[发明专利]超疏水性膜构造

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请整体涉及以下共同提交并且共同转让的美国专利申请：“Superhydrophobic Films”(超疏水性膜)，代理人案卷号66911US002；和“Superhydrophobic Films”(超疏水性膜)，代理人案卷号66994US002，所述专利申请各自以全文引用方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及具有微米结构化并且纳米特征化的表面的超疏水性膜。本发明还涉及利用所述超疏水性膜的构造和制造所述超疏水性膜的方法。

背景技术

水性膜和涂层，并且更具体地讲，超疏水性膜和涂层在最近几年中由于多个吸引人的品质而获得了相当多的关注。高度疏水性表面已经在自然界中被认识，可能最普遍地是在荷叶以及蝉翼上。由于具有疏水性质，荷叶能够通过在小水滴滚落其表面时洗掉粉尘粒子和碎屑而进行自清洁。这种自动清洁的能力是多个现代应用中所希望的。然而，可能很难制造出一种能够扩展用于某些环境中的自清洁性超疏水性膜。本发明提供一种超疏水性膜，所述超疏水性膜在多变的条件(例如户外)下是高度耐用并且耐候的，并且在磨损暴露之后即使不具有表面涂层也非常有效地操作，同时无严重性能问题。

发明内容

在一个方面，本发明涉及一种超疏水性膜。所述超疏水性膜具有包括多个微米结构的表面。每个微米结构包括多个纳米特征，其中这些微米结构和纳米特征都是由按重量计大部分是硅氧烷聚合物的材料制成。这种膜具有至少150度的水接触角和小于10度的滚动角。

在另一方面，本发明涉及一种制造超疏水性膜的方法。所述方法包括提供一种膜，所述膜按重量计大部分是硅酮聚合物(例如聚(二甲基硅氧烷)(PDMS))并且在其第一表面上具有微米结构。所述方法另外包括将金属氧化物纳米粒子层直接施加到所述微米结构上。在蚀刻膜时，这些金属氧化物纳米粒子充当蚀刻掩模，并且蚀刻导致在膜上的微米结构上形成纳米特征。

在第三个方面，本发明涉及一种制造超疏水性膜的方法。所述方法包括提供第一膜，所述第一膜在膜的第一表面上包含微米结构。所述方法另外包括将均匀的金属氧化物纳米粒子层直接施加到所述微米结构上，和使用所述金属氧化物纳米粒子作为蚀刻掩模来蚀刻所述膜。蚀刻导致在第一膜的微米结构上形成纳米特征。然后，将浇铸材料沉积到第一膜上，并且用所述浇铸材料形成模具，其中所述模具至少部分地是第一膜的微米结构和纳米结构的阴模。将硅酮聚合物施加到模具上并且固化以形成第二膜。第二膜在去除时展示至少150度的水接触角和小于10度的滚动角。

在最后一个方面，本发明涉及一种超疏水性膜。所述超疏水性膜具有包括多个微米结构的表面。每个微米结构包括多个纳米特征，其中这些微米结构和纳米特征都是由弹性体材料制成。所述膜具有至少150度的水接触角和小于10度的滚动角。

附图说明

图1是超疏水性膜构造的横截面视图。

图2a-c示出根据本发明的微米结构的多种形状。

图3是纳米特征化的微米结构的横截面视图。

图4a-d示出用于制造超疏水性膜的工艺。

图5a-e示出用于制造超疏水性膜的工艺。

图6a-d提供与测量水接触角、前进角和后退角有关的小水滴的图解。

图7是用于耐久性测试膜的设备。

图8a-c是超疏水性膜的不同微米结构分布。

具体实施方式

超疏水性膜和表面由于其自清洁的能力而非常合乎多个应用中的需要。一般来讲，膜在水接触角大于140度时可以被视为是“超疏水性”的。超疏水性膜还可以被理解为总体上不可润湿的，因为水珠在接触膜时离开膜的表面。这种膜的另一可取的品质可以是低接触角滞后，即，小水滴的前进接触角与后退接触角之间的差值较小。低接触角滞后或“滚动角”使得水珠更容易地从膜或其他构造的表面滚落。使与结构表面接触的水形成水珠和另外使形成水珠的水滚落表面的能力的组合使得表面能够“自清洁”。