CN102387915A - 柔性微结构超疏水材料 - Google Patents

Abstract

本发明描述了柔性超疏水薄膜。还描述了用于赋予多种物体——如具有任意形状或表面轮廓的物体——超疏水性的方法。对于具体应用，该柔性超疏水性薄膜包括粘性背衬层，用于附着薄膜至物体上。本发明所描述的部分薄膜允许通过挠曲该薄膜以选择性地控制表面润湿性，例如挠曲该薄膜导致更可润湿的薄膜、更不可润湿的薄膜或润湿性不变的薄膜。本发明所描述的柔性超疏水薄膜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。

Description

柔性微结构超疏水材料

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 ofthe 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。

在一些实施方案中，柔性微结构表面是独立式薄膜；即，没有附着于另一个物体或结构的薄膜。在实施方案中，柔性微结构薄膜包括一卷薄膜。在实施方案中，柔性微结构薄膜进一步包括在柔性底材表面上所提供的粘结层。在一个实施方案中，例如，薄膜进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结层。在一个实施方案中，薄膜包括置于薄膜两侧的微结构。该种膜任选地包括背衬层，例如用于在使用前保护粘结层。具有粘结层的柔性微结构薄膜在例如用于将薄膜附着或并入至物体或结构的一个或多个表面上是很有用的。有用的粘结层包括置于与微部件相对的柔性底材的一侧上的那些层，其能够以不会明显影响微部件的物理尺寸和/或机械性能的方式将微结构薄膜附着或并入于物体或结构之上或之内。

在具体的实施方案中，至少部分底材处于弯曲、挠曲、压缩、拉伸、膨胀、拉紧和/或变形构型。在一个实施方案中，至少部分底材的曲率半径选自1mm至1,000m范围。在一个实施方案中，至少部分底材压缩至底材初始尺寸的1％至100％之间的水平。在一个实施方案中，至少部分底材膨胀或拉伸至底材初始尺寸的100％至500％之间的水平。在一个实施方案中，至少部分底材的应变水平选自-99％至500％范围。

本文还描述了具有微结构表面的物体，如加工制品。在一个实施方案中，加工制品在制品的表面包括多个微部件。在实施方案中，加工制品用作独立的物体。在其他实施方案中，加工制品并入一个或多个表面之内或之上以赋予该一个或多个表面超疏水性。具体的加工制品包括模塑和/或浇铸物体如金属物体、聚合物物体、橡胶物体和可食用物体。在具体的实施方案中，加工制品包括柔性微结构表面，如上所述。例如，在一个实施方案中，加工制品包括具有超疏水表面——优选为具有置于其上的多种微部件的表面——的金属片。

在一些实施方案中，柔性底材具有曲面，如与物体或结构的轮廓相符的表面。在一个实施方案中，例如，具有置于其上的微部件的柔性底材的表面是曲面，如具有一个或多个凹区域和/或凸区域的表面。在一个实施方案中，例如，与具有微部件的表面相对并任选地具有粘结层的柔性底材表面是曲面，如具有一个或多个凹区域和/或凸区域的表面。在其他实施方案中，柔性底材基本上是平面的。在另外其他实施方案中，柔性底材包括基本上是平面的区域和曲面区域结合的表面。在一些实施方案中，微结构表面包括折皱、折叠或非弹性形变区域，其被构造为允许微结构表面与具有折角的物体相符或采用变形形状。

在一些实施方案中，微结构表面可操作地与能够保持微结构表面的基本恒定的弯曲度和/或程度的结构——如背衬层或施用微结构表面的物体表面——连接。在一些实施方案中，微结构表面可操作地与能够建立、改变和/或控制薄膜弯曲度和/或程度的结构——如调节器(actuator)——连接。在一些实施方案中，微结构表面包括物体的结构或表面，且其允许在物体的正常操作或使用中挠曲或变形。

在一个实施方案中，微部件和柔性底材包括单元体(unitary body)，如具有微部件作为底材的完整组件的整体结构。在一个实施方案中，例如，本发明提供了柔性微结构薄膜，其中微部件是底材本身的一个完整组成部分，其从底材表面延伸出来并任选地具有与底材相同的组成。在一些实施方案中，微部件和柔性底材包括一个物体(如加工部件)的整体组件。本发明包括，例如，具有作为整体结构组件所提供的微部件和柔性底材的物体，包括加工部件。

在一个具体的实施方案中，微部件的尺寸选自10nm至1000μm范围。在一个实施方案中，例如，微部件的长度、高度、直径和/或宽度选自10nm至1000μm范围，对于部分实施方案优选地选自10nm至100μm范围。在一个实施方案中，例如，微部件的间距选自10nm至1000μm范围，对于一些应用选自1μm至1000μm范围，对于一些应用选自10μm至1000μm范围。

在一个具体的实施方案中，多个微部件具有多峰分布的物理尺寸，例如双峰分布的高度和/或双峰分布的直径和/或双峰分布的微结构间距。在一个示例的实施方案中，多个微部件包括第一组的具有第一组尺寸的微部件和第二组的具有第二组尺寸的微部件。在一个实施方案中，第一组和第二组尺寸是不同的。例如，第一组尺寸选自10nm至10μm范围，第二组尺寸选自10μm至1000μm范围。

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横截面形状的微部件，例如横截面形状包括圆形、椭圆形、三角形、正方形、矩形、多边形、星形、六边形、字母、数字、数学符号及其任意组合。横截面形状——如本文所使用的——描述了微结构在平行于柔性底材平面的平面中的横截面形状。

在实施方案中，柔性超疏水表面包括具有预选图案的微部件。在一个示例的实施方案中，预选图案是微部件的规则阵列。在另一个实施方案中，预选图案包括微部件具有第一间距的区域和微部件具有第二间距——例如大于第一间距——的区域。

在一个实施方案中，微部件的预选图案包括具有第一横截面形状的微部件区域和具有第二横截面形状——例如不同于第一横截面形状——的微部件区域。在一个实施方案中，微部件的预选图案包括具有多个横截面形状和/或尺寸的微部件区域。在一个实施方案中，微部件的预选图案指的是两种或多种横截面形状和/或尺寸的微部件的两个或多个阵列。在一个具体实施方案中，该两个或多个阵列并排放置；即，两个阵列没有交叠。在另一个具体实施方案中，该两个或多个阵列交叠放置，并且具有两种或多种截面形状和/或尺寸的微部件散布在交叠阵列中。

在一个实施方案中，微部件的预选图案包括微部件的多种尺寸，例如双峰或多峰分布的尺寸。在一个示例的实施方案中，微部件的预选图案包括第一组尺寸选自10nm至1μm的微部件和第二组尺寸选自1μm至100μm的微部件。在一个具体的实施方案中，以微米级或纳米级准确度和/或精度预选微部件的尺寸、形状和位置。

在某些实施方案中，柔性底材和/或微部件包括尺寸选自1至100nm范围的颗粒。在一个实施方案中，在柔性底材和/或微部件的表面提供了涂层，例如包括尺寸选自1至100nm范围的颗粒的涂层。在实施方案中，这些颗粒给柔性底材的表面提供了nm级别的额外糙度，且对于某些实施方案增强了表面的疏水性和/或改变了表面能。

在一些实施方案中，将微部件的预选图案进行设计从而赋予表面特殊的物理性质。例如，微部件的规则阵列可赋予物体的表面超疏水性。可由微部件的预选图案调节和赋予的物理特性包括，但不限于：疏水性、亲水性、自净能力；流体和/或气体动力学阻力系数；光学效应如棱镜效应、比色和方向依赖的颜色改变；触觉效应；粘着力(grip)；和表面摩擦系数。

对于部分实施方案，表面的润湿性、疏水性和/或亲水性是可控的。对于一个实施方案，当柔性底材变形——如通过挠曲、弯曲、膨胀或收缩底材——时表面的润湿性、疏水性和/或亲水性改变。对于另一个实施方案，当柔性底材变形时表面的润湿性、疏水性和/或亲水性保持不变。对于又一个实施方案，当柔性底材变形时，对于部分表面而言表面的润湿性、疏水性和/或亲水性保持不变，对于其他表面部分而言表面的润湿性改变。在一个具体的实施方案中，当柔性底材变形时表面上水滴接触角改变。在一个具体的实施方案中，当柔性底材变形时表面的水滴接触角保持不变。

在具体的实施方案中，微结构表面上水滴接触角大于120度，例如大于130、140、150、160或170度。

在一个实施方案中，微结构表面——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、热塑性塑料、热塑性弹性体、含氟聚合物、可生物降解聚合物、聚碳酸酯、聚乙烯、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚乙烯、聚烯烃、硅氧烷、天然橡胶、合成橡胶及其任意组合。

在一个实施方案中，微结构表面——包括底材和/或置于其上的微部件——包括金属。有用的金属包括任何可模塑、可浇铸、可模压和/或可冲压的金属或合金。有用的金属包括，但不限于：铝、铝合金、铋、铋合金、锡、锡合金、铅、铅合金、钛、钛合金、铁、铁合金、铟、铟合金、金、金合金、银、银合金、铜、铜合金、黄铜、镍、镍合金、铂、铂合金、钯、钯合金、锌、锌合金、镉和镉合金。

在实施方案中，微结构表面是可食用的。例如，微结构表面——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学领域中已知的糖替代物的可食用物体。食物——如本文使用的——包括意欲供给人类或动物消耗的物体，并包括可食用聚合材料和在食品科学领域已知的其他可食用材料。

在一些实施方案中，微结构表面——包括底材和/或置于其上的微部件——包括衍生自动物和/或植物的工业原料，例如包括碳水化合物、纤维素、木质素、糖、蛋白质、纤维、生物聚合物和/或淀粉的材料。示例的植物和/或动物衍生的工业原料包括，但不限于：纸；纸板；织物，如羊毛、亚麻布、棉花或皮革；生物塑料；固体生物燃料或生物质，如锯屑、面粉或木炭；和建筑材料，如木材、纤维板、油布、软木、竹子和硬木。

在某些实施方案中，微结构表面包括复合材料。例如，微结构表面——包括底材和/或置于其上的微部件——可包括两种或多种不同材料、层和/或组分。

在一个实施方案中，微结构表面包括在多个微结构上面和/或之上的涂层。有用的涂料包括，但不限于：氟化聚合物、氟化烃、硅烷、硫醇，及其任意组合。在多个实施方案中，微结构表面经历表面加工步骤。有用的表面加工方法包括，但不限于：固化、热炼、退火、化学加工、化学涂敷、涂漆、涂敷、等离子体加工及其任意组合。

在一个具体实施方案中，微结构表面的微部件是从平版印刷成型模塑复制。在一个实施方案中，微部件直接从平版印刷成型模塑复制(第一代复制品)。在另一个实施方案中，微部件是由具有从平版印刷成型模塑复制的微部件的模具复制(第二代复制品)。在另一个实施方案中，微部件是平板印刷成型母体的第三代或随后几代的复制部件。

另一方面，提供了用于控制包括具有多个置于其上的微部件的柔性底材的表面的疏水性和/或润湿性。这方面的方法包括以下步骤：(i)提供具有多个置于其上的微部件的柔性底材；(ii)变形该柔性底材从而控制表面的超疏水性。在一个实施方案中，表面是超疏水性表面，如本文所描述的任意超疏水表面。在一个实施方案中，变形柔性底材是通过挠曲柔性底材、弯曲柔性底材、膨胀柔性底材、拉伸柔性底材和/或压缩柔性底材而实现的。在一个实施方案中，变形柔性底材选择性地改变至少部分微部件间的间距，例如通过使间距增加或减小选自10nm至1000μm范围的数值、任选地选自100nm至100μm范围的数值。

在实施方案中，通过变形具有多个置于其上的微部件的柔性底材从而建立、改变和/或控制除了疏水性之外的一个或多个物理、机械或光学性质和/或疏水性以及其他一个或多个物理、机械或光学性质。在一个实施方案中，例如，光学性质——如反射率、反射光或散射光的波长分布、透明度、透射光的波长分布、折射率或其任意组合——是通过挠曲、弯曲、膨胀、拉伸和/或收缩具有多个置于其上的微部件的柔性底材进行控制。在一个实施方案中，物理性质，如气体动力学阻力或流体动力学阻力是通过挠曲、弯曲、膨胀、拉伸和/或收缩具有多个置于其上的微部件的柔性底材进行控制。在一个实施方案中，表面的触觉性质——如表面的触感——是通过挠曲、弯曲、膨胀、拉伸和/或收缩具有多个置于其上的微部件的柔性底材进行控制。

不希望囿于任何具体的理论，这里对本发明的原理的理念或理解进行讨论。应认识到不论任何机理解释或假设的最终正确性，本发明的实施方案仍然可操作并且是有用的。

附图说明

图1提供了莲属叶片表面的扫描电子显微镜图(W.Barthlott and C.Neinhuis，1997，“Purity of the sacred lotus，or escape from contaminationin biological surfaces，”Planta.202：p.1-8)。

图2提供了包括柔性底材和多个微部件的示例性柔性超疏水表面的示意图。

图3提供了用于制备柔性超疏水表面的示例性方法实施方案的流程图。

图4提供了示出表面上液滴接触角的变化的通过微加工技术糙化的表面的示意图。

图5提供了处于Wenzel和Cassie-Baxter状态的表面上液滴的示意图。

图6提供了水滴在非微结构表面和微结构表面上的图像。

图7提供了凸形微结构曲面和在凸形微结构曲面上液滴的示意图和图像。

图8提供了凹形微结构曲面和在凹形微结构曲面上液滴的示意图和图像。

图9提供了在非微结构和微结构表面上液滴的示意图。

图10提供了示出凸面和凹面的微部件间距变化的示意图。

图11提供了示出硅氧烷微柱间距变化的示意图：A)挠曲方向上间距为24.4μm的平面PDMS微柱。B)挠曲方向上柱间距自24.4μm增加至26.2μm的+0.11/mm曲率(预测＝25.5μm)。C)挠曲方向上柱间距自24.4μm降低至20.7μm的的-0.22/mm曲率(预测＝22.1μm)。

图12提供了对于多个微部件高度，表面上处于Cassie-Baxter状态的液滴的临界曲率相对于间距的模型。

图13示出甘油液滴在非微结构和微结构PDMS表面上的图像。

图14示出水和甘油/水的40/60重量混合物液滴在挠曲超疏水表面上的图像。记录接触角(CA)并相对于曲率作图。

图15提供了示出导致A)水和B)甘油/水的40/60重量混合物液滴在具有不同微结构高度的微结构PDMS表面滑动的倾角随表面曲率而变化的数据。

图16示出对于直径为5μm间距为8μm的柱和初始接触角θ为100°的液滴的建模结果。

图17示出Cassie-Baxter和Wenzel状态间转换的建模结果。

图18示出向具有不同曲率的微结构PDMS表面所提供的冷却的液体金属液滴的图像。

具体实施方式

通常，本文所使用的术语和短语具有其领域认知的含义，其可参考本领域技术人员已知的标准文本、杂志参考文献和上下文而查找到。提供以下定义以阐明其在本发明上下文中的具体用途。

“超疏水性”指的是材料的性质，其中液体——例如水——不能明显润湿材料的表面。在具体实施方案中，超疏水指的是液体接触角大于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。

“独立式”指的是一个物体没有附着于另一个物体，例如表面或底材。在一个具体的实施方案中，独立式薄膜包括多层，如柔性聚合物层和粘结层。

“单元的”、“单元体”和“整体的”指的是相同材料的单个整体的物体或元件。

“微部件”和“微结构”指的是在物体表面上具有平均宽度、深度、长度和/或厚度为100μm或更小或选自10nm至100μm范围的部件。

“预选图案”指的是以有组织的、有计划的或设计好的方式的物体排列。例如微结构的预选图案可指微结构的有序阵列。在一个实施方案中，预选图案不是随机和/或统计图案。

“间距”指的是物体间的间距。间距可指多个物体间的平均间距、物体中心和/或边缘的间距和/或物体具体部分的间距，例如物体的顶端、点和/或末端。

“润湿性”指的是表面对于液体的亲和力。“亲水性”指的是表面对于液体的吸引程度。“疏水性”指的是表面对于液体的排斥程度。在一些实施方案中，提及表面的润湿性、亲水性和/或疏水性是与液体在表面上的接触角有关。术语“可润湿的”、“亲水的”和“亲液的”在本文中可替换地使用，指的是小于90度的液体-表面接触角。术语“不可润湿的”、“疏水的”和“疏液的”在本文中可替换地使用，指的是大于90度的液体-表面接触角。对于一些实施方案，表面的亲和力对于不同液体是不同的；在这些实施方案中，表面可同时是疏液的和亲液的，取决于所提到的液体。

“接触角”指的是液-气界面接触固体时的角度。

“柔性”指的是物体以可逆方式变形的能力，使得物体在变形时不受到损害，如具有碎裂、折断或非弹性变形的损害特征。

图2表示示例性的柔性超疏水表面实施方案200的一部分。在图2中所示的柔性超疏水表面包括柔性底材201和微部件202。该实施方案的微部件202具有直径203的圆形横截面形状。微部件中心间的间距204和微部件高度205也在图2中示出。

图3表示一个用于制备柔性超疏水表面的实施方案。该技术从涂有对光或颗粒敏感的光敏聚合物或抗蚀剂(resist)307的底材306开始。光308通过模板掩模(stencil mask)309照射至保护层307上，从而可在抗蚀剂上形成微米级或纳米级结构。在其他实施方案中，其他种类的电磁波、能量束或粒子用于形成这些微部件或纳米部件。

在该阶段，具有特制的微部件或纳米部件负像308的抗蚀剂307可用作模板。底材也可被处理(如用化学蚀刻)以调整微部件。对于一些实施方案，表面用试剂涂敷以简化或改善随后的模塑步骤。

未固化聚合物309模塑成微部件并通过热、时间、UV光或其他固化方法进行固化。当固化聚合物310从底材-抗蚀剂模具上去除时，模具的部件转移至聚合物309中，并且也是机械柔性的。

另一方面，本文提供的是控制表面超疏水性的方法。这方面的方法包括以下步骤：提供超疏水表面；并且使该超疏水表面变形，从而控制表面的超疏水性。在这方面的一个实施方案中，超疏水表面包括具有多个置于其上的微部件的柔性底材。在一个具体实施方案中，该柔性底材包括聚合物。在一个实施方案中，该柔性底材包括金属。

在一个实施方案中，随着柔性底材变形，相邻微部件间的间距改变，从而控制薄膜的超疏水性。在一些实施方案中，微结构表面的性质是通过弯曲、挠曲、压缩、拉伸、膨胀、拉紧和/或变形底材而选择性地调节。在具体实施方案中，至少部分微结构表面的性质是通过弯曲、挠曲、压缩、拉伸、膨胀、拉紧和/或变形至少部分底材而选择性调节。例如，表面的气体动力学和/或流体动力学阻力可通过弯曲、挠曲、压缩、拉伸、膨胀、拉紧和/或变形底材而选择性地调节。在一个实施方案中，表面的润湿性是通过弯曲、挠曲、压缩、拉伸、膨胀、拉紧和/或变形底材而选择性地调节。在一个实施方案中，表面的光学性质可通过弯曲、挠曲、压缩、拉伸、膨胀、拉紧和/或变形底材而选择性地调节。例如，棱镜效应、方向依赖反射率、方向依赖透射率、反射率、透明度、反射波长分布、散射波长分布、透射波长分布和/或表面折射率可通过弯曲、挠曲、压缩、拉伸、膨胀、拉紧和/或变形底材而选择性地调节。

另一方面，本文提供的是控制表面润湿性的方法。这方面的方法包括以下步骤：提供包括具有多个置于其上的微部件的柔性底材的表面；并使该柔性底材变形，从而控制表面的表面润湿性。在一个具体的实施方案中，该柔性底材包括聚合物。在这个方面的一个具体方法中，变形柔性底材改变相邻微部件间的间距。有用的变形包括，但不限于：拉伸柔性底材；强制柔性底材采用曲面形状；和弯曲柔性底材。对于一些实施方案，变形柔性底材增强表面润湿性。对于一些实施方案，变形柔性底材降低表面润湿性。对于一些实施方案，变形柔性底材不改变表面润湿性。

另一方面，本文提供的是使物体表面超疏水化的方法。这方面的方法包括以下步骤：提供物体；提供包括具有多个置于其上的微部件的聚合物底材和粘结层的微结构表面；和将该微结构表面施用于物体表面。在一个具体的实施方案中，聚合物底材上的粘结层将微结构表面附着至物体上和/或其置于柔性底材的相对侧作为多个微部件。

本文所描述的方法用于给任意物体提供微结构表面，例如包括一个或更多曲面的物体。在具体实施方案中，具有微结构表面的有用物体包括，但不限于：航空器机翼；船舶；绝缘效用线；体育用品，如夹具、棒球球棒、高尔夫球棍、足球、篮球；烹饪用具；厨房用具；洗浴用具如马桶、水槽、瓷砖、浴盆、浴帘；手持控制器，如用于游戏或设备操作；瓶子；电脑键盘；电脑鼠标；珠宝；鞋；带；雨衣；头盔；管子，包括内表面和外表面；蜡烛；玻璃罐和罐盖；食物和糖果；涡轮叶片；泵转子；散热器；勋章；窗户；软管；冷却器；轮子。

本发明可通过以下非限制性实施例进一步理解。

实施例1：柔性微结构和纳米结构的超疏水材料

该实施例描述了由微结构和纳米结构赋予超疏水性的柔性材料。术语超疏水性指的是材料极度防水的性质。在一些著作中已经示出没有曲率的微结构超疏水材料，其他著作教导读者怎样建立刚性弯曲微结构超疏水材料，但是没有著作将柔性与曲率和微结构超疏水材料结合起来。

材料的糙度改变该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，“Purityof the sacred lotus，or escape from contamination in biological surfaces，”Planta.202：1-8页)。莲属植物的表面呈现出超疏水性，其中水滴不明显润湿其表面且能轻易地自该粗糙表面滑落。微加工工具可在微米尺度和纳米尺度上糙化材料，其以与莲属植物类似的方式增强疏水性，如图4所示。疏水材料是初始接触角θ大于90°的材料。如果材料是疏水的则糙化的材料的新接触角θ^＊将大于90°。图5表示的是在微/纳米结构材料上可能的两种不同润湿状态：Wenzel状态和Cassie-Baxter状态。在Wenzel状态中水与固体在谷和峰上都紧密接触。在Cassie-Baxter状态中，水只与峰接触，在液体和谷间留有气穴。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和表面几何形状是已知的，则可预测微/纳米结构材料的θ^＊和润湿状态。Wenzel公式可用于预测液滴在微或纳米结构材料上的新接触角：cosθ^＊＝r cosθ，其中r是实际表面积与投影表面积的比值，r＝Area _实际的/Area _投影的。Cassie-Baxter公式也可用于预测θ^＊：cosθ^＊＝-1+Φ(cosθ+1)，其中Φ是液滴处于Cassie-Baxter状态时水接触的面积分数。

为了确定液体是否处于Wenzel或Cassie-Baxter状态，可用Wenzel方法再用Cassie-Baxter方法计算θ^＊。两个不同的方法将给出两个不同的预测接触角。计算出的最小的接触角是最可能的。如果该接触角是使用Wenzel公式计算出的，则该液滴最可能处于Wenzel状态。如果该接触角是使用Cassie-Baxter公式计算出的，则该液滴最可能处于Cassie-Baxter状态。

图6显示的是水滴施用于其上的平面非微结构和微结构材料图片。在非微结构材料上，液滴的θ是94°，表明该材料是疏水的。当在该疏水材料中形成微结构时，其新的接触角θ^＊增加至152°。水滴处于Cassie-Baxter状态。

图7A说明微结构材料可挠曲成凸形；图7B说明当水滴施用于其上时凸形挠曲的微结构材料保持其超疏水性；图7C显示水滴施用于其上的与图6相同的材料挠曲成凸形的图片。水滴呈现出与图6底部所示相似的超疏水特征。当材料挠曲成凸形时，材料的超疏水性可改变润湿状态和θ^＊，因为微结构拉伸开，提高了微结构的有效间距并降低了有效Φ。有效Φ的降低可导致θ^＊的增加，且与没有挠曲的微结构材料相比，其更有可能处于Wenzel状态。

图8A说明微结构材料可挠曲成凹形；图8B说明当水滴施用于其上时凹形挠曲的微结构材料保持其超疏水性；图8C显示水滴施用于其上的与图6相同的材料挠曲成凹形的图片。水滴呈现出与图6底部所示相似的超疏水特征。当材料挠曲成凹形时，材料的超疏水性可改变润湿状态和θ^＊，因为微结构的顶部移得更靠近，降低了微结构的有效间距并增加了有效Φ。有效Φ的增加可导致θ^＊的降低，且与没有挠曲的微结构材料相比，其更有可能处于Cassie-Baxter状态。

附图说明：

图1.莲叶表面的扫描电子显微镜图。微米和纳米尺度糙度改变其表面上水滴的形状和行为。水和这些表面间的摩擦力大大降低——水滴能轻易地滑落表面。

图4.标准微加工技术可在微米和纳米尺度上糙化材料。材料糙度改变材料与液体的相互作用方式。

图5.对于微/纳米结构材料，Wenzel状态和Cassie-Baxter状态都是可能的。处于Wenzel状态中，液体与固体的谷和峰都紧密接触。处于Cassie-Baxter状态中，液体只接触峰的顶部。

图6.水在非微结构和微结构材料上的图片。上：在非微结构材料上的水滴。下：在微结构材料上的水滴。微结构疏水材料使得材料更疏水。

图7.柔性微结构材料可挠曲成凸形。图7A.挠曲成凸形的柔性微结构材料。图7B.在挠曲成凸形的柔性微结构材料上的液滴。图7C.在挠曲成凸形的柔性微结构材料上的液滴的图片。

图8.柔性微结构材料可挠曲成凹形。图8A.挠曲成凹形的柔性微结构材料。图8B.在挠曲成凹形的柔性微结构材料上的液滴。图8C.在凹形挠曲的微结构超疏水材料上的水滴的图片。

实施例2：曲率影响柔性硅氧烷微结构表面的超疏水性

超疏水性可抑制腐蚀、控制流体流动并减低表面阻力(surfacedrag)。表面微结构可通过调节液滴-表面的相互作用而控制表面的疏水性。已发表的关于微结构疏水表面的研究基本上只局限于平坦表面，而许多超疏水性应用要求的是制造曲面上微结构的能力。聚合物中的微加工提供了一条制备微结构超疏水表面的廉价途径，而聚合物的柔软性允许弯曲的微结构超疏水表面。该实施例描述了柔性微结构聚合物的曲率如何影响其疏水性。

图9显示的是接触角为θ的液滴可与疏水表面相互作用的方式：以Wenzel状态的θ_w或以Cassie-Baxter状态的θ_CB。期望实现Cassie-Baxter状态，因为液滴明显地更易于移动。任一状态下，表面微结构的尺寸、形状和间距都会影响表面液滴状态。

聚合物的挠曲可改变微结构的间距，影响其疏水性。图10表示当微结构表面挠曲时，微结构-液滴相互作用改变使得表观间距也改变。正曲率时，液滴与更少的微结构作用，负曲率时，液滴与更多的微结构作用。因此，θ_CB随曲率而变，因为柱顶端影响Cassie-Baxter状态。因此，曲率影响疏水性使得液滴滑动。图11提供了对于直径为25μm高度为70μm的PDMS柱，其间距的改变随曲率而变化的图像。A)间距为24.4μm的平面PDMS微柱。B)使柱间距从24.4μm增加至26.2μm的+0.11/mm的正曲率(预测＝25.5μm)。C)使柱间距从24.4μm减小至20.7μm的-0.22/mm的负曲率(预测＝22.1μm)。

为了使Cassie-Baxter状态存在，必须满足不等式

其中

是柱顶端的面积分数，r是真实表面积与投影表面积的比值。则，Wenzel/Cassie-Baxter转变的临界间距为

$P_c=\frac{A-\frac{\mathrm{hb}\cos \mathrm{\θ}}{1+\cos \mathrm{\θ}}}{P}$

其中A是微结构顶部的面积，h为微结构的高度，b为微结构的周长，P为平面上的微结构间距。

当厚度为t的薄膜以曲率半径R向薄膜中性轴挠曲时，在挠曲方向的新间距为P_α＝P(R+t/2+h)·R^-1。图12表示对于直径＝25μm、厚度＝0.7mm且θ＝112°的微结构，在不同微结构高度时，临界表面曲率(1R_c)随P变化的方式。

为了试验性测试挠曲如何影响微结构材料的疏水性，准备厚度为0.7mm具有一组直径25μm、间距50μm且高度70μm的柱的聚二甲基硅氧烷(PDMS)板。10μl去离子水和甘油/水的40/60wt混合物在平面PDMS上的接触角θ为102°和112°。10μl水和甘油/水在平面微结构PDMS上的θ_CB为147°和152°。图13显示与平面PDMS相比，当置于微结构PDMS上时，甘油/水的接触角增加。

图14显示PDMS是高度柔软的且在保持其超疏水性的同时可挠曲成正曲率或负曲率。其还显示接触角随曲率而改变。

图15显示PDMS挠曲成不同曲率时的实验结果。10μl水或甘油液滴置于挠曲的PDMS上，将挠曲的PDMS倾斜一个使液滴滑行的角度θ_SLIDE。当曲率变得更正时，θ_SLIDE几乎成线性降低。从图12看出，液滴依然保持Cassie-Baxter状态直到曲率达到+1.25/mm，远远超过了实验最大曲率0.11/mm。

图16显示对于直径为5μm、间距为8μm的柱和初始接触角θ为100°的液滴的建模结果。Wenzel状态的新接触角θ^＊随着柱高度的增加而增加。当柱高度达到8和9μm之间时，液滴由Wenzel状态转变成Cassie-Baxter状态。

图17表示对于直径为25μm的微柱在Cassie-Baxter状态和Wenzel状态间转变的建模结果。对于固定间距的柱，随着初始接触角θ的增加，转变的临界高度降低。对于固定的初始接触角θ，随着间距的增加，转变的临界高度增加。

挠曲的微结构PDMS的曲率改变与给定体积液滴相互作用的微柱数目。为了研究柱-液滴相互作用，将25μl市售可得的熔点为47℃的CerroLow金属熔化、沉积并使其在没有曲率、+0.11/mm曲率和-0.22/mm曲率的70μm高的微柱上固化。然后，在扫描电子显微镜(SEM)下检测液滴的来自柱和曲率诱导的几何形状的压痕的大致数目。沿着椭圆接触线的长轴和短轴计算柱压痕，椭圆面积公式给出液滴-柱相互作用的大致数目。图18A)表示在平面PDMS上与大约2730个柱相互作用的液滴，图18B)表示在正弯曲样品上与更少的柱(2460)相互作用的液滴，图18C)表示在负弯曲样品上与更多的柱(3300)相互作用的液滴.

图18A)也揭示了置于平面PDMS上的液滴突出部分在整个液滴周围是相等的，而图18B)显示置于正弯曲上的液滴的突出部分在不受PDMS弯曲约束的一侧上更大。图18C)显示液滴的自然突出部分被负PDMS弯曲阻止。

该实施例表明微结构聚合物的挠曲影响疏水特性。这里所提出的临界曲率约束可用于设计当曲面用微结构聚合物覆盖以耐腐蚀或控制流体时仍保持Cassie-Baxter状态的微结构几何形态。

附图说明：

图9.停留在固体表面并被气体包围的液滴形成了特征接触角θ。如果固体表面是粗糙的，且液体与固体粗糙面紧密接触，则液滴处于Wenzel状态。如果液体停留在粗糙面的顶部，其处于Cassie-Baxter状态。

图10.挠曲微结构表面改变微结构的几何形态。当微结构表面以正曲率挠曲时，结构间距增加，当其以负曲率挠曲时，间距降低。θ_CB ^＊随面积分数而变。

随间距而变，间距随曲率而变。因此，θ_CB ^＊随曲率而变。其他疏水性质如滑动必需的力也应随曲率而变。

图11.示出PDMS柱间距的改变随曲率而变的图片。A)间距为24.4μm的平面PDMS柱。B)使柱间距从24.4μm增加至26.2μm的正曲率(预测＝25.5μm)。C)使柱间距从24.4μm减小至20.7μm的负曲率(预测＝22.1μm)。

图12.用于在Cassie-Baxter状态中的高液滴迁移率的临界曲率随微结构间距和高度的变化情况。θ＝112°、厚度＝0.7mm且直径＝25μm。

图13.左：在非微结构PDMS上的5μl甘油液滴。右：在微结构PDMS上的5μl甘油液滴，如内嵌图所示。

图14.微结构疏水PDMS可挠曲成正曲率或负曲率。接触角随曲率而变。

图15.实验滑动角随柔性微结构PDMS的曲率而变。10μl A)水和B)甘油/水的40/60wt混合物的液滴。用于h＝70μm厚度＝1.2mm、h＝40μm厚度＝1.1mm、和h＝10μm厚度＝0.8mm的薄膜。PDMS微结构是一组直径为25μm、初始间距为50μm的圆形柱。

图18.在PDMS柱顶端固化的25μl金属液滴的内侧。接触线用黑虚线描出轮廓。A)在平面PDMS微柱上固化的液滴。液滴突出部分均匀分布，液滴通过2730个柱悬置。B)在正弯曲PDMS微柱上固化的液滴。液滴的突出部分不受正曲率约束，且液滴通过2460个柱悬置(比液滴置于平面PDMS上时更少的柱)。C)在负弯曲PDMS微柱上固化的液滴。突出部分被负曲率阻止，且液滴通过3300个柱悬置(比液滴通过平面或正弯曲PDMS柱悬浮时更多的柱)。

参考文献

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  surfaceroughness to manipulate droplets in microfluidic systems，″presented atMicro  Electro  Mechanical  Systems，2005.MEMS 2005.18th IEEEInternational 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 hydrophobicmaterials.Philosophical Transactions of the Royal Society a-MathematicalPhysical and Engineering Sciences，2008.366(1870)：p.1539-1556.

Zhang，X.，et al.，Superhydrophobic surfaces：from structural control tofunctional application.Journal of Materials Chemistry，2008.18(6)：p.621-633.

Li，X.M.，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.O.Cho，Superhydrophobic coatings on curvedsurfaces 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.

引用与变更的声明

本申请中所有参考文献，例如包括颁布或授权专利或其等同替换物的专利文件；专利申请公开文本；和非专利文献文件或其他原始材料；都借此通过引用的方式全部纳入本说明书，如同逐一地通过引用的方式纳入，其纳入的程度为各参考文献至少部分地与本说明中的公开内容一致(例如，部分不一致的参考文献除了部分不一致部分之外通过引用的方式纳入本说明书)。

2009年2月17日提交的第61/153,028号美国临时专利申请“Methods for Fabricating Microstructures”；2009年2月17日提交的第61/153,035号美国临时申请“Flexible MicrostructuredSuperhydrophobic Materials”和2009年3月24日提交的第61/162,762号美国临时申请“Flexible Microstructured SuperhydrophobicMaterials”，全部以引用的方式纳入本说明书，其纳入的程度为与本说明书一致。

本说明书中提及的所有专利和公开文本对本发明所属的领域技术人员具有技术指导性。本文引用的参考文献均以引用的方式全部纳入本说明书以指明其领域状态——在某些情况下到其提交日期时为止——且其意指这些信息可在本文中采用，如果需要的话，以排除(例如，放弃)现有技术中的具体实施方案。例如，当一个化合物被要求保护时，应理解为现有技术已知的化合物——包括其中公开的参考文献(特别是引用的专利文件)中公开的某些化合物——不欲包括在权利要求中。

当一组取代物在本文中公开时，理解为该组的所有独立成员和使用取代物可形成的所有子组和类别都分别地公开。当马库什组或其他组在本文中使用时，该组的所有独立成员和组中所有可能的组合和子组合是独立地包括在公开文本中。

所描述或例证的成分的每个配方或组合可用于实施本发明，除非另作说明。材料的具体名称为示例性的，因为已知本领域普通技术人员可对相同物质的命名不同。本领域普通技术人员将意识到除了具体的示例的内容之外，方法、装置元件、原材料和合成方法可在不使用不合适的实验的情况下用于实施本发明。任意该方法、装置元件、原材料和合成方法的所有本领域已知的功能等同替换物包括在本发明中。在说明书中给定一个范围时，例如，温度范围、时间范围或组成范围，所有中间范围和子范围以及包括在给定范围内的所有独立数值包括在本公开内容中。

如本文所使用的“包含”与“包括”、“含有”或“特征在于”同义，是包括的或开放的且不排除附加的、未叙述的要素或方法步骤。如本文所使用的“由...组成”排除在权利要求部分没有具体说明的任意要素、步骤或成分。如本文所使用的“基本上由...组成”不排除不会本质上影响权利要求的基本特征和新颖性特征的原料或步骤。在本文中术语“包含”的任何叙述，特别是在组合物组分或装置元件的说明中，理解为包括基本上由所叙述的组分或元件组成和由所叙述的组分或元件组成的组合物和方法。本文中示例性地描述的本发明可在本文中没有具体说明的任意一个要素或多个要素、一个限制或多个限制不存在时合适地实施。

已使用的术语和表述用于描述而不是限制，且使用该术语和表述并不是为了排除所显示和描述的特征或其一部分的任意等同替换物，而是应认识到在本发明所要求保护范围内，多种改变是可能的。因此，应理解，虽然本发明是通过优选的实施方案和任选特征而具体公开，但本领域技术人员可采取本文所公开的概念的改变和变形，且认为该改变和变形是在通过所附权利要求所定义的本发明范围之内。

Claims (100)

1.一种柔性微结构表面，其包括具有多个置于其上的微部件的柔性底材，其中至少部分所述底材为弯曲、挠曲、压缩、拉伸、膨胀和/或拉紧构型。

2.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述表面是超疏水表面。

3.权利要求2的柔性微结构超疏水表面，其中当所述柔性底材变形时仍然保持超疏水性。

4.权利要求2的柔性微结构表面，其中所述表面的超疏水性可通过弯曲、挠曲、压缩、拉伸、膨胀、拉紧和/或变形所述底材而选择性地调整。

5.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述表面是亲水性表面。

6.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述表面是导电表面。

7.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述表面具有选自以下的光学效应：棱镜效应、方向依赖反射率、方向依赖透射率、反射率、透明度、反射波长分布、散射波长分布、透射波长分布、折射率及其任意组合。

8.权利要求7的柔性超疏水表面，其中所述光学效应可通过弯曲、挠曲、压缩、拉伸、膨胀、拉紧和/或变形底材而选择性地调整。

9.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述柔性底材具有曲面。

10.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述柔性底材包括聚合物。

11.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述多个微部件包括聚合物。

12.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述柔性底材包括金属。

13.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述多个微部件包括金属。

14.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述柔性底材和/或多个微部件包括植物和/或动物来源的工业材料。

15.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述柔性底材和/或多个微部件包括食物和/或糖果。

16.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述柔性底材和/或多个微部件包括复合材料。

17.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述表面是独立式薄膜。

18.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述表面是基本平坦的表面。

19.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述微部件和所述柔性底材包括单元体。

20.权利要求1的柔性微结构表面，其包括加工制品。

21.权利要求20的柔性微结构表面，其中所述微部件和所述柔性底材是加工制品的整合组分。

22.权利要求20的柔性微结构表面，其中所述微部件、柔性底材和加工制品包括单元结构。

23.权利要求1的柔性微结构表面，其进一步包括柔性底材上的粘结层。

24.权利要求23的柔性微结构表面，其中所述多个微部件置于底材的一侧，粘结层置于底材上多个微部件的相对侧。

25.权利要求1或23的柔性微结构表面，其中所述多个微部件置于底材的两侧。

26.权利要求1的柔性微结构表面，其中至少部分所述底材具有凹曲度。

27.权利要求1的柔性微结构表面，其中至少部分底材具有凸曲度。

28.权利要求1的柔性微结构表面，其中至少部分所述底材具有选自1mm至1,000m范围的曲率半径。

29.权利要求1的柔性微结构表面，其中至少部分所述底材压缩至底材初始尺寸的1％和99％之间的水平。

30.权利要求1的柔性微结构表面，其中至少部分所述底材膨胀或拉伸至底材初始尺寸的100％和500％之间的水平。

31.权利要求1的柔性微结构表面，其中至少部分所述底材的应变水平选自-99％至500％范围。

32.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述表面的气体动力学阻力可通过弯曲、挠曲、压缩、拉伸、膨胀、拉紧和/或变形底材而选择性地调整。

33.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述表面的流体动力学阻力可通过弯曲、挠曲、压缩、拉伸、膨胀、拉紧和/或变形底材而选择性地调整。

34.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述微部件的尺寸选自10nm至1000μm范围。

35.权利要求1的柔性微结构表面，其中微部件的间距选自10nm至1000μm范围。

36.权利要求1的柔性微结构表面，其中微部件的间距可通过弯曲、挠曲、压缩、拉伸、膨胀、拉紧和/或变形底材而选择性地调整。

37.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述微部件具有选自以下的横截面形状：圆形、椭圆形、三角形、正方形、矩形、多边形、星形、六边形、字母、数字、数学符号及其任意组合。

38.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述表面的润湿性可通过弯曲、挠曲、压缩、拉伸、膨胀、拉紧和/或变形底材而选择性地调整。

39.权利要求1的柔性微结构表面，其中随着底材的弯曲、挠曲、压缩、拉伸、膨胀、拉紧和/或变形，所述表面的润湿性保持不变。

40.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述表面的水滴表面接触角可通过弯曲、挠曲、压缩、拉伸、膨胀、拉紧和/或变形底材而选择性地调整。

41.权利要求1的柔性微结构表面，其中随着底材的弯曲、挠曲、压缩、拉伸、膨胀、拉紧和/或变形，所述表面的水滴表面接触角保持不变。

42.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述表面的水滴表面接触角大于120度。

43.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述多个微部件具有双峰或多峰分布的高度。

44.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述多个微部件包括第一组具有第一组尺寸的微部件和第二组具有第二组尺寸的微部件，其中第一组尺寸不同于第二组尺寸。

45.权利要求44的柔性微结构表面，其中所述第一组尺寸选自10nm至1μm范围，所述第二组尺寸选自1μm至100μm范围。

46.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述柔性底材包括选自以下的聚合物：PDMS、PMMA、PTFE、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸酯、多芳基化合物、热塑性塑料、热塑性弹性体、含氟聚合物、可生物降解聚合物、聚碳酸酯、聚乙烯、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚乙烯、天然橡胶、合成橡胶及其任意组合。

47.权利要求1的柔性微结构表面，其进一步包括多个微部件上的涂层。

48.权利要求47的柔性微结构表面，其中所述涂层包括选自以下的材料：氟化化合物、氟化烃、氟化聚合物、硅烷、硫醇及其任意组合。

49.权利要求47的柔性微结构表面，其中所述涂层包括尺寸选自1至100nm范围的颗粒。

50.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述柔性底材和/或多个微部件包括尺寸选自1至100nm范围的颗粒。

51.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述微结构是从平版印刷成型模具复制。

52.权利要求1的柔性微结构表面，其中所述表面是用选自以下的方法加工：固化、热炼、退火、化学加工、化学涂敷、涂漆、涂敷、等离子体加工及其任意组合。

53.一种控制表面超疏水性的方法，所述方法包括以下步骤：

提供微结构超疏水表面；和

使至少部分该微结构超疏水表面变形，从而控制表面的超疏水性。

54.权利要求53的方法，其中所述微结构超疏水表面包括具有多个置于其上的微部件的柔性底材。

55.权利要求53的方法，其中所述柔性底材包括聚合物。

56.权利要求53的方法，其中所述多个微部件包括聚合物。

57.权利要求53的方法，其中所述柔性底材包括金属。

58.权利要求53的方法，其中所述多个微部件包括金属。

59.权利要求53的方法，其中所述柔性底材和/或所述多个微部件包括植物和/或动物来源的工业材料。

60.权利要求53的方法，其中所述柔性底材和/或多个微部件包括食物和/或糖果。

61.权利要求53的方法，其中随着柔性底材的变形，相邻微结构间的间距改变，从而控制表面的超疏水性。

62.权利要求53的方法，其中变形是通过挠曲至少部分所述柔性底材而实现的。

63.权利要求53的方法，其中变形是通过弯曲至少部分所述柔性底材而实现的。

64.权利要求53的方法，其中变形是通过拉伸、压缩或膨胀至少部分所述柔性底材而实现的。

65.权利要求53的方法，其中随着表面的变形，所述表面的超疏水性保持不变。

66.权利要求53的方法，其中随着表面的变形，所述表面的超疏水性增强。

67.权利要求53的方法，其中随着表面的变形，所述表面的超疏水性减弱。

68.权利要求53的方法，其中超疏水表面的变形控制选自以下的表面光学或物理性质：反射率、透明度、反射和散射波长分布、透射波长分布、折射率、气体动力学阻力和流体动力学阻力。

69.权利要求53的方法，其进一步包括用选自以下的方法加工表面的步骤：固化、热炼、退火、化学加工、化学涂敷、涂漆、涂敷、等离子体加工及其任意组合。

70.一种使物体表面超疏水化的方法，所述方法包括以下步骤：

提供所述物体；

提供包括具有多个置于其上的微部件的柔性底材的超疏水表面；和

将所述超疏水表面整合入所述物体表面。

71.权利要求70的方法，其中所述超疏水表面进一步包括粘结层。

72.权利要求70的方法，其中所述粘结层将所述超疏水表面附着至所述物体上。

73.权利要求70的方法，其中所述多个微部件置于底材的一侧，所述粘结层置于底材上多个微部件的相对侧。

74.权利要求70的方法，其中所述柔性底材包括聚合物。

75.权利要求70的方法，其中所述多个微部件包括聚合物。

76.权利要求70的方法，其中所述物体包括一个或多个曲面。

77.权利要求70的方法，其中所述物体选自飞机组件和绝缘效用线。

78.权利要求70的方法，其中所述柔性底材以挠曲、弯曲、压缩、膨胀、拉伸和/或拉紧构型提供。

79.权利要求70的方法，其中所述柔性底材和/或多个微部件包括植物和/或动物来源的工业材料。

80.权利要求70的方法，其中所述柔性底材和/或多个微部件包括食物和/或糖果。

81.权利要求70的方法，其中所述柔性底材和/或所述多个微部件包括复合材料。

82.权利要求70的方法，其进一步包括用选自以下的方法加工表面的步骤：固化、热炼、退火、化学加工、化学涂敷、涂漆、涂敷、等离子体加工及其任意组合。

83.一种控制表面润湿性的方法，所述方法包括以下步骤：

提供包括具有多个置于其上的微部件的柔性底材的表面；和

使所述柔性底材变形，从而控制表面润湿性。

84.权利要求83的方法，其中所述柔性底材的变形改变相邻微部件间的间距。

85.权利要求83的方法，其中所述柔性底材的变形包括拉伸所述柔性底材。

86.权利要求83的方法，其中所述柔性底材的变形包括强制所述柔性底材采用曲面形状。

87.权利要求83的方法，其中所述柔性底材的变形包括挠曲或弯曲所述柔性底材。

88.权利要求83的方法，其中变形所述柔性底材时，所述表面润湿性增强。

89.权利要求83的方法，其中变形所述柔性底材时，所述表面润湿性减弱。

90.权利要求83的方法，其中变形所述柔性底材时，所述表面润湿性不变。

91.权利要求83的方法，其中所述多个微部件和/或所述柔性底材包括聚合物。

92.权利要求83的方法，其中所述多个微部件和/或所述柔性底材包括金属。

93.权利要求83的方法，其中所述多个微部件和/或柔性底材包括植物和/或动物来源的工业材料。

94.权利要求83的方法，其中所述多个微部件和/或柔性底材包括食物和/或糖果。

95.权利要求83的方法，其中所述多个微部件和/或柔性底材包括复合材料。

96.权利要求83的方法，其中变形是通过压缩、拉伸或膨胀所述柔性底材而实现的。

97.权利要求83的方法，其中所述柔性底材的变形控制选自以下的表面光学或物理性质：反射率、透明度、反射和散射波长分布、透射波长分布、折射率、气体动力学阻力和流体动力学阻力。

98.权利要求83的方法，其中所述柔性底材的变形将水滴在表面上的状态从Cassie-Baxter状态变成Wenzel状态或从Wenzel状态变成Cassie-Baxter状态。

99.权利要求83的方法，其中所述柔性底材的变形将表面润湿性从疏水状态变成亲水状态或从亲水状态变成疏水状态。

100.权利要求83的方法，其进一步包括用选自以下的方法加工表面的步骤：固化、热炼、退火、化学加工、化学涂敷、涂抹、涂敷、等离子体加工及其任意组合。

Images