[发明专利]用于产生表面功能化对象的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于从阴模（negative mould）产生表面功能化对象的方法以及使用这样方法产生的对象。

背景技术

当产生具有期望表面形貌（topography）的对象时，已知在“阴”模中或“阴”模上形成对象，该“阴”模 具有与在最终产品（所谓的“阳复型（positive replica）”）中所要求的形貌相互补的形貌。从其形成对象的材料常常将是聚合物，其在与模具接触时被固化（cure）。

还可期望以化学形式使对象的表面功能化（functionalise）。这通常在已将对象从模具释放之后通过向对象的表面施加适当的功能性材料（比如，抗水性或防油性化合物）的涂层（coating）来实现。能够使用诸如喷涂、浸渍或等离子体化学沉积之类的已知技术来施加功能性涂层。备选地，能够通过诱发存在于那里的分子中的化学变化来使对象的表面功能化，例如通过使其与功能性试剂反应和/或通过使其暴露于发起所需变化的条件。

其中能够期望产生具有特定形貌且此外具有特定功能特性的表面的一个领域是仿生学领域。已很好地证实的是，在自然界中发现的物种（species）的表面结构能够导致特定的行为现象。示例包括植物叶片的自洁[1，2]、壁虎脚的粘附[3，4]、沙漠甲虫的背部的雾收集能力[5]、昆虫翅膀的抗反射特性[6]和鲨鱼皮的减阻效果[7]。仿生学研究旨在识别此类性质并人工地复制它们。

此领域中承担的工作的主要元素已集中于在对某些自然发生系统中观察到的“超疏水性”的复制。此类系统的最著名示例是植物叶片（特别是莲（荷花）叶）、昆虫翅膀[8，9]、鸟羽[10]、水黾腿[11，12，13]和生物膜[14]。这些中的许多拥有含有微米级和纳米级特征连同固有的低表面能的分层（hierarchical）表面结构。粗糙性允许俘获固-液界面处的微小气囊（air pocket），从而减少表面与入射水滴之间的粘附以允许其滑离，即称为Cassie-Baxter润湿状态[15]的现象。此类超疏水性表面对于人工产生具有自洁[16]、低摩擦[17]、防雾[18]、抗反射[19]和抗腐蚀[20]性质的表面而言是感兴趣的。

已经开发了多种方法以在基底表面上提供与在自然界中观察到的那些类似的分层粗糙化结构。示例包括光子[21]和电子束[22]印刷术（lithography）、反应离子蚀刻[23]和显微机械加工[24]。软成型（soft moulding）被视为简单、低成本的备选方案，其提供附加的优点，即原始自然基底充当用于原模（master mould）的模板，其中然后能够铸造（cast）具有期望表面形貌的对象[25]。这种仿生复制技术产生母基底表面形貌的精确且直接的复制。

然而，为了产生真正的超疏水的表面（定义为显示出大于150°的接触角连同非常低的滞后（hysteresis）的表面[26]），通常需要对复型赋予另一低表面能覆面（finish）。这样的覆面能够使用诸如氟化部分之类的功能性化学品并通过使用诸如溶胶-凝胶[27]、自组装单层[28]和浸渍涂层[29]之类的一系列方法中的任一来实现，其中原则上能够在已将复型从模具去除之后施加所述功能性化学品。

本发明的目的是要提供用于产生具有期望表面性质（特别是形貌和化学功能）的对象的备选方法，该方法在多数情况下能够增强能够利用其来产生此类表面的容易性和/或效率。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供用于从模具产生表面功能化对象的方法，该方法包括： 

（i） 提供具有与在对象上期望的表面形貌相互补的表面形貌的阴模； 

（ii）使用在激励介质（exciting medium）中进行的沉积工艺来将功能性实体（functional entity）施加到阴模的表面； 

（iii）在阴模中或阴模上形成对象，该对象随着其形成而在模具表面处与功能性实体直接接触；以及 

（iv） 将对象从模具释放， 

其中在步骤（iii）和/或（iv）期间，功能性实体中的至少一些被从模具的表面转移到对象的表面，并且此外，其中一定比例的功能性实体在步骤（iv）中的对象释放之后留在模具表面上。

可用一系列技术在阴模中或阴模上形成对象，包括例如铸造、压纹（embossing）和压印（imprinting）。对象的形成将包括在对象的表面处形成与模具的表面形貌相互补的期望表面形貌。

在实施例中，由可铸材料，例如由诸如聚合物前体（precursor）之类的可固化材料，在模具中或模具上铸造对象。