[发明专利]超疏水性微结构

说明书

技术领域

本发明关于一种微结构，特别关于一种超疏水性微结构。

背景技术

自然界中，植物总是暴露在各种污染源当中，例如灰尘、污泥、有机的细菌或真菌等。有些植物的叶片上具有复杂的奈米或微米级结构，除了有自我洁净的功能外，还可以防止受到细菌、病源体的感染。一旦叶片上遭受污染时，只要经过一场大雨的洗礼，就能恢复焕然一新。其中，最知名的就是莲叶的莲花效应(lotus effect)。

莲花效应是在1997年由德国植物学家Barthlott与Neinhuis研究一莲叶表面现象时所创造出的词语。他们使用扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)观察一莲叶表面1，如图1A所示。他们发现莲叶表面1具有5～15微米(μm)的突柱(pillar)的表皮细胞(epidermal cell)，且表面上覆盖一层约100奈米(nm)的蜡质结晶(wax crystal)。

另外，如图1B所示，若水滴与一对象表面的接触角度θ(contact angle，或称疏水角度)小于90度，则称所述表面具有亲水性(hydrophilic)；若水滴与一对象表面的接触角度θ大于90度，则称所述表面具有疏水性(hydrophobic)；若水珠与一表面的接触角度θ大于150度，则称所述表面具有超疏水性(super-hydrophobic)。如图1B所示，其接触角度θ低于90度，故所述表面具有亲水性。

请参照图1C所示，当水珠置在莲叶表面1上时，水珠在莲叶表面1上形成如球状的高接触角度，其中，莲叶表面1与水珠的接触角度θ可达150度，因此，莲叶表面1具有超疏水性。只要将莲叶表面1稍微倾斜一角度，即可让水珠滚动，而滚动的水珠会顺便把一些灰尘及污泥等颗粒一起带走，以达到自我洁净的效果。

目前，在对象表面上制作疏水性材料与结构的方法，一种公知技术是使用微机电系统(micro-electro-mechanical system，MEMS)加工方式来制作，其主要是利用仿生的概念来模仿与制造类似于莲叶表面上的突柱状结构。其中，微机电系统技术是增加表面粗糙度(surface roughness)，以减少水滴与对象表面接触的面积，以提升水珠对对象表面的接触角度θ。

然而，目前以微机电加工方式制造与大自然莲叶上的突柱状微结构相类似的结构具有以下的缺点：

第一、突柱状结构制造不易，无法量产。目前利用微机电系统加工方法是直接在材料上加工成粗糙表面或突柱状的结构，但是，其只是适用于实验室内研究疏水效果而无法用以实际量产。要量产微结构最好的方法是采用微压印(micro imprinting)技术，如要以微转印技术来量产具粗糙表面或突柱状结构的产品，则需要有具此粗糙表面或突柱状结构的模具1a，如图1D所示。其中，模具1a除了不易制造外(因模具1a需有极大量微米尺寸的孔洞)，必然含有互不相通的孔洞。由于模具1a内不相通的孔洞内含有空气，在转印制造过程中将使材料无法充满模具1a内的孔洞。因此，转印制造出来的成品将与设计不同。另外，大自然莲叶上的粗糙表面或突柱状结构不具一般模具的推拔角，在转印制造过程中也将使结构产生破坏。

第二、突柱状结构的强度差，施工性不足。突柱状的结构只要受到轻微的横向力或纵向力，很容易就会遭到破坏而失去其超疏水性的效果。再者，当将此突柱状的超疏水性结构材料制成如贴纸般的薄膜，进而固定在物体表面时，亦需要在此超疏水性薄膜上施力。由于突柱状结构的强度差，其施工性必然不佳而容易遭受破坏。

第三、突柱状结构在一些情况下将失去其疏水性。静态的水滴在粗糙或突柱状结构表面时，会因水滴与结构表面的接触面积大幅的减少而显示出具疏水性的特色。但由于突柱状结构是一开放性结构，使得突柱间的空气是可互相流通的。因此，如图1E所示，当水滴自一高度落在突柱状结构1b时，水滴会将突柱间的空气挤出，进而使突柱状结构1b润湿而失去其疏水性。

因此，如何提供一种超疏水性微结构，可具有较高结构强度、制造简单及成本较低的优点，已成为重要课题之一。

发明内容

本发明的目的为提供一种具有较高结构强度、制造简单及成本较低的优点的超疏水性微结构。

本发明可采用以下技术方案来实现的。

本发明的一种超疏水性微结构包括一基体，其上形成多个高度不同的凸部，且所述不同高度的凸部在俯视时至少形成一个封闭曲线。

在本发明的一实施例中，所述凸部具有至少一个第一凸部及至少一个第二凸部，第一凸部具有一第一高度，第二凸部具有一第二高度，第一高度大于第二高度。