專利名稱：柔性微結構超疏水材料的制作方法
柔性微結構超疏水材料相關申請的相互參引本申請要求2009年2月17日提交的第61/153，0 號美國臨時申請、2009年2月 17日提交的第61/153，035號美國臨時申請和2009年3月M日提交的第61/162，762號美國臨時申請的優先權，所述臨時申請全部以引用的方式納入本說明書。
背景技術：
本發明屬于超疏水材料領域。本發明總體涉及柔性超疏水膜和具有超疏水表面的柔性物體。材料的糙度改變材料與液體的相互作用方式。圖1表示的是蓮屬植物表面的顯微圖片，其使用微米尺度和納米尺度糙度以改變該植物表面上的水滴的形狀和行為 (W. Barthlott and C. Neinhuis, 1997, "Purity of the sacred lotus, or escape from contamination in biological surfaces，，，Planta. 202 :1-8)。蓮屬植物的表面呈現出超疏水性，其中水滴不能明顯潤濕其表面且能輕易地滑離其表面。這些特性允許蓮屬植物的表面可自行凈化；即，自由地滑離其表面的水滴吸引并俘獲污垢、灰塵和其他碎屑。當水滴從表面掉落時，其帶走這些碎屑。許多專利和專利申請公開了使用與蓮屬植物表面類似特征的仿生表面。例如，美國專利7，175，723公開了一種用于粘著接觸表面的曲面。該曲面特征在于具有直徑和長度在50nm和2. 0 μ m之間的多個納米纖維。美國專利申請US 2005/0181195公開了具有長度在Inm和200 μ m之間的多個納
米纖維的超疏水表面。美國專利申請US 2006/00787M公開了具有超疏水特征的粗糙表面結構。該粗糙表面包括最大高度約100 μ m的多個微粒。美國專利申請US 2006/0097361公開了二等分的蜂巢型超疏水聚合物結構。在二等分時，多個微柱單元仍然存在于表面上且長度在0. 1和50 μ m之間，頂端長度在0. 01和 20 μ m之間。美國專利申請US2007/0160790還公開了抗液蜂巢型、纖維和針狀型薄膜。美國專利申請US 2007/0231542公開了具有高度為1和500 μ m之間的多個部件的透明超疏水表面。美國專利申請US 2007/0259156公開了具有長度小于IOmm的凸起微米尺度部件的超疏水管道內襯。美國專利申請US 2008/0213853公開了具有超疏水微型聚合物膜的磁流設備，該聚合物膜具有微米尺度或納米尺度表面凹度或納米尺度結構如直徑在Inm和100 μ m之間的納米點和納米線。國際專利申請WO 2008/035917公開了包括具有多個納米尺度凸出物的非潤濕含氟聚合物材料的超疏水表面內襯流體傳輸管的形成。美國專利申請US 2009/0011222公開了老化超過1000小時后保持接觸角大于150
度的穩定的超疏水表面。該公開的表面包括至少兩種粒徑以形成疏水表面。
發明內容
本發明描述了柔性微結構薄膜、表面和體系，和制備和使用微結構薄膜、表面和體系的相關方法。還描述了賦予多種物體——如具有任意形狀或表面輪廓的物體——超疏水性的方法。為了具體應用，該柔性微結構薄膜包括粘性背襯層，用于將薄膜附著于物體上。 本文所描述的部分表面允許通過撓曲選擇性地控制表面潤濕性，如撓曲表面導致更可潤濕的表面、更不可潤濕的表面或潤濕度不變的表面。本文所描述的柔性微結構薄膜和表面還包括當變形至凹曲度或凸曲度時仍保持其超疏水性的薄膜和表面。在一個實施方案中，柔性微結構薄膜包括具有多個置于其上的微部件的柔性底材。在一個具體的實施方案中，當柔性底材變形時柔性微結構表面保持超疏水性；例如，變形導致凸曲度和/或凹曲度。在一個實施方案中，柔性微結構表面具有多于兩個表面，微部件置于這些表面中的兩個或多個之上。在一個實施方案中，柔性微結構表面具有一個或多個曲面，如一個或多個具有多個置于其上的微部件的曲面。在一些實施方案中，柔性底材處于選擇的變形狀態，如撓曲構型、彎曲構型、壓縮構型、膨脹構型和/或拉伸構型。本發明還提供了其中表面潤濕性、疏水性和/或親水性程度通過撓曲、彎曲、膨脹、拉伸或壓縮具有多個微部件的柔性底材而可控的超疏水材料。在一些實施方案中，柔性微結構表面是獨立式薄膜；即，沒有附著于另一個物體或結構的薄膜。在實施方案中，柔性微結構薄膜包括一卷薄膜。在實施方案中，柔性微結構薄膜進一步包括在柔性底材表面上所提供的粘結層。在一個實施方案中，例如，薄膜進一步包括薄膜表面上所提供置于含有微部件的表面背面的的粘結層。在一個實施方案中，薄膜包括置于薄膜兩側的微結構。該種膜任選地包括背襯層，例如用于在使用前保護粘結層。具有粘結層的柔性微結構薄膜在例如用于將薄膜附著或并入至物體或結構的一個或多個表面上是很有用的。有用的粘結層包括置于與微部件相對的柔性底材的一側上的那些層，其能夠以不會明顯影響微部件的物理尺寸和/或機械性能的方式將微結構薄膜附著或并入于物體或結構之上或之內。在具體的實施方案中，至少部分底材處于彎曲、撓曲、壓縮、拉伸、膨脹、拉緊和/ 或變形構型。在一個實施方案中，至少部分底材的曲率半徑選自Imm至1，OOOm范圍。在一個實施方案中，至少部分底材壓縮至底材初始尺寸的至100%之間的水平。在一個實施方案中，至少部分底材膨脹或拉伸至底材初始尺寸的100%至500%之間的水平。在一個實施方案中，至少部分底材的應變水平選自-99%至500%范圍。本文還描述了具有微結構表面的物體，如加工制品。在一個實施方案中，加工制品在制品的表面包括多個微部件。在實施方案中，加工制品用作獨立的物體。在其他實施方案中，加工制品并入一個或多個表面之內或之上以賦予該一個或多個表面超疏水性。具體的加工制品包括模塑和/或澆鑄物體如金屬物體、聚合物物體、橡膠物體和可食用物體。在具體的實施方案中，加工制品包括柔性微結構表面，如上所述。例如，在一個實施方案中，加工制品包括具有超疏水表面——優選為具有置于其上的多種微部件的表面——的金屬片。在一些實施方案中，柔性底材具有曲面，如與物體或結構的輪廓相符的表面。在一個實施方案中，例如，具有置于其上的微部件的柔性底材的表面是曲面，如具有一個或多個凹區域和/或凸區域的表面。在一個實施方案中，例如，與具有微部件的表面相對并任選地具有粘結層的柔性底材表面是曲面，如具有一個或多個凹區域和/或凸區域的表面。在其他實施方案中，柔性底材基本上是平面的。在另外其他實施方案中，柔性底材包括基本上是平面的區域和曲面區域結合的表面。在一些實施方案中，微結構表面包括折皺、折疊或非彈性形變區域，其被構造為允許微結構表面與具有折角的物體相符或采用變形形狀。在一些實施方案中，微結構表面可操作地與能夠保持微結構表面的基本恒定的彎曲度和/或程度的結構——如背襯層或施用微結構表面的物體表面——連接。在一些實施方案中，微結構表面可操作地與能夠建立、改變和/或控制薄膜彎曲度和/或程度的結構——如調節器(actuator)——連接。在一些實施方案中，微結構表面包括物體的結構或表面，且其允許在物體的正常操作或使用中撓曲或變形。在一個實施方案中，微部件和柔性底材包括單元體(unitary body)，如具有微部件作為底材的完整組件的整體結構。在一個實施方案中，例如，本發明提供了柔性微結構薄膜，其中微部件是底材本身的一個完整組成部分，其從底材表面延伸出來并任選地具有與底材相同的組成。在一些實施方案中，微部件和柔性底材包括一個物體(如加工部件)的整體組件。本發明包括，例如，具有作為整體結構組件所提供的微部件和柔性底材的物體， 包括加工部件。在一個具體的實施方案中，微部件的尺寸選自IOnm至1000 μ m范圍。在一個實施方案中，例如，微部件的長度、高度、直徑和/或寬度選自IOnm至1000 μ m范圍，對于部分實施方案優選地選自IOnm至IOOym范圍。在一個實施方案中，例如，微部件的間距選自 IOnm至1000 μ m范圍，對于一些應用選自Ιμπι至1000 μ m范圍，對于一些應用選自10 μ m 至ΙΟΟΟμπι范圍。在一個具體的實施方案中，多個微部件具有多峰分布的物理尺寸，例如雙峰分布的高度和/或雙峰分布的直徑和/或雙峰分布的微結構間距。在一個示例的實施方案中， 多個微部件包括第一組的具有第一組尺寸的微部件和第二組的具有第二組尺寸的微部件。 在一個實施方案中，第一組和第二組尺寸是不同的。例如，第一組尺寸選自IOnm至ΙΟμπι 范圍，第二組尺寸選自IOym至IOOOym范圍。本文所描述的用于柔性超疏水薄膜的微部件包括具有任意橫截面形狀的微部件， 例如橫截面形狀包括圓形、橢圓形、三角形、正方形、矩形、多邊形、星形、六邊形、字母、數字、數學符號及其任意組合。橫截面形狀——如本文所使用的——描述了微結構在平行于柔性底材平面的平面中的橫截面形狀。在實施方案中，柔性超疏水表面包括具有預選圖案的微部件。在一個示例的實施方案中，預選圖案是微部件的規則陣列。在另一個實施方案中，預選圖案包括微部件具有第一間距的區域和微部件具有第二間距——例如大于第一間距——的區域。在一個實施方案中，微部件的預選圖案包括具有第一橫截面形狀的微部件區域和具有第二橫截面形狀——例如不同于第一橫截面形狀——的微部件區域。在一個實施方案中，微部件的預選圖案包括具有多個橫截面形狀和/或尺寸的微部件區域。在一個實施方案中，微部件的預選圖案指的是兩種或多種橫截面形狀和/或尺寸的微部件的兩個或多個陣列。在一個具體實施方案中，該兩個或多個陣列并排放置；即，兩個陣列沒有交疊。在另一個具體實施方案中，該兩個或多個陣列交疊放置，并且具有兩種或多種截面形狀和/或尺寸的微部件散布在交疊陣列中。
在一個實施方案中，微部件的預選圖案包括微部件的多種尺寸，例如雙峰或多峰分布的尺寸。在一個示例的實施方案中，微部件的預選圖案包括第一組尺寸選自IOnm至 1 μ m的微部件和第二組尺寸選自1 μ m至100 μ m的微部件。在一個具體的實施方案中，以微米級或納米級準確度和/或精度預選微部件的尺寸、形狀和位置。在某些實施方案中，柔性底材和/或微部件包括尺寸選自1至IOOnm范圍的顆粒。 在一個實施方案中，在柔性底材和/或微部件的表面提供了涂層，例如包括尺寸選自1至 IOOnm范圍的顆粒的涂層。在實施方案中，這些顆粒給柔性底材的表面提供了 nm級別的額外糙度，且對于某些實施方案增強了表面的疏水性和/或改變了表面能。在一些實施方案中，將微部件的預選圖案進行設計從而賦予表面特殊的物理性質。例如，微部件的規則陣列可賦予物體的表面超疏水性。可由微部件的預選圖案調節和賦予的物理特性包括，但不限于疏水性、親水性、自凈能力；流體和/或氣體動力學阻力系數；光學效應如棱鏡效應、比色和方向依賴的顏色改變；觸覺效應；粘著力(grip)；和表面摩擦系數。對于部分實施方案，表面的潤濕性、疏水性和/或親水性是可控的。對于一個實施方案，當柔性底材變形——如通過撓曲、彎曲、膨脹或收縮底材——時表面的潤濕性、疏水性和/或親水性改變。對于另一個實施方案，當柔性底材變形時表面的潤濕性、疏水性和/ 或親水性保持不變。對于又一個實施方案，當柔性底材變形時，對于部分表面而言表面的潤濕性、疏水性和/或親水性保持不變，對于其他表面部分而言表面的潤濕性改變。在一個具體的實施方案中，當柔性底材變形時表面上水滴接觸角改變。在一個具體的實施方案中，當柔性底材變形時表面的水滴接觸角保持不變。在具體的實施方案中，微結構表面上水滴接觸角大于120度，例如大于130、140、 150、160 或 170 度。在一個實施方案中，微結構表面——包括底材和/或置于其上的微部件——包括聚合物。有用的聚合物包括，但不限于PDMS、PMMA、PTFE、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸酯、多芳基化合物、熱塑性塑料、熱塑性彈性體、含氟聚合物、可生物降解聚合物、聚碳酸酯、 聚乙烯、聚酰亞胺、聚苯乙烯、聚乙烯、聚烯烴、硅氧烷、天然橡膠、合成橡膠及其任意組合。在一個實施方案中，微結構表面——包括底材和/或置于其上的微部件——包括金屬。有用的金屬包括任何可模塑、可澆鑄、可模壓和/或可沖壓的金屬或合金。有用的金屬包括，但不限于鋁、鋁合金、鉍、鉍合金、錫、錫合金、鉛、鉛合金、鈦、鈦合金、鐵、鐵合金、 銦、銦合金、金、金合金、銀、銀合金、銅、銅合金、黃銅、鎳、鎳合金、鉬、鉬合金、鈀、鈀合金、 鋅、鋅合金、鎘和鎘合金。在實施方案中，微結構表面是可食用的。例如，微結構表面——包括底材和/或置于其上的微部件——可包括食物和/或糖果。糖果——如本文使用的——包括含有糖或在食品科學領域中已知的糖替代物的可食用物體。食物——如本文使用的——包括意欲供給人類或動物消耗的物體，并包括可食用聚合材料和在食品科學領域已知的其他可食用材料。在一些實施方案中，微結構表面——包括底材和/或置于其上的微部件——包括衍生自動物和/或植物的工業原料，例如包括碳水化合物、纖維素、木質素、糖、蛋白質、纖維、生物聚合物和/或淀粉的材料。示例的植物和/或動物衍生的工業原料包括，但不限
10于紙；紙板；織物，如羊毛、亞麻布、棉花或皮革；生物塑料；固體生物燃料或生物質，如鋸屑、面粉或木炭；和建筑材料，如木材、纖維板、油布、軟木、竹子和硬木。在某些實施方案中，微結構表面包括復合材料。例如，微結構表面——包括底材和 /或置于其上的微部件——可包括兩種或多種不同材料、層和/或組分。在一個實施方案中，微結構表面包括在多個微結構上面和/或之上的涂層。有用的涂料包括，但不限于氟化聚合物、氟化烴、硅烷、硫醇，及其任意組合。在多個實施方案中，微結構表面經歷表面加工步驟。有用的表面加工方法包括，但不限于固化、熱煉、退火、 化學加工、化學涂敷、涂漆、涂敷、等離子體加工及其任意組合。在一個具體實施方案中，微結構表面的微部件是從平版印刷成型模塑復制。在一個實施方案中，微部件直接從平版印刷成型模塑復制(第一代復制品)。在另一個實施方案中，微部件是由具有從平版印刷成型模塑復制的微部件的模具復制(第二代復制品)。在另一個實施方案中，微部件是平板印刷成型母體的第三代或隨后幾代的復制部件。另一方面，提供了用于控制包括具有多個置于其上的微部件的柔性底材的表面的疏水性和/或潤濕性。這方面的方法包括以下步驟(i)提供具有多個置于其上的微部件的柔性底材；(ii)變形該柔性底材從而控制表面的超疏水性。在一個實施方案中，表面是超疏水性表面，如本文所描述的任意超疏水表面。在一個實施方案中，變形柔性底材是通過撓曲柔性底材、彎曲柔性底材、膨脹柔性底材、拉伸柔性底材和/或壓縮柔性底材而實現的。在一個實施方案中，變形柔性底材選擇性地改變至少部分微部件間的間距，例如通過使間距增加或減小選自IOnm至1000 μ m范圍的數值、任選地選自IOOnm至100 μ m范圍的數值。在實施方案中，通過變形具有多個置于其上的微部件的柔性底材從而建立、改變和/或控制除了疏水性之外的一個或多個物理、機械或光學性質和/或疏水性以及其他一個或多個物理、機械或光學性質。在一個實施方案中，例如，光學性質——如反射率、反射光或散射光的波長分布、透明度、透射光的波長分布、折射率或其任意組合——是通過撓曲、 彎曲、膨脹、拉伸和/或收縮具有多個置于其上的微部件的柔性底材進行控制。在一個實施方案中，物理性質，如氣體動力學阻力或流體動力學阻力是通過撓曲、彎曲、膨脹、拉伸和/ 或收縮具有多個置于其上的微部件的柔性底材進行控制。在一個實施方案中，表面的觸覺性質——如表面的觸感——是通過撓曲、彎曲、膨脹、拉伸和/或收縮具有多個置于其上的微部件的柔性底材進行控制。不希望囿于任何具體的理論，這里對本發明的原理的理念或理解進行討論。應認識到不論任何機理解釋或假設的最終正確性，本發明的實施方案仍然可操作并且是有用的。
圖1提供了蓮屬葉片表面的掃描電子顯微鏡圖(W. Barthlott and C. Neinhuis, 1997, "Purity of the sacred lotus, or escape from contamination in biological surfaces, "Planta. 202 :p.1-8)。圖2提供了包括柔性底材和多個微部件的示例性柔性超疏水表面的示意圖。圖3提供了用于制備柔性超疏水表面的示例性方法實施方案的流程圖。
圖4提供了示出表面上液滴接觸角的變化的通過微加工技術糙化的表面的示意圖。圖5提供了處于Wfenzel和Cassie-Baxter狀態的表面上液滴的示意圖。圖6提供了水滴在非微結構表面和微結構表面上的圖像。圖7提供了凸形微結構曲面和在凸形微結構曲面上液滴的示意圖和圖像。圖8提供了凹形微結構曲面和在凹形微結構曲面上液滴的示意圖和圖像。圖9提供了在非微結構和微結構表面上液滴的示意圖。圖10提供了示出凸面和凹面的微部件間距變化的示意圖。圖11提供了示出硅氧烷微柱間距變化的示意圖A)撓曲方向上間距為24.4μπι 的平面PDMS微柱。B)撓曲方向上柱間距自Μ. 4μπι增加至沈.2μπι的+0. 11/mm曲率(預測=25. 5μπι)。C)撓曲方向上柱間距自Μ. 4μπι降低至20. 7μπι的的-0. 22/mm曲率(預測=22. Ιμ )。圖12提供了對于多個微部件高度，表面上處于Cassie-Baxter狀態的液滴的臨界曲率相對于間距的模型。圖13示出甘油液滴在非微結構和微結構PDMS表面上的圖像。圖14示出水和甘油/水的40/60重量混合物液滴在撓曲超疏水表面上的圖像。記錄接觸角(CA)并相對于曲率作圖。圖15提供了示出導致A)水和B)甘油/水的40/60重量混合物液滴在具有不同微結構高度的微結構PDMS表面滑動的傾角隨表面曲率而變化的數據。圖16示出對于直徑為5 μ m間距為8 μ m的柱和初始接觸角θ為100°的液滴的
建模結果。圖17示出Cassie-Baxter和Wenzel狀態間轉換的建模結果。圖18示出向具有不同曲率的微結構PDMS表面所提供的冷卻的液體金屬液滴的圖像。
具體實施例方式通常，本文所使用的術語和短語具有其領域認知的含義，其可參考本領域技術人員已知的標準文本、雜志參考文獻和上下文而查找到。提供以下定義以闡明其在本發明上下文中的具體用途。“超疏水性”指的是材料的性質，其中液體——例如水——不能明顯潤濕材料的表面。在具體實施方案中，超疏水指的是液體接觸角大于120度，例如大于130度、大于140 度、大于150度、大于160度或大于170度的材料。“獨立式”指的是一個物體沒有附著于另一個物體，例如表面或底材。在一個具體的實施方案中，獨立式薄膜包括多層，如柔性聚合物層和粘結層。“單元的”、“單元體”和“整體的”指的是相同材料的單個整體的物體或元件。“微部件”和“微結構”指的是在物體表面上具有平均寬度、深度、長度和/或厚度為100 μ m或更小或選自IOnm至IOOym范圍的部件。“預選圖案”指的是以有組織的、有計劃的或設計好的方式的物體排列。例如微結構的預選圖案可指微結構的有序陣列。在一個實施方案中，預選圖案不是隨機和/或統計圖案。“間距”指的是物體間的間距。間距可指多個物體間的平均間距、物體中心和/或邊緣的間距和/或物體具體部分的間距，例如物體的頂端、點和/或末端。“潤濕性”指的是表面對于液體的親和力。“親水性”指的是表面對于液體的吸引程度。“疏水性”指的是表面對于液體的排斥程度。在一些實施方案中，提及表面的潤濕性、親水性和/或疏水性是與液體在表面上的接觸角有關。術語“可潤濕的”、“親水的”和“親液的”在本文中可替換地使用，指的是小于90度的液體-表面接觸角。術語“不可潤濕的”、 “疏水的”和“疏液的”在本文中可替換地使用，指的是大于90度的液體-表面接觸角。對于一些實施方案，表面的親和力對于不同液體是不同的；在這些實施方案中，表面可同時是疏液的和親液的，取決于所提到的液體。“接觸角”指的是液-氣界面接觸固體時的角度。“柔性”指的是物體以可逆方式變形的能力，使得物體在變形時不受到損害，如具有碎裂、折斷或非彈性變形的損害特征。圖2表示示例性的柔性超疏水表面實施方案200的一部分。在圖2中所示的柔性超疏水表面包括柔性底材201和微部件202。該實施方案的微部件202具有直徑203的圓形橫截面形狀。微部件中心間的間距204和微部件高度205也在圖2中示出。圖3表示一個用于制備柔性超疏水表面的實施方案。該技術從涂有對光或顆粒敏感的光敏聚合物或抗蝕劑(resist) 307的底材306開始。光308通過模板掩模(stencil mask) 309照射至保護層307上，從而可在抗蝕劑上形成微米級或納米級結構。在其他實施方案中，其他種類的電磁波、能量束或粒子用于形成這些微部件或納米部件。在該階段，具有特制的微部件或納米部件負像308的抗蝕劑307可用作模板。底材也可被處理(如用化學蝕刻)以調整微部件。對于一些實施方案，表面用試劑涂敷以簡化或改善隨后的模塑步驟。未固化聚合物309模塑成微部件并通過熱、時間、UV光或其他固化方法進行固化。 當固化聚合物310從底材-抗蝕劑模具上去除時，模具的部件轉移至聚合物309中，并且也是機械柔性的。另一方面，本文提供的是控制表面超疏水性的方法。這方面的方法包括以下步驟 提供超疏水表面；并且使該超疏水表面變形，從而控制表面的超疏水性。在這方面的一個實施方案中，超疏水表面包括具有多個置于其上的微部件的柔性底材。在一個具體實施方案中，該柔性底材包括聚合物。在一個實施方案中，該柔性底材包括金屬。在一個實施方案中，隨著柔性底材變形，相鄰微部件間的間距改變，從而控制薄膜的超疏水性。在一些實施方案中，微結構表面的性質是通過彎曲、撓曲、壓縮、拉伸、膨脹、拉緊和/或變形底材而選擇性地調節。在具體實施方案中，至少部分微結構表面的性質是通過彎曲、撓曲、壓縮、拉伸、膨脹、拉緊和/或變形至少部分底材而選擇性調節。例如，表面的氣體動力學和/或流體動力學阻力可通過彎曲、撓曲、壓縮、拉伸、膨脹、拉緊和/或變形底材而選擇性地調節。在一個實施方案中，表面的潤濕性是通過彎曲、撓曲、壓縮、拉伸、膨脹、 拉緊和/或變形底材而選擇性地調節。在一個實施方案中，表面的光學性質可通過彎曲、撓曲、壓縮、拉伸、膨脹、拉緊和/或變形底材而選擇性地調節。例如，棱鏡效應、方向依賴反射率、方向依賴透射率、反射率、透明度、反射波長分布、散射波長分布、透射波長分布和/或
13表面折射率可通過彎曲、撓曲、壓縮、拉伸、膨脹、拉緊和/或變形底材而選擇性地調節。另一方面，本文提供的是控制表面潤濕性的方法。這方面的方法包括以下步驟提供包括具有多個置于其上的微部件的柔性底材的表面；并使該柔性底材變形，從而控制表面的表面潤濕性。在一個具體的實施方案中，該柔性底材包括聚合物。在這個方面的一個具體方法中，變形柔性底材改變相鄰微部件間的間距。有用的變形包括，但不限于拉伸柔性底材；強制柔性底材采用曲面形狀；和彎曲柔性底材。對于一些實施方案，變形柔性底材增強表面潤濕性。對于一些實施方案，變形柔性底材降低表面潤濕性。對于一些實施方案， 變形柔性底材不改變表面潤濕性。另一方面，本文提供的是使物體表面超疏水化的方法。這方面的方法包括以下步驟提供物體；提供包括具有多個置于其上的微部件的聚合物底材和粘結層的微結構表面；和將該微結構表面施用于物體表面。在一個具體的實施方案中，聚合物底材上的粘結層將微結構表面附著至物體上和/或其置于柔性底材的相對側作為多個微部件。本文所描述的方法用于給任意物體提供微結構表面，例如包括一個或更多曲面的物體。在具體實施方案中，具有微結構表面的有用物體包括，但不限于航空器機翼；船舶； 絕緣效用線；體育用品，如夾具、棒球球棒、高爾夫球棍、足球、籃球；烹飪用具；廚房用具； 洗浴用具如馬桶、水槽、瓷磚、浴盆、浴簾；手持控制器，如用于游戲或設備操作；瓶子；電腦鍵盤；電腦鼠標；珠寶；鞋；帶；雨衣；頭盔；管子，包括內表面和外表面；蠟燭；玻璃罐和罐蓋；食物和糖果；渦輪葉片；泵轉子；散熱器；勛章；窗戶；軟管；冷卻器；輪子。本發明可通過以下非限制性實施例進一步理解。實施例1 柔性微結構和納米結構的超疏水材料該實施例描述了由微結構和納米結構賦予超疏水性的柔性材料。術語超疏水性指的是材料極度防水的性質。在一些著作中已經示出沒有曲率的微結構超疏水材料，其他著作教導讀者怎樣建立剛性彎曲微結構超疏水材料，但是沒有著作將柔性與曲率和微結構超疏水材料結合起來。材料的糙度改變該材料與液體的相互作用方式。圖1表示的是蓮屬植物表面的顯微圖片，其使用微米尺度和納米尺度糙度以改變該植物表面上的水滴的形狀和行為 (W. Barthlott and C. Neinhuis,1997, "Purity of the sacred lotus, or escape from contamination in biological surfaces, "Planta. 202 :1-8^) ^MiliItl
超疏水性，其中水滴不明顯潤濕其表面且能輕易地自該粗糙表面滑落。微加工工具可在微米尺度和納米尺度上糙化材料，其以與蓮屬植物類似的方式增強疏水性，如圖4所示。疏水材料是初始接觸角θ大于90°的材料。如果材料是疏水的則糙化的材料的新接觸角θ *將大于90°。圖5表示的是在微/納米結構材料上可能的兩種不同潤濕狀態Ienzel狀態和 Cassie-Baxter狀態。在Wfenzel狀態中水與固體在谷和峰上都緊密接觸。在Cassie-Baxter 狀態中，水只與峰接觸，在液體和谷間留有氣穴。液滴在Cassie-Baxter表面上滑行比在 Wenzel表面上需要更少的力。如果θ和表面幾何形狀是已知的，則可預測微/納米結構材料的θ *和潤濕狀態。Wenzel公式可用于預測液滴在微或納米結構材料上的新接觸角 cos θ * = r C0s θ，其中r是實際表面積與投影表面積的比值，r = Area實際的/Area投影的。 Cassie-Baxter公式也可用于預測θ * :Cos θ * =-1+Φ (cos θ+1)，其中Φ是液滴處于 Cassie-Baxter狀態時水接觸的面積分數。
為了確定液體是否處于Wfenzel或Cassie-Baxter狀態，可用W^enzel方法再用 Cassie-Baxter方法計算θ \兩個不同的方法將給出兩個不同的預測接觸角。計算出的最小的接觸角是最可能的。如果該接觸角是使用Wenzel公式計算出的，則該液滴最可能處于Wenzel狀態。如果該接觸角是使用Cassie-Baxter公式計算出的，則該液滴最可能處于 Cassie-Baxter圖6顯示的是水滴施用于其上的平面非微結構和微結構材料圖片。在非微結構材料上，液滴的θ是94°，表明該材料是疏水的。當在該疏水材料中形成微結構時，其新的接觸角θ *增加至152°。水滴處于Cassie-Baxter狀態。圖7Α說明微結構材料可撓曲成凸形；圖7Β說明當水滴施用于其上時凸形撓曲的微結構材料保持其超疏水性；圖7C顯示水滴施用于其上的與圖6相同的材料撓曲成凸形的圖片。水滴呈現出與圖6底部所示相似的超疏水特征。當材料撓曲成凸形時，材料的超疏水性可改變潤濕狀態和θ *，因為微結構拉伸開，提高了微結構的有效間距并降低了有效 Φ。有效Φ的降低可導致θ *的增加，且與沒有撓曲的微結構材料相比，其更有可能處于 Wenzel 狀態。圖8Α說明微結構材料可撓曲成凹形；圖8Β說明當水滴施用于其上時凹形撓曲的微結構材料保持其超疏水性；圖8C顯示水滴施用于其上的與圖6相同的材料撓曲成凹形的圖片。水滴呈現出與圖6底部所示相似的超疏水特征。當材料撓曲成凹形時，材料的超疏水性可改變潤濕狀態和θ *，因為微結構的頂部移得更靠近，降低了微結構的有效間距并增加了有效Φ。有效Φ的增加可導致θ *的降低，且與沒有撓曲的微結構材料相比，其更有可能處于Cassie-Baxter狀態。
圖1.蓮葉表面的掃描電子顯微鏡圖。微米和納米尺度糙度改變其表面上水滴的形狀和行為。水和這些表面間的摩擦力大大降低——水滴能輕易地滑落表面。圖4.標準微加工技術可在微米和納米尺度上糙化材料。材料糙度改變材料與液體的相互作用方式。圖5.對于微/納米結構材料，Wenzel狀態和Cassie-Baxter狀態都是可能的。處于Wenzel狀態中，液體與固體的谷和峰都緊密接觸。處于Cassie-Baxter狀態中，液體只接觸峰的頂部。圖6.水在非微結構和微結構材料上的圖片。上在非微結構材料上的水滴。下 在微結構材料上的水滴。微結構疏水材料使得材料更疏水。圖7.柔性微結構材料可撓曲成凸形。圖7A.撓曲成凸形的柔性微結構材料。圖 7B.在撓曲成凸形的柔性微結構材料上的液滴。圖7C.在撓曲成凸形的柔性微結構材料上的液滴的圖片。圖8.柔性微結構材料可撓曲成凹形。圖8A.撓曲成凹形的柔性微結構材料。圖 8B.在撓曲成凹形的柔性微結構材料上的液滴。圖8C.在凹形撓曲的微結構超疏水材料上的水滴的圖片。實施例2 曲率影響柔性硅氧烷微結構表面的超疏水性超疏水性可抑制腐蝕、控制流體流動并減低表面阻力(surface drag) 0表面微結構可通過調節液滴-表面的相互作用而控制表面的疏水性。已發表的關于微結構疏水表面的研究基本上只局限于平坦表面，而許多超疏水性應用要求的是制造曲面上微結構的能力。聚合物中的微加工提供了一條制備微結構超疏水表面的廉價途徑，而聚合物的柔軟性允許彎曲的微結構超疏水表面。該實施例描述了柔性微結構聚合物的曲率如何影響其疏水性。圖9顯示的是接觸角為θ的液滴可與疏水表面相互作用的方式以ffenzel狀態的9 w或以Cassie-Baxter狀態的θ CB。期望實現Cassie-Baxter狀態，因為液滴明顯地更易于移動。任一狀態下，表面微結構的尺寸、形狀和間距都會影響表面液滴狀態。聚合物的撓曲可改變微結構的間距，影響其疏水性。圖10表示當微結構表面撓曲時，微結構-液滴相互作用改變使得表觀間距也改變。正曲率時，液滴與更少的微結構作用，負曲率時，液滴與更多的微結構作用。因此，隨曲率而變，因為柱頂端影響Cassie-Baxter狀態。因此，曲率影響疏水性使得液滴滑動。圖11提供了對于直徑為 25μπι高度為70μπι的PDMS柱，其間距的改變隨曲率而變化的圖像。Α)間距為Μ.4μπι 的平面PDMS微柱。B)使柱間距從Μ.4μπι增加至^.2μπι的+0. 11/mm的正曲率(預測=25. 5 μ m)。C)使柱間距從4 μ m減小至20. 7 μ m的-0. 22/mm的負曲率(預測= 22. 1 μ m)。為了使Cassie-Baxter狀態存在，必須滿足不等式COS θ < (識-1)/(/*-爐),其中爐是柱頂端的面積分數，r是真實表面積與投影表面積的比值。則，Wenzel/Cassie-Baxter轉變的臨界間距為
^ hb cos θρ = 1 + cos 汐
c _ P其中A是微結構頂部的面積，h為微結構的高度，b為微結構的周長，P為平面上的微結構間距。當厚度為t的薄膜以曲率半徑R向薄膜中性軸撓曲時，在撓曲方向的新間距為Pa =P (R+t/2+h) -R^1O圖12表示對于直徑=25 μ m、厚度=0.7mm且θ =112°的微結構， 在不同微結構高度時，臨界表面曲率(1R。)隨P變化的方式。為了試驗性測試撓曲如何影響微結構材料的疏水性，準備厚度為0. 7mm具有一組直徑25 μ m、間距50 μ m且高度70 μ m的柱的聚二甲基硅氧烷(PDMS)板。10 μ 1去離子水和甘油/水的40/60wt混合物在平面PDMS上的接觸角θ為102°和112°。10 μ 1水和甘油/水在平面微結構PDMS上的Θ。Β為147°和152°。圖13顯示與平面PDMS相比，當置于微結構PDMS上時，甘油/水的接觸角增加。圖14顯示PDMS是高度柔軟的且在保持其超疏水性的同時可撓曲成正曲率或負曲率。其還顯示接觸角隨曲率而改變。圖15顯示PDMS撓曲成不同曲率時的實驗結果。10 μ 1水或甘油液滴置于撓曲的 PDMS上，將撓曲的PDMS傾斜一個使液滴滑行的角度0SUDE。當曲率變得更正時，
乎成線性降低。從圖12看出，液滴依然保持Cassie-Baxter狀態直到曲率達到+1. 25/mm, 遠遠超過了實驗最大曲率0. 11/mm。圖16顯示對于直徑為5 μ m、間距為8 μ m的柱和初始接觸角θ為100°的液滴的建模結果。Wenzel狀態的新接觸角θ *隨著柱高度的增加而增加。當柱高度達到8和9μπι之間時，液滴由^fenzel狀態轉變成Cassie-Baxter狀態。圖17表示對于直徑為25 μ m的微柱在Cassie-Baxter狀態和W^enzel狀態間轉變的建模結果。對于固定間距的柱，隨著初始接觸角θ的增加，轉變的臨界高度降低。對于固定的初始接觸角θ，隨著間距的增加，轉變的臨界高度增加。撓曲的微結構PDMS的曲率改變與給定體積液滴相互作用的微柱數目。為了研究柱-液滴相互作用，將25 μ 1市售可得的熔點為47°C的CerroLow金屬熔化、沉積并使其在沒有曲率、+0. 11/mm曲率和-0. 22/mm曲率的70 μ m高的微柱上固化。然后，在掃描電子顯微鏡(SEM)下檢測液滴的來自柱和曲率誘導的幾何形狀的壓痕的大致數目。沿著橢圓接觸線的長軸和短軸計算柱壓痕，橢圓面積公式給出液滴-柱相互作用的大致數目。圖18A)表示在平面PDMS上與大約2730個柱相互作用的液滴，圖18B)表示在正彎曲樣品上與更少的柱Q460)相互作用的液滴，圖18C)表示在負彎曲樣品上與更多的柱(3300)相互作用的液滴·圖18A)也揭示了置于平面PDMS上的液滴突出部分在整個液滴周圍是相等的，而圖18B)顯示置于正彎曲上的液滴的突出部分在不受PDMS彎曲約束的一側上更大。圖18C) 顯示液滴的自然突出部分被負PDMS彎曲阻止。該實施例表明微結構聚合物的撓曲影響疏水特性。這里所提出的臨界曲率約束可用于設計當曲面用微結構聚合物覆蓋以耐腐蝕或控制流體時仍保持Cassie-Baxter狀態的微結構幾何形態。
圖9.停留在固體表面并被氣體包圍的液滴形成了特征接觸角Θ。如果固體表面是粗糙的，且液體與固體粗糙面緊密接觸，則液滴處于Wenzel狀態。如果液體停留在粗糙面的頂部，其處于Cassie-Baxter狀態。圖10.撓曲微結構表面改變微結構的幾何形態。當微結構表面以正曲率撓曲時， 結構間距增加，當其以負曲率撓曲時，間距降低。θ ^隨面積分數識而變。爐隨間距而變，間距隨曲率而變。因此，θ 隨曲率而變。其他疏水性質如滑動必需的力也應隨曲率而變。圖11.示出PDMS柱間距的改變隨曲率而變的圖片。A)間距為24.4μπι的平面 PDMS柱。B)使柱間距從24. 4 μ m增加至26. 2 μ m的正曲率(預測=25. 5 μ m)。C)使柱間距從24. 4 μ m減小至20. 7 μ m的負曲率(預測=22. 1 μ m)。圖12.用于在Cassie-Baxter狀態中的高液滴遷移率的臨界曲率隨微結構間距和高度的變化情況。θ =112°、厚度=0.7謹且直徑=25 μ m。圖13.左在非微結構PDMS上的5 μ 1甘油液滴。右在微結構PDMS上的5 μ 1甘油液滴，如內嵌圖所示。圖14.微結構疏水PDMS可撓曲成正曲率或負曲率。接觸角隨曲率而變。圖15.實驗滑動角隨柔性微結構PDMS的曲率而變。10 μ 1 Α)水和B)甘油/水的40/60wt混合物的液滴。用于h = 7(^111厚度=1.2mm、h =如“！！！厚度=1. 1mm、和h =IOym厚度=0. 8mm的薄膜。PDMS微結構是一組直徑為25 μ m、初始間距為50 μ m的圓形柱。圖18.在PDMS柱頂端固化的25 μ 1金屬液滴的內側。接觸線用黑虛線描出輪廓。 Α)在平面PDMS微柱上固化的液滴。液滴突出部分均勻分布，液滴通過2730個柱懸置。B)
17在正彎曲PDMS微柱上固化的液滴。液滴的突出部分不受正曲率約束，且液滴通過M60個柱懸置(比液滴置于平面PDMS上時更少的柱)。C)在負彎曲PDMS微柱上固化的液滴。突出部分被負曲率阻止，且液滴通過3300個柱懸置(比液滴通過平面或正彎曲PDMS柱懸浮時更多的柱)。參考文獻D.Quere,“ Non-sticking drops,“ Reports on Progress in Physics,vol. 68, pp.2495-2532,2005.A.Shastry,M. J. Case,and K. F. Bohringer, " Engineering surface roughness to manipulate droplets in microfluidic systems, " presented at Micro Electro Mechanical Systems,2005. MEMS 2005.18th IEEE International Conference on,2005.R. N. Wenzel, “ Resistance of Solid Surfaces to Wetting by Water, “ Ind. Eng. Chem.，vol. 28，pp. 988-994，1936.A. B. D. Cassie and S.Baxter, " Wettability of Porous Surfaces, " Trans. Faraday Soc. , vol. 40,pp.546-551,1944.Quere, D. and M. Reyssat, Non-adhesive lotus and other hydrophobic materials. Philosophical Transactions of the Royal Society a—Mathematical Physical and Engineering Sciences,2008. 366(1870) :p.1539-1556.Zhang, X.，et al.，Superhydrophobic surfaces :from structural control to functional application. Journal of Materials Chemistry,2008. 18(6) :p. 621-633.Li, Χ. Μ. , D. Reinhoudt, and M. Crego-Calama, What do we need for asuperhydrophobic surface ？ A review on the recent progress in thepreparation of superhydrophobic surfaces. Chemical Society Reviews, 2007. 36(8) :p. 1350-1368.Li,Y. ,E. J. Lee,and S. 0. Cho,Superhydrophobic coatings on curved surfaces featuring remarkable supporting force. Journal of PhysicalChemistry C, 2007. 111(40) :p. 14813-14817.Lee, D. G. and H. Y. Kim, Impact of a superhydrophobic sphere onto water. Langmuir,2008. 24(1) :p. 142-145.引用與變更的聲明本申請中所有參考文獻，例如包括頒布或授權專利或其等同替換物的專利文件； 專利申請公開文本；和非專利文獻文件或其他原始材料；都借此通過引用的方式全部納入本說明書，如同逐一地通過引用的方式納入，其納入的程度為各參考文獻至少部分地與本說明中的公開內容一致(例如，部分不一致的參考文獻除了部分不一致部分之外通過引用的方式納入本說明書)。2009年2月17日提交的第61/153,0 號美國臨時專利申請‘‘Methods for Fabricating Microstructures” ；2009 年 2 月 17 日提交的第 61/153，035 號美國臨時申 it "Flexible Microstructured Superhydrophobic Materials，，禾口 2009 年 3 月 24 曰提交的第 61/162, 762 號美國臨時申請‘‘Flexible Microstructured Superhydrophobic Materials”，全部以引用的方式納入本說明書，其納入的程度為與本說明書一致。
本說明書中提及的所有專利和公開文本對本發明所屬的領域技術人員具有技術指導性。本文引用的參考文獻均以引用的方式全部納入本說明書以指明其領域狀態——在某些情況下到其提交日期時為止——且其意指這些信息可在本文中采用，如果需要的話， 以排除(例如，放棄)現有技術中的具體實施方案。例如，當一個化合物被要求保護時，應理解為現有技術已知的化合物——包括其中公開的參考文獻(特別是引用的專利文件)中公開的某些化合物——不欲包括在權利要求中。當一組取代物在本文中公開時，理解為該組的所有獨立成員和使用取代物可形成的所有子組和類別都分別地公開。當馬庫什組或其他組在本文中使用時，該組的所有獨立成員和組中所有可能的組合和子組合是獨立地包括在公開文本中。所描述或例證的成分的每個配方或組合可用于實施本發明，除非另作說明。材料的具體名稱為示例性的，因為已知本領域普通技術人員可對相同物質的命名不同。本領域普通技術人員將意識到除了具體的示例的內容之外，方法、裝置元件、原材料和合成方法可在不使用不合適的實驗的情況下用于實施本發明。任意該方法、裝置元件、原材料和合成方法的所有本領域已知的功能等同替換物包括在本發明中。在說明書中給定一個范圍時，例如，溫度范圍、時間范圍或組成范圍，所有中間范圍和子范圍以及包括在給定范圍內的所有獨立數值包括在本公開內容中。如本文所使用的“包含”與“包括”、“含有”或“特征在于”同義，是包括的或開放的且不排除附加的、未敘述的要素或方法步驟。如本文所使用的“由...組成”排除在權利要求部分沒有具體說明的任意要素、步驟或成分。如本文所使用的“基本上由...組成”不排除不會本質上影響權利要求的基本特征和新穎性特征的原料或步驟。在本文中術語“包含”的任何敘述，特別是在組合物組分或裝置元件的說明中，理解為包括基本上由所敘述的組分或元件組成和由所敘述的組分或元件組成的組合物和方法。本文中示例性地描述的本發明可在本文中沒有具體說明的任意一個要素或多個要素、一個限制或多個限制不存在時合適地實施。已使用的術語和表述用于描述而不是限制，且使用該術語和表述并不是為了排除所顯示和描述的特征或其一部分的任意等同替換物，而是應認識到在本發明所要求保護范圍內，多種改變是可能的。因此，應理解，雖然本發明是通過優選的實施方案和任選特征而具體公開，但本領域技術人員可采取本文所公開的概念的改變和變形，且認為該改變和變形是在通過所附權利要求所定義的本發明范圍之內。
權利要求
1.一種柔性微結構表面，其包括具有多個置于其上的微部件的柔性底材，其中至少部分所述底材為彎曲、撓曲、壓縮、拉伸、膨脹和/或拉緊構型。
2.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述表面是超疏水表面。
3.權利要求2的柔性微結構超疏水表面，其中當所述柔性底材變形時仍然保持超疏水性。
4.權利要求2的柔性微結構表面，其中所述表面的超疏水性可通過彎曲、撓曲、壓縮、 拉伸、膨脹、拉緊和/或變形所述底材而選擇性地調整。
5.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述表面是親水性表面。
6.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述表面是導電表面。
7.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述表面具有選自以下的光學效應棱鏡效應、 方向依賴反射率、方向依賴透射率、反射率、透明度、反射波長分布、散射波長分布、透射波長分布、折射率及其任意組合。
8.權利要求7的柔性超疏水表面，其中所述光學效應可通過彎曲、撓曲、壓縮、拉伸、膨脹、拉緊和/或變形底材而選擇性地調整。
9.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述柔性底材具有曲面。
10.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述柔性底材包括聚合物。
11.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述多個微部件包括聚合物。
12.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述柔性底材包括金屬。
13.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述多個微部件包括金屬。
14.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述柔性底材和/或多個微部件包括植物和/ 或動物來源的工業材料。
15.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述柔性底材和/或多個微部件包括食物和/ 或糖果。
16.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述柔性底材和/或多個微部件包括復合材料。
17.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述表面是獨立式薄膜。
18.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述表面是基本平坦的表面。
19.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述微部件和所述柔性底材包括單元體。
20.權利要求1的柔性微結構表面，其包括加工制品。
21.權利要求20的柔性微結構表面，其中所述微部件和所述柔性底材是加工制品的整合組分。
22.權利要求20的柔性微結構表面，其中所述微部件、柔性底材和加工制品包括單元結構。
23.權利要求1的柔性微結構表面，其進一步包括柔性底材上的粘結層。
24.權利要求23的柔性微結構表面，其中所述多個微部件置于底材的一側，粘結層置于底材上多個微部件的相對側。
25.權利要求1或23的柔性微結構表面，其中所述多個微部件置于底材的兩側。
26.權利要求1的柔性微結構表面，其中至少部分所述底材具有凹曲度。
27.權利要求1的柔性微結構表面，其中至少部分底材具有凸曲度。
28.權利要求1的柔性微結構表面，其中至少部分所述底材具有選自Imm至1，OOOm范圍的曲率半徑。
29.權利要求1的柔性微結構表面，其中至少部分所述底材壓縮至底材初始尺寸的和99%之間的水平。
30.權利要求1的柔性微結構表面，其中至少部分所述底材膨脹或拉伸至底材初始尺寸的100%和500%之間的水平。
31.權利要求1的柔性微結構表面，其中至少部分所述底材的應變水平選自-99%至 500%范圍。
32.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述表面的氣體動力學阻力可通過彎曲、撓曲、壓縮、拉伸、膨脹、拉緊和/或變形底材而選擇性地調整。
33.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述表面的流體動力學阻力可通過彎曲、撓曲、壓縮、拉伸、膨脹、拉緊和/或變形底材而選擇性地調整。
34.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述微部件的尺寸選自IOnm至1000μ m范圍。
35.權利要求1的柔性微結構表面，其中微部件的間距選自IOnm至1000μ m范圍。
36.權利要求1的柔性微結構表面，其中微部件的間距可通過彎曲、撓曲、壓縮、拉伸、 膨脹、拉緊和/或變形底材而選擇性地調整。
37.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述微部件具有選自以下的橫截面形狀圓形、橢圓形、三角形、正方形、矩形、多邊形、星形、六邊形、字母、數字、數學符號及其任意組I=I O
38.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述表面的潤濕性可通過彎曲、撓曲、壓縮、拉伸、膨脹、拉緊和/或變形底材而選擇性地調整。
39.權利要求1的柔性微結構表面，其中隨著底材的彎曲、撓曲、壓縮、拉伸、膨脹、拉緊和/或變形，所述表面的潤濕性保持不變。
40.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述表面的水滴表面接觸角可通過彎曲、撓曲、壓縮、拉伸、膨脹、拉緊和/或變形底材而選擇性地調整。
41.權利要求1的柔性微結構表面，其中隨著底材的彎曲、撓曲、壓縮、拉伸、膨脹、拉緊和/或變形，所述表面的水滴表面接觸角保持不變。
42.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述表面的水滴表面接觸角大于120度。
43.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述多個微部件具有雙峰或多峰分布的高度。
44.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述多個微部件包括第一組具有第一組尺寸的微部件和第二組具有第二組尺寸的微部件，其中第一組尺寸不同于第二組尺寸。
45.權利要求44的柔性微結構表面，其中所述第一組尺寸選自IOnm至1μ m范圍，所述第二組尺寸選自Iym至IOOym范圍。
46.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述柔性底材包括選自以下的聚合物PDMS、 PMMA、PTFE、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸酯、多芳基化合物、熱塑性塑料、熱塑性彈性體、 含氟聚合物、可生物降解聚合物、聚碳酸酯、聚乙烯、聚酰亞胺、聚苯乙烯、聚乙烯、天然橡膠、合成橡膠及其任意組合。
47.權利要求1的柔性微結構表面，其進一步包括多個微部件上的涂層。
48.權利要求47的柔性微結構表面，其中所述涂層包括選自以下的材料氟化化合物、氟化烴、氟化聚合物、硅烷、硫醇及其任意組合。
49.權利要求47的柔性微結構表面，其中所述涂層包括尺寸選自1至IOOnm范圍的顆粒。
50.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述柔性底材和/或多個微部件包括尺寸選自 1至IOOnm范圍的顆粒。
51.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述微結構是從平版印刷成型模具復制。
52.權利要求1的柔性微結構表面，其中所述表面是用選自以下的方法加工固化、熱煉、退火、化學加工、化學涂敷、涂漆、涂敷、等離子體加工及其任意組合。
53.一種控制表面超疏水性的方法，所述方法包括以下步驟 提供微結構超疏水表面；和使至少部分該微結構超疏水表面變形，從而控制表面的超疏水性。
54.權利要求53的方法，其中所述微結構超疏水表面包括具有多個置于其上的微部件的柔性底材。
55.權利要求53的方法，其中所述柔性底材包括聚合物。
56.權利要求53的方法，其中所述多個微部件包括聚合物。
57.權利要求53的方法，其中所述柔性底材包括金屬。
58.權利要求53的方法，其中所述多個微部件包括金屬。
59.權利要求53的方法，其中所述柔性底材和/或所述多個微部件包括植物和/或動物來源的工業材料。
60.權利要求53的方法，其中所述柔性底材和/或多個微部件包括食物和/或糖果。
61.權利要求53的方法，其中隨著柔性底材的變形，相鄰微結構間的間距改變，從而控制表面的超疏水性。
62.權利要求53的方法，其中變形是通過撓曲至少部分所述柔性底材而實現的。
63.權利要求53的方法，其中變形是通過彎曲至少部分所述柔性底材而實現的。
64.權利要求53的方法，其中變形是通過拉伸、壓縮或膨脹至少部分所述柔性底材而實現的。
65.權利要求53的方法，其中隨著表面的變形，所述表面的超疏水性保持不變。
66.權利要求53的方法，其中隨著表面的變形，所述表面的超疏水性增強。
67.權利要求53的方法，其中隨著表面的變形，所述表面的超疏水性減弱。
68.權利要求53的方法，其中超疏水表面的變形控制選自以下的表面光學或物理性質反射率、透明度、反射和散射波長分布、透射波長分布、折射率、氣體動力學阻力和流體動力學阻力。
69.權利要求53的方法，其進一步包括用選自以下的方法加工表面的步驟固化、熱煉、退火、化學加工、化學涂敷、涂漆、涂敷、等離子體加工及其任意組合。
70.一種使物體表面超疏水化的方法，所述方法包括以下步驟 提供所述物體；提供包括具有多個置于其上的微部件的柔性底材的超疏水表面；和將所述超疏水表面整合入所述物體表面。
71.權利要求70的方法，其中所述超疏水表面進一步包括粘結層。
72.權利要求70的方法，其中所述粘結層將所述超疏水表面附著至所述物體上。
73.權利要求70的方法，其中所述多個微部件置于底材的一側，所述粘結層置于底材上多個微部件的相對側。
74.權利要求70的方法，其中所述柔性底材包括聚合物。
75.權利要求70的方法，其中所述多個微部件包括聚合物。
76.權利要求70的方法，其中所述物體包括一個或多個曲面。
77.權利要求70的方法，其中所述物體選自飛機組件和絕緣效用線。
78.權利要求70的方法，其中所述柔性底材以撓曲、彎曲、壓縮、膨脹、拉伸和/或拉緊構型提供。
79.權利要求70的方法，其中所述柔性底材和/或多個微部件包括植物和/或動物來源的工業材料。
80.權利要求70的方法，其中所述柔性底材和/或多個微部件包括食物和/或糖果。
81.權利要求70的方法，其中所述柔性底材和/或所述多個微部件包括復合材料。
82.權利要求70的方法，其進一步包括用選自以下的方法加工表面的步驟固化、熱煉、退火、化學加工、化學涂敷、涂漆、涂敷、等離子體加工及其任意組合。
83.—種控制表面潤濕性的方法，所述方法包括以下步驟 提供包括具有多個置于其上的微部件的柔性底材的表面；和使所述柔性底材變形，從而控制表面潤濕性。
84.權利要求83的方法，其中所述柔性底材的變形改變相鄰微部件間的間距。
85.權利要求83的方法，其中所述柔性底材的變形包括拉伸所述柔性底材。
86.權利要求83的方法，其中所述柔性底材的變形包括強制所述柔性底材采用曲面形狀。
87.權利要求83的方法，其中所述柔性底材的變形包括撓曲或彎曲所述柔性底材。
88.權利要求83的方法，其中變形所述柔性底材時，所述表面潤濕性增強。
89.權利要求83的方法，其中變形所述柔性底材時，所述表面潤濕性減弱。
90.權利要求83的方法，其中變形所述柔性底材時，所述表面潤濕性不變。
91.權利要求83的方法，其中所述多個微部件和/或所述柔性底材包括聚合物。
92.權利要求83的方法，其中所述多個微部件和/或所述柔性底材包括金屬。
93.權利要求83的方法，其中所述多個微部件和/或柔性底材包括植物和/或動物來源的工業材料。
94.權利要求83的方法，其中所述多個微部件和/或柔性底材包括食物和/或糖果。
95.權利要求83的方法，其中所述多個微部件和/或柔性底材包括復合材料。
96.權利要求83的方法，其中變形是通過壓縮、拉伸或膨脹所述柔性底材而實現的。
97.權利要求83的方法，其中所述柔性底材的變形控制選自以下的表面光學或物理性質反射率、透明度、反射和散射波長分布、透射波長分布、折射率、氣體動力學阻力和流體動力學阻力。
98.權利要求83的方法，其中所述柔性底材的變形將水滴在表面上的狀態從 Cassie-Baxter狀態變成Wenzel狀態或從Wenzel狀態變成Cassie-Baxter狀態。
99.權利要求83的方法，其中所述柔性底材的變形將表面潤濕性從疏水狀態變成親水狀態或從親水狀態變成疏水狀態。
100.權利要求83的方法,其進一步包括用選自以下的方法加工表面的步驟··固化、熱煉、退火、化學加工、化學涂敷、涂抹、涂敷、等離子體加工及其任意組合。
全文摘要
本發明描述了柔性超疏水薄膜。還描述了用于賦予多種物體——如具有任意形狀或表面輪廓的物體——超疏水性的方法。對于具體應用，該柔性超疏水性薄膜包括粘性背襯層，用于附著薄膜至物體上。本發明所描述的部分薄膜允許通過撓曲該薄膜以選擇性地控制表面潤濕性，例如撓曲該薄膜導致更可潤濕的薄膜、更不可潤濕的薄膜或潤濕性不變的薄膜。本發明所描述的柔性超疏水薄膜還包括當變形至凹曲度或凸曲度時仍保持其超疏水性的薄膜。
文檔編號B32B3/28GK102387915SQ200980156943
公開日2012年3月21日 申請日期2009年5月8日 優先權日2009年2月17日
發明者W·P·金, 安德魯·H·坎農 申請人:伊利諾伊大學評議會