[发明专利]具有液体排斥表面的结构体，喷墨头的喷嘴板，以及清洗结构体和喷嘴板的方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有液体排斥表面的结构体，喷墨头的喷嘴板，以及清洗结构体和喷嘴板的方法，并且更具体地涉及具有凹凸结构、表现出出色的液滴滑落性的超液体排斥表面。

背景技术

已知用于通过化学处理，如用氟树脂或硅氧烷树脂涂布等在固体表面赋予液体排斥性的技术。另一方面，同样已知的是，固体表面的液体排斥性可以通过结构处理，如凹凸结构的形成而改变，并且通过该方法可以获得通过单独的化学处理不能获得的高接触角。尤其是，表现出不小于150°的接触角的表面被称为超疏水表面或超液体排斥表面。

日本专利申请公布号07-197017描述了一种固体，所述固体具有使用烷基酮二聚体和二烷基酮作为低表面张力的材料形成为具有5以上的表面积放大系数的分形结构的液体排斥表面。

日本专利申请公布号2006-182014描述了一种液体排斥增强结构，所述增强结构通过使形成在基板上的孔穴的内壁与基板的厚度方向基本上平行(α＜126°)，以使得空气泡填充液滴下方的孔穴，从而即使对在光滑表面上具有不大于90°的接触角的液体也能够增加接触角。

“设计超疏油表面(Designing Superoleophobic Surfaces)”(Anish Tuteja等，Science 318，1618(2007))描述了采用凹陷结构以使得即使对于在光滑表面上具有不大于90°的接触角的液体(例如，辛烷)也能够赋予高液体排斥性。

发明内容

近年来，在多个工程领域，如建筑和机械运输，在静态液体排斥性之上，还需要容易地移除附着液滴的能力，并且因此寻求动态液体排斥性如液滴滑落性。在喷墨技术的情况下，同样需要移除附着于喷嘴面的墨，并且动态液体排斥性是重要的参数。

日本专利申请公布号07-197017中描述的结构针对在光滑表面上具有不小于90°的接触角的液体，并且未被用于对于在光滑表面上具有小于90°的接触角的液体获得液体排斥性。此外，未研究液滴滑落性。日本专利申请公布号2006-182014也未研究液滴滑落性。

至于“设计超疏水表面(Designing Superoleophobic Surfaces)”中描述的表面结构，虽然未直接涉及液滴滑落性，作为前进与后退接触角之间的差别并且是液滴滑落性的一个指示的接触角滞后极低，并且该结构被认为具有高液滴滑落性。然而，在液滴尺寸类似于或小于凸部之间的空隙的尺寸的情况下，或在任意类型的外部力作用在液滴上的情况下，液滴可以进入凹部。如果液体进入凹部，那么超液体排斥性丧失，并且在凹陷结构的情况下，难以移除凹部内的液滴。尤其是，在将该结构在喷墨头的喷嘴板中使用的情况下，墨雾可以容易地进入凹部，从而液体排斥性和液滴滑落性容易变差，并且这些性质不能容易地恢复。

考虑到这些情形从而做出本发明，其目的是提供具有液体排斥表面的结构体和包括所述结构体的喷墨头的喷嘴板，它们具有出色的液体排斥性和液滴滑落性，并且在丧失高液体排斥性和液滴滑落性的情况下可以通过清洗而恢复，并且提供清洗结构体和喷嘴板的方法。

为了实现上述目的，本发明涉及具有对液体表现出排斥性的液体排斥表面的结构体，所述结构体包括：基板，所述基板具有基体表面；以及多个凸部，所述多个凸部排列在基板的基体表面上，其中：凸部具有特征角，所述特征角被定义为每个凸部的侧面和与侧面相交并且平行于基体表面的平面之间的角度，该角度在侧面上的凸部内侧并且在平面上的基体表面一侧取得；并且所述凸部的所述特征角小于90°并且小于参考角，所述参考角作为液体相对于参考面的静态接触角单独地确定，所述参考面是光滑的并且具有与每个凸部的侧面的化学状态等同的化学状态。

根据本发明的这个方面，凸部的特征角小于90°，所述特征角定义为每个凸部的侧面和与侧面相交并且平行于基体表面的平面之间的角度，所述角度在侧面上的凸部内侧并且在平面上的基体表面一侧取得，换言之，凸部具有倒锥形形状。此外，特征角小于参考角，所述参考角作为液体相对于光滑并且具有与每个凸部的侧面的化学状态等同的化学状态的参考面的静态接触角单独地确定。因此，当液滴沉积在结构体上时，可以使凹部内侧的液体表面形状成为超向凹部内侧的凸面。因此，可以通过拉普拉斯压力将液体从凹部斥离，并且可以获得液体排斥性。此外，因为可以减小液体与液体排斥表面之间的接触面积，那么可以减小粘附能，并且可以将液体以小滑落角移除。

这里，“液体在光滑表面上的静态接触角”意指在具有不大于5nm的粗糙度平均值(Ra)的光滑表面上测量的液体的静态接触角。