[发明专利]柔性微结构超疏水材料

说明书

相关申请的相互参引

本申请要求2009年2月17日提交的第61/153,028号美国临时申请、2009年2月17日提交的第61/153,035号美国临时申请和2009年3月24日提交的第61/162,762号美国临时申请的优先权，所述临时申请全部以引用的方式纳入本说明书。

背景技术

本发明属于超疏水材料领域。本发明总体涉及柔性超疏水膜和具有超疏水表面的柔性物体。

材料的糙度改变材料与液体的相互作用方式。图1表示的是莲属植物表面的显微图片，其使用微米尺度和纳米尺度糙度以改变该植物表面上的水滴的形状和行为(W.Barthlott and C.Neinhuis，1997，“Purity of the sacred lotus，or escape from contamination in biological surfaces，”Planta.202：1-8)。莲属植物的表面呈现出超疏水性，其中水滴不能明显润湿其表面且能轻易地滑离其表面。这些特性允许莲属植物的表面可自行净化；即，自由地滑离其表面的水滴吸引并俘获污垢、灰尘和其他碎屑。当水滴从表面掉落时，其带走这些碎屑。

许多专利和专利申请公开了使用与莲属植物表面类似特征的仿生表面。例如，美国专利7,175,723公开了一种用于粘着接触表面的曲面。该曲面特征在于具有直径和长度在50nm和2.0μm之间的多个纳米纤维。

美国专利申请US 2005/0181195公开了具有长度在1nm和200μm之间的多个纳米纤维的超疏水表面。

美国专利申请US 2006/0078724公开了具有超疏水特征的粗糙表面结构。该粗糙表面包括最大高度约100μm的多个微粒。

美国专利申请US 2006/0097361公开了二等分的蜂巢型超疏水聚合物结构。在二等分时，多个微柱单元仍然存在于表面上且长度在0.1和50μm之间，顶端长度在0.01和20μm之间。美国专利申请US2007/0160790还公开了抗液蜂巢型、纤维和针状型薄膜。

美国专利申请US 2007/0231542公开了具有高度为1和500μm之间的多个部件的透明超疏水表面。

美国专利申请US 2007/0259156公开了具有长度小于10mm的凸起微米尺度部件的超疏水管道内衬。

美国专利申请US 2008/0213853公开了具有超疏水微型聚合物膜的磁流设备，该聚合物膜具有微米尺度或纳米尺度表面凹度或纳米尺度结构如直径在1nm和100μm之间的纳米点和纳米线。

国际专利申请WO 2008/035917公开了包括具有多个纳米尺度凸出物的非润湿含氟聚合物材料的超疏水表面内衬流体传输管的形成。

美国专利申请US 2009/0011222公开了老化超过1000小时后保持接触角大于150度的稳定的超疏水表面。该公开的表面包括至少两种粒径以形成疏水表面。

发明内容

本发明描述了柔性微结构薄膜、表面和体系，和制备和使用微结构薄膜、表面和体系的相关方法。还描述了赋予多种物体——如具有任意形状或表面轮廓的物体——超疏水性的方法。为了具体应用，该柔性微结构薄膜包括粘性背衬层，用于将薄膜附着于物体上。本文所描述的部分表面允许通过挠曲选择性地控制表面润湿性，如挠曲表面导致更可润湿的表面、更不可润湿的表面或润湿度不变的表面。本文所描述的柔性微结构薄膜和表面还包括当变形至凹曲度或凸曲度时仍保持其超疏水性的薄膜和表面。

在一个实施方案中，柔性微结构薄膜包括具有多个置于其上的微部件的柔性底材。在一个具体的实施方案中，当柔性底材变形时柔性微结构表面保持超疏水性；例如，变形导致凸曲度和/或凹曲度。在一个实施方案中，柔性微结构表面具有多于两个表面，微部件置于这些表面中的两个或多个之上。在一个实施方案中，柔性微结构表面具有一个或多个曲面，如一个或多个具有多个置于其上的微部件的曲面。在一些实施方案中，柔性底材处于选择的变形状态，如挠曲构型、弯曲构型、压缩构型、膨胀构型和/或拉伸构型。本发明还提供了其中表面润湿性、疏水性和/或亲水性程度通过挠曲、弯曲、膨胀、拉伸或压缩具有多个微部件的柔性底材而可控的超疏水材料。