[發(fā)明專利]全疏性多孔膜及其制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680090566.5
• 申請日: 2016-11-04
• 公開（公告）號(hào): CN110022967A
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王立秋;朱平安
• 申請（專利權(quán)）人: 香港大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D67/00
• 分類號(hào): B01D67/00;C08J9/28
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李連濤;梅黎

形成拒液表面，其中拒液性僅由凹陷表面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生。所述拒液表面是多孔膜，其包含六邊形堆積的微腔，每個(gè)微腔具有位于其頂部的窄開口。所述表面機(jī)械穩(wěn)健，因?yàn)槲⒔Y(jié)構(gòu)以連續(xù)的方式相互連接。制造方法包括產(chǎn)生包含單分散微滴的均勻乳液，將所述乳液沉積在基底上，并通過蒸發(fā)連續(xù)相流體中的溶劑來固化乳液沉積物。

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明大體上涉及拒液固體表面和制造方法。

發(fā)明背景

對水和低表面張力液體具有大于90°的表觀接觸角的全疏性（omniphobic）表面具有極多的潛在應(yīng)用，例如自清潔、化學(xué)屏蔽、不結(jié)垢、水-油分離等。為了獲得全疏性（omniphobicity），即排斥水(疏水性)和排斥油(疏油性)的能力，懸垂或凹陷結(jié)構(gòu)是必需的。凹陷結(jié)構(gòu)防止液體的完全潤濕(Wenzel狀態(tài))，但保留了復(fù)合固體-液體-蒸氣界面(Cassie狀態(tài))。凹陷形貌特征可以是良好控制的或隨機(jī)的。前一種類型包括微峰林、反梯形、微盤、微柱和襯線-T結(jié)構(gòu)，而后者包括膠體顆粒聚集體和電紡絲纖維的沉積物。相比于隨機(jī)結(jié)構(gòu)，良好控制的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以被系統(tǒng)地設(shè)計(jì)和優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)更好的全疏性。表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也顯著地影響表面的機(jī)械耐久性。離散的表面結(jié)構(gòu)(例如柱狀懸垂結(jié)構(gòu))具有非常差的機(jī)械穩(wěn)定性，因?yàn)閹Р蹅?cè)壁的懸垂部分不可避免地產(chǎn)生預(yù)定斷裂點(diǎn)。與此相反，自支撐或連續(xù)結(jié)構(gòu)(例如膠體顆粒聚集體和織物)顯示出改善的機(jī)械耐久性。為了提高表面排斥性在實(shí)際使用中的壽命，具有穩(wěn)健的機(jī)械穩(wěn)定性的良好控制的全疏性表面是優(yōu)選的。

之前的制造技術(shù)已取得相當(dāng)大的進(jìn)展，但仍然非常需要改善來產(chǎn)生用于長期使用的明確限定的表面。基本上，制造技術(shù)被分類為自上而下和自下而上方法。自上而下方法，例如光刻，能夠制造明確限定的表面形態(tài)，但表面機(jī)械穩(wěn)定性差。與此相反，自下而上方法(包括電沉積、靜電紡絲、旋涂、噴涂、溶膠-凝膠合成和模板輔助合成)可以產(chǎn)生具有較好的機(jī)械耐久性的自支撐表面，但表面結(jié)構(gòu)通常是隨機(jī)的。極少數(shù)的方法能夠產(chǎn)生具有明確限定的結(jié)構(gòu)的機(jī)械穩(wěn)定的表面。

發(fā)明概述

本發(fā)明涉及具有導(dǎo)致表面全疏性的凹陷結(jié)構(gòu)的拒水且拒油的多孔表面或多孔膜的新設(shè)計(jì)和制造具有良好控制的表面形態(tài)的表面的微流控乳液模板法。這種形態(tài)呈現(xiàn)出改善的機(jī)械穩(wěn)定性。此外，該制造技術(shù)是簡單、低成本、通用和可規(guī)模放大的。

在本發(fā)明的一些示例性實(shí)施方案中，拒液表面包括具有薄餅狀形狀的六邊形致密堆積（packed）的微腔的多孔膜。每個(gè)微腔在其頂部的中心處具有圓形窄開口。窄開口的尺寸和微腔的尺寸可獨(dú)立地變化。窄開口的尺寸小于微腔，由此在所述表面的頂部產(chǎn)生凹陷結(jié)構(gòu)。微腔的最小幾何角度位于窄開口的邊緣，為接近0°的值。凹陷結(jié)構(gòu)和非常低的幾何角度(≈0°)有助于排斥各種液體，稱為全疏性。因?yàn)槲⑶煌ㄟ^它們的垂直側(cè)壁彼此隔開，所以全疏性表面能夠?qū)崿F(xiàn)可逆的Cassie至Wenzel轉(zhuǎn)變。另外，由于表面的微結(jié)構(gòu)以連續(xù)的方式相互連接，所以改善了表面的機(jī)械穩(wěn)定性。此外，由于表面是自立式的和柔性的，因此所述表面可以被轉(zhuǎn)化成具有各種形狀的物體，同時(shí)保留全疏性。此外，通過選擇合適的材料，可以使所述表面光學(xué)透明和化學(xué)穩(wěn)定。

本發(fā)明涉及一種拒液表面，其包括：包含六邊形堆積的微腔的多孔膜，所述微腔在其頂部的中心處具有窄開口，其中所述窄開口形成導(dǎo)致拒液性的凹陷結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述微腔是薄餅狀形狀。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述表面的微腔是相同的、或50-99％相同、或60-99％相同、或70-99％相同、或80-99％相同、或90％-99％相同。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述微腔是堆積的。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述微腔通過垂直側(cè)壁彼此隔開。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述側(cè)壁的厚度小于所述微腔的半徑。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述微腔的半徑為3微米-600微米，或6微米-300微米，或9微米-200微米。