[发明专利]耐用的疏水结构化表面

说明书

技术领域

本发明涉及包含多个微米尺度和/或纳米尺度表面元件的耐刮擦结 构化表面。

本发明还涉及包含多个微米尺度和/或纳米尺度表面元件并且对水 的静态接触角为至少90°的结构化疏水表面，所述表面具有有利的机械 性能和特别是高的耐用性和耐机械应力性。

本发明还涉及制备此类表面的方法以及包括膜和涂层的制品，所 述膜和涂层包括此类表面。

背景技术

包括多个微米尺度和/或纳米尺度表面元件的结构化表面被用于各 种技术领域和应用中，包括例如光学应用和所谓的自清洁表面。

天然表面如植物叶片或动物毛皮可具有自清洁表面，所述自清洁 表面采用所谓的荷叶效应来提供拒水性。术语“荷叶效应”由植物学家 WilhelmBarthlott提出，其对该现象进行了约30年的广泛调查 (Barthlott，Wilhelm；Ehler，N.(1977)。“Raster-Elektronenmikroskopieder vonSpermatophyten”。Tropischeundsubtropische Pflanzenwelt(Akad.Wiss.Lit.Mainz)19：110)。荷叶效应基于的是表面 上微米和/或亚微米(即纳米)尺寸机械结构的存在，这些结构依靠它 们的形状、尺寸、和距离防止水滴铺展开和透过表面进入实质中。典 型的雨滴直径可为约5mm，并且提供拒水效应的表面呈现出具有表面 元件的结构，所述表面元件比水滴的尺寸要小得多并通常包含微米和/ 或纳米尺度的表面元件。水滴和拒水表面的表面元件的典型尺寸之间 的这一关系往往使得水滴和表面之间的接触面积减小。因此表面的润 湿最小化，并且水滴保持于表面的保持力也是如此。因此，当表面仅 轻微倾斜时，水滴往往即滚落该表面，随其滚落而带走松散的尘粒。 这就是为什么此类表面常常被称为自清洁的原因。

已知疏水材料的拒水效应可通过在适宜地结构化的表面中采用此 类材料而得到增强。

WO96/04123和US6,641,767公开了包含低表面能材料的拒水微 米结构化表面。

WO96/04,123公开了包含疏水聚合物材料的自清洁表面。所述表 面具有人工表面元件，所述人工表面元件高度介于5μm(微米)至 100μm之间，并且元件之间的距离介于5μm至200μm之间。

US6,641,767公开了一种形成结构化表面的复制品的方法。表面通 过复制所获得的模具表面包含多个锥体形状的表面元件，这些表面元 件的尺寸呈现出从小于50nm(纳米)至大于1μm的连续分布。这样 的表面元件在US6,641,767中通过蒸气涂层沉积获得。

现有技术中公开的微米和/或纳米结构化表面的机械稳定性往往不 够。例如，WO96/04,123公开了其中阐述的表面在用冲洗水清洁的过 程中不可暴露于高的机械应力，因为这可能抛光和整平表面元件，使 得表面失去其自清洁能力。WO96/04,123也讨论了微米和/或纳米结构 化表面不够的机械稳定性。

欧洲专利EP0,933,388公开了一种具有纳米和/或微米尺度表面元 件的表面，所述表面元件的平均高度为50nm至10μm、平均距离为 50nm至4μm。所述微米和纳米尺度表面元件在平均高度为10μm至 1mm(毫米)、平均间隔为10μm至1mm的更粗糙微米尺度表面元件 上作为“超结构”排布。这种类型的结构化表面通常也称为“结构上结 构”(SonS)表面。EP0,933,388公开了，与包含微米和纳米尺寸表面 元件的非SonS表面相比，SonS结构提供增强的机械抵抗力。据推 测，这是微米尺度超结构的凹入处或谷中纳米和/或微米尺度表面元件 的机械保护的结果。

但是，如何提供具有有利的机械稳定性和高的耐刮擦性的包含多 个微米尺度和/或纳米尺度表面元件的任选地疏水的耐用结构化表面的 问题仍未解决。

因此本发明的一个目的是提供一种具有有利的机械性能和特别是 高的耐刮擦性的包含多个微米尺度和/或纳米尺度表面元件的结构化表 面。本发明的另一目的是提供一种包含多个微米尺度和/或纳米尺度表 面元件的疏水结构化表面，所述表面在受到机械应力时保持其疏水特 性。特别地，本发明的一个目的是提供一种包含多个微米尺度表面元 件和纳米尺度表面元件二者、对水具有至少130°的高静态接触角的耐 刮擦结构化表面。

发明内容

本发明的目的通过以下实施例解决。