[發明專利]超疏水性膜構造

無效

• 申請號: 201180052145.0
• 申請日: 2011-10-20
• 公開（公告）號: CN103180060A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 張俊穎;T·L·史密斯;K·A·布朗;S·M·施努布里施;R·S·克拉夫
• 申請（專利權）人: 3M創新有限公司
• 主分類號: B08B17/06
• 分類號: B08B17/06;B29C39/02;B82Y30/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 陳文平

相關申請的交叉引用

本專利申請整體涉及以下共同提交并且共同轉讓的美國專利申請：“Superhydrophobic?Films”(超疏水性膜)，代理人案卷號66911US002；和“Superhydrophobic?Films”(超疏水性膜)，代理人案卷號66994US002，所述專利申請各自以全文引用方式并入本文中。

技術領域

本發明涉及具有微米結構化并且納米特征化的表面的超疏水性膜。本發明還涉及利用所述超疏水性膜的構造和制造所述超疏水性膜的方法。

背景技術

水性膜和涂層，并且更具體地講，超疏水性膜和涂層在最近幾年中由于多個吸引人的品質而獲得了相當多的關注。高度疏水性表面已經在自然界中被認識，可能最普遍地是在荷葉以及蟬翼上。由于具有疏水性質，荷葉能夠通過在小水滴滾落其表面時洗掉粉塵粒子和碎屑而進行自清潔。這種自動清潔的能力是多個現代應用中所希望的。然而，可能很難制造出一種能夠擴展用于某些環境中的自清潔性超疏水性膜。本發明提供一種超疏水性膜，所述超疏水性膜在多變的條件(例如戶外)下是高度耐用并且耐候的，并且在磨損暴露之后即使不具有表面涂層也非常有效地操作，同時無嚴重性能問題。

發明內容

在一個方面，本發明涉及一種超疏水性膜。所述超疏水性膜具有包括多個微米結構的表面。每個微米結構包括多個納米特征，其中這些微米結構和納米特征都是由按重量計大部分是硅氧烷聚合物的材料制成。這種膜具有至少150度的水接觸角和小于10度的滾動角。

在另一方面，本發明涉及一種制造超疏水性膜的方法。所述方法包括提供一種膜，所述膜按重量計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結構。所述方法另外包括將金屬氧化物納米粒子層直接施加到所述微米結構上。在蝕刻膜時，這些金屬氧化物納米粒子充當蝕刻掩模，并且蝕刻導致在膜上的微米結構上形成納米特征。

在第三個方面，本發明涉及一種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結構。所述方法另外包括將均勻的金屬氧化物納米粒子層直接施加到所述微米結構上，和使用所述金屬氧化物納米粒子作為蝕刻掩模來蝕刻所述膜。蝕刻導致在第一膜的微米結構上形成納米特征。然后，將澆鑄材料沉積到第一膜上，并且用所述澆鑄材料形成模具，其中所述模具至少部分地是第一膜的微米結構和納米結構的陰模。將硅酮聚合物施加到模具上并且固化以形成第二膜。第二膜在去除時展示至少150度的水接觸角和小于10度的滾動角。

在最后一個方面，本發明涉及一種超疏水性膜。所述超疏水性膜具有包括多個微米結構的表面。每個微米結構包括多個納米特征，其中這些微米結構和納米特征都是由彈性體材料制成。所述膜具有至少150度的水接觸角和小于10度的滾動角。

附圖說明

圖1是超疏水性膜構造的橫截面視圖。

圖2a-c示出根據本發明的微米結構的多種形狀。

圖3是納米特征化的微米結構的橫截面視圖。

圖4a-d示出用于制造超疏水性膜的工藝。

圖5a-e示出用于制造超疏水性膜的工藝。

圖6a-d提供與測量水接觸角、前進角和后退角有關的小水滴的圖解。

圖7是用于耐久性測試膜的設備。

圖8a-c是超疏水性膜的不同微米結構分布。

具體實施方式

超疏水性膜和表面由于其自清潔的能力而非常合乎多個應用中的需要。一般來講，膜在水接觸角大于140度時可以被視為是“超疏水性”的。超疏水性膜還可以被理解為總體上不可潤濕的，因為水珠在接觸膜時離開膜的表面。這種膜的另一可取的品質可以是低接觸角滯后，即，小水滴的前進接觸角與后退接觸角之間的差值較小。低接觸角滯后或“滾動角”使得水珠更容易地從膜或其他構造的表面滾落。使與結構表面接觸的水形成水珠和另外使形成水珠的水滾落表面的能力的組合使得表面能夠“自清潔”。