[发明专利]具有纳米结构化表面的制品

说明书

本发明涉及一种包括至少一个纳米结构化表面的制品，其中：所述纳米结构化表面由具有低于25mJ/m²，优选地为低于20mJ/m²的表面能的材料制成，并且包括限定出腔的相接的基元的阵列，所述基元的所述腔通过中间的固体20材料壁而被彼此分隔开，并且所述腔具有满足以下条件的平均高度(H)和平均半径(R)：R≥5nm，优选地R≥10nm；2R≤250nm，优选地R≤200nm，更好地R≤150nm，更优选地R≤100nm；以及H≤3R。本发明还涉及一种用于设计纳米结构化表面的方法，所述纳米结构化表面包括限定出腔的并置基元的阵列，所述腔通过固体30中间壁而彼此分隔开。

技术领域

本发明涉及具有纳米结构化表面(也被称为纳米纹理表面)的制品(manufacturedarticle)，该结构化表面呈现全疏性(omniphobicity)、微滴分离(droplet fractioning)和约束、压力下润湿性的稳定性以及实现机械稳健性的潜力。全疏性意味着该结构化表面能够对水和油(以及更一般地任何种类的溶剂)都排斥。这些种类的表面能够排斥各种液体，并且能够使油性和粘性液体(如皮脂)的膜分离成小微滴。

背景技术

在结构化表面的领域中，将考虑结构化表面的两种主要类型。

结构化表面的第一种类型为所谓的开放结构，其由在表面上规律或不规律分布的分开的柱的阵列组成，柱之间的间隔彼此互连，由此在柱之间形成连续的空隙。柱可以为不同的形状，典型地为直的形状(即，具有从基部至顶部几乎不变的横截面的柱)、悬垂形状(即，柱的顶部包括比柱主体的横截面尺寸大的盖)或者凹入(re-entrant)形(即，柱的横截面从顶部至基部变细)。

用于实现全疏性的诸如悬垂结构的这些开放结构的主要缺点为当液体经受压力时该结构难以维持液体排斥特性。这意味着当对液体施加压力时该表面不能够维持液体在该结构上方而空气在该结构下方(凯西-巴克斯特(Cassie-Baxter)或“法基尔(fakir)”状态)，结果，液体在该结构内部扩展，导致完全润湿状态(文策尔(Wenzel)状态)。例如，当皮脂的微滴被指印(fingerprint)在表面上(所施加的压力≈2.510⁴Pa)时或者当来自雨水或洗液(wash)的水滴撞击表面(压力依赖于雨况从≈20Pa至4.510⁴Pa变化)时，可能出现这种情况。

这样的开放结构化表面被公开，特别地，在以下出版物中被公开：

-A.Tuteja，W.Choi，M.L.Ma，J.M.Mabry，S.A.Mazzella，G.C.Rutledge，G.H.McKinley and R.E.Cohen，Designing Superoleophobic Surfaces，Science，2007，318，1618-1622，Massachusetts Institute of Technology，Cambridge，Massasuchetts/Air Force Research Laboratory，California，USA

-A.Ahuja，J.A.Taylor，V.Lifton，A.A.Sidorenko，T.R.Salamon，E.J.Lobaton，P.Kolodner and T.N.Krupenkin，Nanonails：A Simple Geometrical Approach toElectrically Tunable Superlyophobic Surfaces，Langmuir 2008，24，9-14，BellLaboratories，Lucent Technologies，New Jersey，USA