超疏油性基材及其形成方法技術

本發明專利技術公開了超疏油性基材（110）及其形成方法。所述方法包括：提供包含玻璃的可激光燒蝕的基材（10），將激光束（122）導向基材表面（12），對其至少一部分進行激光燒蝕，形成相互隔開且具有側壁（233）的微柱（232）。為激光束提供足夠的能量，在所述側壁上形成具有微米級和納米級凹角特征的不規則粗糙表面，所述特征在基材表面涂覆了低表面能涂層（246）的情況下使所述基材表面具有超疏油性。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術一般涉及非浸潤基材，具體涉及。
技術介紹
目前人們對利用表面化學和表面織構化開發非浸潤基材給予很大的關注。排斥水和/或有機流體(例如油)的表面可用于許多應用，所述應用涉及例如微流控技術、微機電系統(MEMS)、微分離、手持式設備、醫療器械、觸摸屏等。 基材的非浸潤特性通常根據置于基材上的小液滴的靜態接觸角分類。若液體為水，則當水的接觸角θ 小于90度時，基材視為親水性的，而當水的接觸角θ 大于90度時，基材視為疏水性的。對油是類似的，當油的接觸角Θ 小于90度時，基材視為親油性的，而當油的接觸角Θ co大于90度時，基材視為疏油性的。可在基材上產生表面粗糙度和形成微結構，使其更具疏水性。此外，因為完全平坦的表面本性親油，所以人們需要利用糙化或微結構化表面使基材具有疏油性。一類特殊的疏水性基材是超疏水性基材，它們的水接觸角Θ >150度。類似的，一類特殊的疏油性基材是超疏油性基材，它們的油接觸角era>i50度。已經證明形成超疏油性基材是困難的，因為油和有機液體的表面張力較低。這導致所述液體侵入大部分類型的糙化或微結構化基材表面的空隙中。遺憾的是，識別和形成使基材具有超疏油性的特殊化基材表面特征是一件耗時長、花費大的事情。
技術實現思路
—方面，本專利技術是一種形成超疏油性表面的方法。所述方法包括提供一種具有表面的可激光燒蝕的基材，所述基材包含玻璃。所述方法還包括將激光束導向所述基材表面，使所述基材表面的至少一部分發生激光燒蝕，形成具有側壁且相互隔開的微柱的陣列，所述方法包括提供具有足夠能量的激光束，在側壁上形成不規則的粗糙表面，所述粗糙表面具有微米級和納米級凹角(re-entrant)特征,所述凹角特征在基材表面涂覆了低表面能涂層的情況下使基材表面具有超疏油性。所述方法還包括在基材表面上涂覆低表面能涂層。另一方面，本專利技術包括上述方法，所述方法還包括在激光燒蝕過程中，從基材表面被激光燒蝕的部分產生碎屑，使所述碎屑沉積并附連在微柱側壁上。另一方面，本專利技術包括上述一種或多種方法，所述方法還包括通過用激光輻射脈沖輻照基材表面來進行激光燒蝕。另一方面，本專利技術包括上述一種或多種方法，所述方法還包括用掃描鏡和F-Θ透鏡將激光脈沖導向基材表面。另一方面，本專利技術包括上述一種或多種方法，所述方法還包括移動激光束和移動基材當中的至少一個步驟。另一方面，本專利技術包括上述一種或多種方法，其中微柱不是圓柱形的。另一方面，本專利技術包括上述一種或多種方法，其中超疏油性基材表面限定以下至少一種接觸角a)水滴的水接觸角θ ，使得115度彡9Cff ^ 180度；以及b)油滴的油接觸角Θ使得75度< Θ< 180度。另一方面,本專利技術包括上述一種或多種方法，其中微柱沒有懸突部(overhang)。另一方面，本專利技術包括上述一種或多種方法，所述方法還包括按一定圖案對基材表面進行激光燒蝕，在基材表面部分形成X-Y網格形式的凹槽。另一方面，本專利技術是一種將基材表面轉化為超疏油性基材表面的方法。所述方法包括提供具有基材表面的基材，所述基材由玻璃形成。所述方法還包括為對基材表面的至 少一部分進行激光燒蝕而選擇一種圖案，其中所述圖案對應于微柱陣列，所述微柱陣列在基材表面涂覆了低表面能涂層的情況下不會使基材表面具有超疏油性。所述方法還包括按照選定的圖案對基材表面進行激光燒蝕，形成具有側壁的實際微柱陣列，同時還從被激光燒蝕的基材部分產生碎屑。所述方法還包括使所述碎屑沉積并附連在微柱上，形成具有側壁的實際微柱陣列，所述側壁具有不規則的粗糙表面，所述不規則的粗糙表面具有微米級和納米級凹角特征，所述凹角特征在基材表面涂覆了低表面能涂層的情況下使基材表面具有超疏油性。所述方法還包括在基材表面上涂覆低表面能涂層。另一方面，本專利技術包括上述表面轉化方法，其中所述基材表面限定了油滴的油接觸角Θ使得75度< Θ< 180度。另一方面，本專利技術包括上述一種或多種表面轉化方法，所述方法還包括通過用激光輻射脈沖輻照基材表面來進行激光燒蝕。另一方面，本專利技術包括上述一種或多種表面轉化方法，所述方法還包括以下至少一個步驟a)用掃描鏡和F- Θ透鏡在基板表面上掃描激光脈沖；以及b)移動基材。另一方面，本專利技術包括上述一種或多種表面轉化方法，其中所述低表面能涂層包含含氟聚合物和氟硅烷中的至少一種。另一方面，本專利技術包括上述一種或多種表面轉化方法，其中超疏油性基材表面還限定了水接觸角，使得115度< θ <180度。另一方面，本專利技術是一種超疏油性基材，其中所述基材具有表面并包含玻璃。所述超疏油性基材包括被激光燒蝕的基材部分，所述被激光燒蝕的基材部分包含在表面中形成、具有側壁并相互隔開的微柱的陣列。所述側壁因激光燒蝕而具有不規則的粗糙表面，所述不規則的粗糙表面具有微米級和納米級凹角特征，所述凹角特征在基材表面涂覆了低表面能涂層的情況下使基材表面具有超疏油性。所述超疏油性基材還包括基材表面上的低表面能涂層。另一方面，本專利技術是上述超疏油性基材，其中所述不規則的粗糙表面包含沉積并附連在側壁上的激光燒蝕碎屑。另一方面，本專利技術是上述超疏油性基材，其中超疏油性基材表面限定以下至少一種接觸角a)水滴的水接觸角Θ Cff,使得115度< Θ < 180度；以及b)油滴的油接觸角Θ c。，使得 75 度< θ ω < 180 度。另一方面，本專利技術是上述超疏油性基材，其中所述低表面能涂層包含含氟聚合物和氟硅烷中的至少一種。另一方面，本專利技術是上述超疏油性基材，其中所述微米級和納米級凹角特征包括所述微柱側壁上的隆起和所述微柱側壁中的凹坑。應理解，前面的一般性描述和以下的詳細描述給出了本專利技術的實施方式，用來提供理解要求保護的本專利技術的性質和特性的總體評述或框架。包括的附圖提供了對本專利技術的進一步的理解，附圖被結合在本說明書中并構成說明書的一部分。附圖以圖示形式說明了本專利技術的各種實施方式，并與說明書一起用來解釋本專利技術的原理和操作。一些附圖呈現了笛卡爾坐標作為參照。附圖說明圖I是具有光滑表面的示例性基材的截面特寫圖，所述基材上形成了液滴； 圖2是示例性基材的等軸測示意圖，其中不平坦的表面通過微柱陣列人工糙化；圖3A和3B是具有微柱的不例性基材的截面特與圖，顯不了文澤爾(Wenzel)狀態(圖3A)和卡西-巴克斯特(Cassie-Baxter)狀態(圖3B)的液滴；圖4A (水)和圖4B (油)以具有圖2所示的微柱陣列的基材為基礎，分別繪出了按照文澤爾和卡西-巴克斯特模型計算得到的接觸角θγ (度)與比例b/a之間的關系；圖5是類似于圖3A和3B的示例性基材的截面特寫圖，顯示了彎月形液體部分侵入柱間空隙，滲入深度為h;圖6繪出了復合狀態的自由能(左軸，虛線)與歸一化滲入深度h/H之間的關系，還繪出了油的相應接觸角Θ (單位為度)(右軸，實線)與歸一化滲入深度之間的關系；圖7A和7B是圖2所示基材表面的截面特寫圖，其中圖7A中的液滴是水，圖7B中的液滴是油；圖8A-8C類似于圖7A，呈現了微柱為倒金字塔形的例子；圖9是本專利技術用來形成超疏油性基材的示例性激光燒蝕系統的示意圖；圖10呈現了以不同的步進距離在基材上掃描激光斑的三個例子(EX1、EX2和EX3)本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：P·馬宗達，R·S·瓦格納，
申請(專利權)人：康寧股份有限公司，
類型：
國別省市：