合槽和第二宏观结构，第一宏观结构与第二键合槽对准，第二宏观结构与第一键合槽对准，第一宏观结构具有远离第一胶接件的第一末端，第二宏观结构具有远离第二胶接件的第一末端，第一宏观结构和第二宏观结构的第一末端包括顶平面，第一宏观结构的第一末端延伸超过第二宏观结构的顶平面，或第二宏观结构的第一末端延伸超过第一宏观结构的顶平面。应用该结构，提高胶接效果、增强胶接强度，以增强其间互锁机械强度。锁机械强度。锁机械强度。


技术研发人员：郭建军 张一帆 李志祥 许高杰
受保护的技术使用者：中国科学院宁波材料技术与工程研究所
技术研发日：2021.02.07
技术公布日：2022/8/15