[发明专利]厚度限制式电喷雾沉积

说明书

自限制性电喷雾组合物，其包括非电荷耗散性组分和/或电荷耗散性组分。自限制性电喷雾组合物，其包括多种电荷耗散性组分并且不包括非电荷耗散性组分。用于形成具有自限制性厚度的层的方法。用于确定材料电导率的方法。用于修复物体表面上的层中的缺陷的方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年6月12日提交的标题为THICKNESS-LIMITED ELECTROSPRAYDEPOSITION OF THERMORESPONSIVE MATERIALS(热响应材料的厚度限制式电喷雾沉积)的美国临时专利申请号62/683,869的权益，将其以其全文通过援引并入本文。

背景技术

在涂层领域，最长期存在的工程挑战之一是材料质量浪费的问题。对于许多应用，包括保护性(例如防污、防腐蚀、抗静电和紫外线(UV)屏障)和活性(例如催化和传感)涂层，只必要薄的最顶层来赋予具体的表面功能，诸如，例如具体的外观、反射率、防腐蚀性能、防水性能等。当在涂层中采用高效纳米材料或其他先进材料时，浪费的材料质量可能尤其成问题，导致大量未使用的材料的成本。

微米/纳米级保形涂层可以以分子或浓缩状态施加。分子沉积技术，诸如电沉积、真空沉积、原子层沉积或化学气相沉积，通常需要流体浴或高真空来施加，并且还可能需要高温前体处理。这抵消了它们的成本效益考虑，并限制了可能要涂覆的部件的大小。浓缩沉积技术，诸如喷涂、浸涂、旋涂以及刷涂或刮涂，受困于3D表面，且导致毛细管效应或遮蔽效应。

电喷雾沉积(ESD)是一系列静电驱动的材料沉积过程之一，其中，使用高压电场(通常100千伏/米，kV/m)来形成流体液滴或挤压线。ESD描述了将稀释的(通常5vol％)喷雾溶液置于电场下而通过狭窄的毛细管发射的条件。该场在流体表面上产生电荷，该电荷进而将流体吸引到泰勒(Taylor)锥中，泰勒锥发射液滴。这些带电的液滴被分裂成其中在一代或若干代窄分散的液滴中表面力和静电力平衡的大小。当这些液滴中的每一个到达接地的或相反极性的靶标时，其将递送其中包含的材料，从而沉积材料的涂层。然而，尽管这种技术，但是已经发现需要一种ESD方法来形成具有自限制性厚度的层，其包括形成这样的自限制性厚度，该自限制性厚度足以允许该层阻碍材料的喷雾进一步积聚在导电靶标上。

发明内容

各种实施方式涉及厚度限制式电喷雾沉积的方法，所述方法可以减少浪费的材料质量并且还提供具有自限制性厚度的粘附良好的保形涂层。

各种实施方式涉及包括非电荷耗散性组分和电荷耗散性组分的自限制性电喷雾组合物。

各种实施方式涉及自限制性电喷雾组合物，其包括多种电荷耗散性组分并且不包括非电荷耗散性组分。根据这样的实施方式，所述多种电荷耗散性组分中的每一种在没有所述多种电荷耗散性组分中的至少一种其他成员的情况下和/或在没有非电荷耗散性组分的情况下当电喷雾时可能无法形成具有自限制性厚度的层。

各种实施方式涉及用于形成具有自限制性厚度的层的方法。所述方法可以包括在存在电场的情况下将导电靶标暴露于喷雾，其中，所述喷雾包括根据本文所述的任何其他实施方式的自限制性电喷雾组合物。所述方法可进一步包括允许所述喷雾积聚在所述导电靶标的表面上以形成所述具有自限制性厚度的层，其中，所述自限制性厚度足以允许所述层阻碍所述喷雾进一步积聚在所述导电靶标上。可以涉及多种机制来阻碍喷雾的积聚。本文描述的实施方式可以利用任何或所有这样的机制。

各种实施方式涉及厚度限制式电喷雾沉积的方法。所述方法可以包括在存在电场的情况下，将导电靶标暴露于包括热响应聚合物溶液的入射喷雾。导电靶标可以具有表面温度。热响应聚合物溶液可以包括非导电聚合物。热响应聚合物溶液可以具有溶液温度。所述方法可进一步包括允许所述溶液温度朝着所述表面温度偏离至所述非导电聚合物不能移动的沉积温度。所述方法可进一步包括允许所述非导电聚合物积聚在所述导电靶标上以形成层，所述层具有的厚度足以排斥所述入射喷雾。