專利名稱：用于恢復(fù)和維持液體之下的超疏水性的方法和裝置的制作方法
用于恢復(fù)和維持液體之下的超疏水性的方法和裝置
相關(guān)申請(qǐng)
本申請(qǐng)要求于2010年7月27日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/368，188的優(yōu)先權(quán)。根據(jù)35U.S.C.§119要求優(yōu)先權(quán)。上述專利申請(qǐng)通過援引合并入本文中，如同其全部呈現(xiàn)。
關(guān)于聯(lián)邦贊助的研究與開發(fā)的聲明
本發(fā)明是在由國家科學(xué)基金會(huì)(National Science Foundation.)授予的基金N0.0103562下的政府支持做出的。政府在本發(fā)明中具有某些權(quán)利。技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明的領(lǐng)域通常涉及利用超疏水表面的方法和裝置，更具體涉及在淹沒到液體中的超疏水表面上維持超疏水性的方法和裝置。
背景技術(shù)：
按照當(dāng)今的慣例，超疏水(SHPo)表面是定義為在其上的空氣中的水形成大于150度的接觸角的固體表面。迄今為止，僅在結(jié)構(gòu)化的疏水表面上發(fā)現(xiàn)了這樣高的接觸角，該結(jié)構(gòu)典型地是微米級(jí)的。SHPo表面的典型證明是水滴以小阻力在其上四處滾動(dòng)。最近，SHPo表面同樣因?yàn)樗鼈兊谋砻娼Y(jié)構(gòu)或微特征(微輪廓，microfeature)能夠在水下保持住氣膜而當(dāng)淹沒在水中時(shí)也顯示出前景(即，沒有小滴)。一個(gè)令人關(guān)注的應(yīng)用是減阻，因?yàn)楸３衷谖⑻卣鲀?nèi)(之間)的氣體潤滑在它們之上的水流，而有效地允許水在其表面上滑動(dòng)。液體在固體表面上流動(dòng)的光滑度(滑移度)如何被定量定義為滑移長度(slip length)，從來沒有發(fā)現(xiàn)超過I微米的滑移長度(太小而不可用)，直到SHPo表面的出現(xiàn)。甚至已經(jīng)證明一些SHPo表面具有以幾百微米的有效滑移長度，這足以極大地有益于常規(guī)(即大的)流體系統(tǒng)。也已經(jīng)報(bào)道了用于湍流的減阻。對(duì)于減阻，認(rèn)為SHPo表面是對(duì)現(xiàn)有的泡沫注射法(氣泡注入法，bubble injection method)的優(yōu)良的替換物，因?yàn)楸砻嫔系姆€(wěn)定氣體使得SHPo方法被動(dòng)(即能量有效的)和簡單(易于執(zhí)行)。此外，已經(jīng)顯示，SHPo表面上的最小化的固體-液體接觸能夠抵抗表面污垢，特別是生物污垢。盡管它的巨大潛力，但是已經(jīng)認(rèn)為通過SHPo表面的減阻嚴(yán)格地受限于實(shí)驗(yàn)室條件，因?yàn)樵谡鎸?shí)的條件下沒有這樣的SHPo表面能夠足夠長地保留氣體層的跡象。
一旦它們變潤濕(即，液體進(jìn)入微特征之間)，SHPo表面不再是SHPo，從而失去它們有利的性能(例如，水排斥性(斥水性)、減阻、生物污垢預(yù)防)。因?yàn)橐后w內(nèi)的SHPo表面的潤濕轉(zhuǎn)變是自發(fā)的，由各種刺激(instigator)所引起的任何液體入侵對(duì)減阻都具有不可改變的影響。例如，圖1圖示了 SHPo表面從未潤濕狀態(tài)(頂部)到潤濕狀態(tài)(底部)的轉(zhuǎn)變。例如，如果表面具有缺陷、液體是在壓力下，或隨著時(shí)間流逝微特征內(nèi)的氣體擴(kuò)散入液體，則該表面可變潤濕并失去它的滑移效果。一旦SHPo表面變成如圖1圖示的潤濕的，則失去超疏水性和它所伴有的在減阻方面的益處等。
最近，已經(jīng)提出了幾種提高SHPo表面上的氣體層對(duì)抗液體壓力的穩(wěn)定性的方法。例如，可主動(dòng)地或被動(dòng)地由空氣作用加壓氣體層，以使它可經(jīng)受升高的液體壓力?？商娲?，已經(jīng)采用了層次結(jié)構(gòu)，以使得SHPo表面更加抵抗液體壓力。然而這些先前的改進(jìn)不產(chǎn)生效果，除非液體壓力相對(duì)較小(例如，甚至0.5atm都太高)。此外，這些方法僅僅是防護(hù)性措施。一旦氣體層被破壞，它們就是無效的。需要在各種不利條件下維持超疏水性的能力，以在實(shí)際應(yīng)用中利用SHPo表面。對(duì)于穩(wěn)固性更為期望的是甚至在由于意外事件而使表面變潤濕之后恢復(fù)超疏水性的能力。成功的方案應(yīng)該能夠用新的氣體取代浸沒表面結(jié)構(gòu)的液體并恢復(fù)穩(wěn)定的氣體膜。發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施方式中，SHPo表面包括具有設(shè)置于其上的微特征(微輪廓，microfeature)的陣列的基質(zhì),和設(shè)置于微特征內(nèi)的氣體發(fā)生器,該氣體發(fā)生器被配置成在微特征之間產(chǎn)生氣體。當(dāng)表面的至少一部分處于潤濕狀態(tài)時(shí)，氣體在微特征內(nèi)產(chǎn)生，以使得表面恢復(fù)為去潤濕狀態(tài)。氣體產(chǎn)生可為自調(diào)節(jié)的(self-regulating)，因?yàn)闅怏w產(chǎn)生在存在潤濕條件時(shí)自動(dòng)開始，而在已經(jīng)產(chǎn)生足夠的氣體以恢復(fù)其修復(fù)超疏水性的去潤濕狀態(tài)時(shí)停止。
氣體發(fā)生器可包括一個(gè)或多個(gè)電極、化學(xué)反應(yīng)物(例如，試劑)，或加熱元件。在電極實(shí)施方式中，電極通過電解液體(一般是水)來產(chǎn)生氣體。氣體產(chǎn)生是自調(diào)節(jié)的，當(dāng)微特征的一部分處于潤濕狀態(tài)時(shí)電解開始，而潤濕的微特征一變成去潤濕狀態(tài)就停止電解。
SHPo表面包括設(shè)置于微特征內(nèi)的第一電極,和設(shè)置為與液體接觸的第二電極。電極與電功率源連接。當(dāng)微特征的一部分處于潤濕狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)電極處于電連通，閉合電解電路以開始電解。當(dāng)微特征處于去潤濕狀態(tài)時(shí)，微特征內(nèi)的氣體使兩個(gè)電極電學(xué)分離，斷開電解電路以停止電解。
在另外的實(shí)施方式中，在液體中在具有設(shè)置于其上的微特征的陣列的超疏水表面上恢復(fù)或維持超疏水性的方法包括當(dāng)微特征的至少一部分處于潤濕狀態(tài)時(shí)，在微特征內(nèi)產(chǎn)生氣體，以使微特征恢復(fù)到去潤濕狀態(tài)。


圖1圖示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的SHPo表面從初始的未潤濕狀態(tài)變成完全潤濕的側(cè)視圖。
圖2圖不根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的SHPo表面的側(cè)視圖。
圖3圖不根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的SHPo表面的側(cè)視圖。
圖4A圖示根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的SHPo表面的側(cè)視圖。
圖4B圖示圖4A的電路區(qū)域B的放大圖。
圖5圖不根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的SHPo表面的側(cè)視圖。
圖6A圖示具有柱微特征的SHPo表面的俯視圖。
圖6B圖示具有格柵微特征的SHPo表面的俯視圖。
圖7A圖示處于未潤濕狀態(tài)的SHPo表面的側(cè)視圖。
圖7B圖示處于部分潤濕狀態(tài)的SHPo表面的側(cè)視圖。
圖7C圖示處于完全潤濕狀態(tài)的SHPo表面的側(cè)視圖。
圖7D圖示在去潤濕過程期間的SHPo表面的側(cè)視圖。
圖8A-圖8G圖示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式形成SHPo表面的方法。
圖9A圖示作為氣體分?jǐn)?shù)的函數(shù)的高度/間距比的可接受值，和在基質(zhì)上作為對(duì)于包括桿微特征的SHPo表面的參數(shù)的接觸角。
圖9B圖示作為氣體分?jǐn)?shù)的函數(shù)的高度/間距比的可接受值，和在基質(zhì)上作為對(duì)于包括格柵微特征的SHPo表面的參數(shù)的接觸角。
圖10圖示利用在水下故意潤濕和去潤濕的SHPo表面(格柵和柱)做出的滑移長度測量的圖。
具體實(shí)施方式
圖2圖示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的超疏水(SHPo)表面10。應(yīng)該理解，如本文所使用的，超疏水的或SHPo是指表面對(duì)于液體是高度未潤濕的能力。這可包括液體如水、油、或其他溶劑。SHPo表面10包括具有設(shè)置于其上的多個(gè)微特征14的基質(zhì)12。通常，微特征14基本上定向垂直于基質(zhì)12。當(dāng)本文使用時(shí)，微特征14意思是顯微的特征(顯微的輪廓)；它們通常是微米級(jí)別的，但可以是更小的或更大的級(jí)別。微特征14可以以陣列或隨機(jī)形態(tài)排列?；|(zhì)12可用任何數(shù)量的材料來形成，但是如下面所解釋的，如果使用半導(dǎo)體加工技術(shù)用于形成SHPo表面10，可包含硅。微特征14具有如通過箭頭H顯示的高度(H)，其中它們相對(duì)于基質(zhì)12突出。高度(H)可以不同，但一般對(duì)于動(dòng)態(tài)應(yīng)用如減阻是幾十微米(例如，Η=50 μ m)，而對(duì)于靜態(tài)應(yīng)用如防污是較小的。微特征14通過距離而彼此分離。間距(螺距，pitch) (P)是對(duì)于最鄰近的微特征14的中心-中心距離，并由圖2中的箭頭P圖示。當(dāng)鄰近的微特征14之間的空隙填充有氣體20時(shí)，形成如圖5、圖7A和圖7B中圖示的可下凹的或凸出(在圖中沒有顯示)的彎月面，這取決于液體和氣體之間的壓力差。微特征14的高度(H)應(yīng)該足夠高以使得下凹的彎月面不接觸基質(zhì)12。該高度也是間距(螺距)(P)的函數(shù)。
微特征14可由與基質(zhì)12相同或不同的材料形成。例如，在某些實(shí)施方式中，可用光刻膠(photoresist) (PR)等形成微特征14?？捎锰貏e疏水的材料制造微特征14。可替代地，可利用疏水性涂層16如聚四氟乙烯(PTFE)等涂覆微特征14的至少某些部分。
仍然參考圖2, SHPo表面10包括設(shè)置于微特征14內(nèi)的氣體發(fā)生器18。氣體發(fā)生器18被配置成在微特征14之間產(chǎn)生氣體20。將微特征14間隔開，以在由相鄰的微特征14之間形成的局限性空間或孔中捕獲由氣體發(fā)生器18產(chǎn)生的氣體20并使其增長。一旦氣體20的規(guī)模增長到微特征14的頂端，氣體繼續(xù)側(cè)向膨脹橫過SHPo表面10。關(guān)于此，如下面更詳細(xì)解釋的，SHPo表面10能夠從部分或完全潤濕的狀態(tài)恢復(fù)到未潤濕狀態(tài)。在一個(gè)實(shí)施方式中，氣體發(fā)生器18被設(shè)置于基質(zhì)12上或嵌入到基質(zhì)12內(nèi)。圖2圖示了在基質(zhì)12上在相鄰的微特征14之間形成的空間內(nèi)的氣體發(fā)生器18。可替代地，如在圖3中所看到的，氣體發(fā)生器18位于微特征14的側(cè)面上。
在一個(gè)實(shí)施方式中,氣體發(fā)生器18是電極60。如圖5中圖不的，電極60可以可操作地結(jié)合到電功率源62上。電功率源62還連接到電極64上。如圖5中所看到的，將SHPo表面10浸入到液體100中。在該實(shí)施方式中，取決于電連接的極性，通過水作為液體的電解，在電極60上產(chǎn)生的氣體20是氫氣(H2)或氧氣(02)。取決于液體，可產(chǎn)生其他氣體(例如，氯氣)。在由相鄰的微特征14之間形成的局限性空間和孔中捕獲由電極60產(chǎn)生的氣體20并使其增長。應(yīng)該注意，在該實(shí)施方式中，氣體產(chǎn)生是自調(diào)節(jié)的。尤其是，電解電路是“閉合的”而氣體產(chǎn)生僅在SHPo表面10變成部分或完全潤濕的時(shí)候發(fā)生。一旦液體100侵入相鄰的微特征14之間的空間，則電路關(guān)閉且電流流動(dòng)從而引發(fā)電解反應(yīng)，由此在微特征14內(nèi)釋放氣體20。在產(chǎn)生足夠的氣體之后，電解電路則變成“斷開的(open)”且電解反應(yīng)停止。圖5，例如，圖示因?yàn)樵谟|發(fā)氣體產(chǎn)生之后，SHPo表面10是未潤濕或去潤濕狀態(tài)的電路的斷開狀態(tài)。該特征是特別有利的，因?yàn)椴恍枰魏无D(zhuǎn)變氣體發(fā)生器18打開或關(guān)閉的感測和控制電路。
還在另外的實(shí)施方式中，氣體發(fā)生器18可包括化學(xué)反應(yīng)物(例如，試劑)?；瘜W(xué)反應(yīng)物在暴露于可能是液體或包含在液體中的某些物質(zhì)的反應(yīng)物時(shí)，產(chǎn)生氣體20。然后，利用該氣體20使超疏水性恢復(fù)到SHPo表面10。例如，化學(xué)試劑可與水或包含在水中的某些其他反應(yīng)物反應(yīng)。再次，所發(fā)生的氣體產(chǎn)生是自調(diào)節(jié)的。氣體只有在SHPo表面10變成潤濕時(shí)產(chǎn)生，而一旦建立去潤濕狀態(tài)則停止。仍然在另一個(gè)實(shí)施方式中，氣體發(fā)生器18可包括加熱元件。加熱元件通過潤濕進(jìn)入微特征14中的任何液體而加熱并產(chǎn)生局部沸騰。由于此局部沸騰而產(chǎn)生的氣體20 (蒸氣)使?jié)櫇竦腟HPo表面10恢復(fù)到去潤濕狀態(tài)。再次，所發(fā)生的氣體產(chǎn)生是自調(diào)節(jié)的。
圖4A和圖4B圖示了 SHPo表面10的另一個(gè)實(shí)施方式。在該實(shí)施方式中，在基質(zhì)12上設(shè)置有納米特征22。如它們的名字所暗示的，納米特征22是小的突起或類似物，其具有顯著小于位于基質(zhì)12上的微特征14的尺寸(通常小于lOOnm)，盡管尺寸不一定必須是以納米的。比絕對(duì)尺度更重要的事實(shí)是，納米特征22顯著地小于微特征14。如下面更詳細(xì)解釋的，如果基質(zhì)12是硅，則可利用常見的“黑硅”制作技術(shù)形成納米特征22。納米特征22對(duì)潤濕，即液體滲透入納米特征22之間具有高抵抗性。如圖9A和9B中圖示的，通過增加基質(zhì)12上的有效接觸角，納米特征22的使用可擴(kuò)展SHPo表面10的工作范圍。納米特征22的應(yīng)用也可分離和最小化在位于SHPo表面10的缺陷處發(fā)生的任何局部性的潤濕條件。缺陷可能在制造中出現(xiàn)或在展開條件下在商業(yè)尺寸的任何SHPo表面10的使用期間形成。當(dāng)與SHPo表面10的無缺陷區(qū)域比較時(shí)，這些缺陷區(qū)域傾向于變濕。當(dāng)在基質(zhì)12上設(shè)置有納米特征22以使得它的表面更加排斥液體時(shí)，可以控制在這些缺陷位置處發(fā)生的局部性潤濕并阻止它們側(cè)面鋪展。
在SHPo表面10上形成的微特征14的陣列可采取多種形式(例如，桿、柱、格柵)。如圖6A中所看到的，微特征14包括定向一般垂直于基質(zhì)12的桿。如圖6A中圖示的，桿或柱可具有圓形的橫截面形狀，或者可替代地，它們可具有多邊形或某些其他形狀。圖6A進(jìn)一步圖示以延伸穿過基質(zhì)12的電極60形式的氣體發(fā)生器18。雖然圖6A圖示了結(jié)合有電極60的桿或柱，但應(yīng)該理解，這些桿或柱可以與本文中所討論的其他氣體產(chǎn)生模式一起使用。圖6B圖示了以設(shè)置于基質(zhì)12的頂部上的格柵形式的微特征14。格柵是位于基質(zhì)12的表面上的斷續(xù)的“壁”。格柵具有類似于以桿或柱所使用的高度(例如，微米)。與包括桿的SHPo表面比較，包括平行于流體方向設(shè)置的格柵的SHPo表面通常對(duì)于減阻應(yīng)用是更有效的。在其中微特征是桿或格柵的實(shí)施方式中，如以上基于圖4A和圖4B所描述的，可選的納米特征22可位于基質(zhì)12上。
圖7A-圖7D圖示了以未潤濕狀態(tài)(圖7A)開始，然后變成部分潤濕的(圖7B) SHPo表面10。這樣的部分潤濕可由許多因素產(chǎn)生，這些因素包括，增加的液體100的壓力、氣體20由于擴(kuò)散到液體100中而損失，或者在SHPo表面10中形成的缺陷。圖7C圖示了 SHPo表面10的另外的潤濕，直到達(dá)到完全潤濕狀態(tài)。潤濕狀態(tài)觸發(fā)氣體發(fā)生器18開始產(chǎn)生氣體20。如通過圖7D中的箭頭圖示的，氣體在或靠近在微特征14內(nèi)的表面產(chǎn)生，并進(jìn)行將侵入的液體100推回。氣體產(chǎn)生持續(xù)到恢復(fù)如圖7A中圖示的未潤濕或去潤濕狀態(tài)。氣體20的產(chǎn)生是自調(diào)節(jié)的，因?yàn)闅怏w發(fā)生器18直到SHPo表面10變成至少部分潤濕時(shí)才啟動(dòng)。氣體發(fā)生器18持續(xù)到SHPo表面是去潤濕的。圖7圖示了從完全潤濕狀態(tài)(圖7C)去潤濕(圖7D)，從而處理最壞情況。實(shí)際上，微特征14的任何部分一旦變潤濕(類似于圖7B)，就開始去潤濕過程，因此實(shí)際上，表面12 —直停留在未潤濕狀態(tài)。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，圖8A-圖8G圖示了制作SHPo表面10的方法。在該實(shí)施方式中，如在圖4A和圖4B的SHPo表面10中圖示的，利用熟知的“黑硅”方法在基質(zhì)12上形成可選的納米特征22。參考圖8A,提供基質(zhì)12如娃片。在圖8B中，通過在基質(zhì)12上隨機(jī)廣生納米結(jié)構(gòu)，形成納米特征22。在“黑硅”方法中，包括沉積步驟、第一蝕刻和第二蝕刻的深層反應(yīng)性離子蝕刻(DRIE)方法在基質(zhì)12上產(chǎn)生針狀結(jié)構(gòu)。實(shí)質(zhì)上，在沉積步驟期間隨機(jī)沉積的聚合物用作用于隨后的蝕刻步驟的微掩模。術(shù)語“黑硅”來自于當(dāng)在硅基質(zhì)12上使用時(shí)，因?yàn)榧{米特征22吸收入射的光線，所以表面呈現(xiàn)黑色的事實(shí)。可在Choi等的Large slipof aqueous liquid flow over a nanoengineered superhydrophobic surface, Phys.Rev.Lett.96,066001(2006)中找到關(guān)于黑硅方法的另外的細(xì)節(jié)，其通過援引合并入本文中。
關(guān)于圖8C，利用02等離子體和Piranha溶液(以體積計(jì)H2S04:H202=4:1)清洗基質(zhì)30以除去在黑硅方法期間沉積的聚合殘余物，然后在納米特征22上沉積電極60層。電極層60可包含多重沉積的金屬層，例如，IOnm厚的Cr層和200nm厚的Au層。為了圖案化電極層60，可采用光刻技術(shù)，如圖8D和圖8E中圖示的那些。例如，可在納米特征22的頂部，以3000rpm旋涂8μπι厚的正性PR層32 (AZ4620)，然后在110° C下柔和烘烤100秒。接著，可利用Karl Suss ΜΑ6通過光掩模使PR層32暴露于紫外(UV)光(160mJ)下，并在稀釋的AZ400K顯影液中顯影(以體積計(jì)AZ400K:去離子水=1:4)。關(guān)于圖8E，對(duì)于每一金屬層，利用蝕刻劑濕蝕刻(即除去)暴露的金屬層。最后，通過用丙酮、甲醇、和去離子水清洗除去剩余的PR層32，然后施加O2等離子體用于完全去除PR。
接下來，參考圖8F，利用光刻將微特征14在納米特征22上圖案化。首先，在納米特征22上，以3000rpm旋涂50 μ m厚的負(fù)性PR(KMPR1050，Microchem C0.)，接著在加熱板上柔和烘烤，同時(shí)以1° C/min的斜率將溫度從60°C升高至100°C，之后在100°C保持20min。溫度的逐漸傾斜升高通過幫助減少PR涂層上的氣泡形成和起皺而提高PR膜的質(zhì)量。然后，如圖8F中看到的，從PR膜中可直接圖案化微特征14 (其可以是桿或格柵)。微特征14可具有變化的間距(螺距)或氣體分?jǐn)?shù)。氣體分?jǐn)?shù)由SHPo表面10的空白面積與SHPo表面10的總面積的比(在O和1.0之間變化)來定義。在利用Karl Suss MA6，通過光掩模，將KMPR膜暴露于UV光(2000mJ)下，并在100° C烘烤4min之后，將其在SU-8顯影液中顯影，用異丙醇沖洗，然后用N2氣體吹干。為了使表面變成疏水性的，在SHPo表面10上形成可選的疏水層34。該疏水層34可包含可以在表面上旋涂的2wt% PTFE (特氟隆AF溶液(TeflonAF solution)-DUPONT)。
當(dāng)在潤濕狀態(tài)下，氣體20增長到取代微特征14內(nèi)出現(xiàn)的液體時(shí)，氣體20可形成單獨(dú)的氣泡并離開表面，除非它能量上更加有利于增長成填充微特征14的連續(xù)層。通過以下幾種因素確定表面能量:微特征14的高度與間距比、SHPo表面10的氣體分?jǐn)?shù)，以及液體在微特征14之間的基質(zhì)12的表面上的接觸角。另一方面，高度與間距比應(yīng)該足夠大，以使得彎月面從不由于液體壓力而下凹和接觸基質(zhì)。
滿足上述條件而使得在桿形式的微特征14內(nèi)能夠形成氣體20的穩(wěn)定層的幾何學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，由下列方程(Eq.1)表示:
權(quán)利要求
1.一種超疏水表面,包括: 設(shè)置于基質(zhì)上的多個(gè)微特征； 設(shè)置于所述微特征內(nèi)的氣體發(fā)生器，所述氣體發(fā)生器被配置成在所述微特征之間產(chǎn)生氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超疏水表面，其中所述多個(gè)微特征包括格柵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超疏水表面，其中所述多個(gè)微特征包括桿。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超疏水表面，其中所述多個(gè)微特征包括各種幾何形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超疏水表面，其中所述基質(zhì)進(jìn)一步包括設(shè)置于其上的多個(gè)納米特征。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超疏水表面，其中所述微特征進(jìn)一步包括設(shè)置于其上的多個(gè)納米特征。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超疏水表面，其中所述氣體發(fā)生器包括一個(gè)或多個(gè)電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超疏水表面，其中在所述微特征之間設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超疏水表面，其中所述一個(gè)或多個(gè)電極可操作地與電功率源連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超疏水表面，其中所述氣體發(fā)生器包括化學(xué)反應(yīng)物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超疏水表面，其中所述氣體發(fā)生器包括加熱元件。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超疏水表面，其中所述氣體發(fā)生器被配置成在所述微特征處于潤濕狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生氣體，而在所述微特征處于未潤濕狀態(tài)時(shí)，不產(chǎn)生氣體。
13.—種用于液體的超疏水表面,包括: 設(shè)置于基質(zhì)上的多個(gè)微特征和在所述微特征之間的氣體層； 設(shè)置于所述微特征內(nèi)的第一電極； 第二電極；以及 電功率源，其中當(dāng)所述微特征的一部分處于潤濕狀態(tài)時(shí)，所述微特征中的所述第一電極產(chǎn)生氣體，以及其中當(dāng)所述微特征的一部分處于去潤濕狀態(tài)時(shí)，所述第一電極不產(chǎn)生氣體。
14.根據(jù)權(quán)利要求13 所述的超疏水表面，其中在船只船體上設(shè)置有所述超疏水表面。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的超疏水表面，其中在內(nèi)部管道表面上設(shè)置有所述超疏水表面。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的超疏水表面，其中所述超疏水表面在暴露于液體環(huán)境中幾周之后，基本沒有污垢。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的超疏水表面，進(jìn)一步包括設(shè)置于所述微特征的部分上的防污涂層。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的超疏水表面，其中所述多個(gè)微特征基本上包括桿和格柵中的至少一種。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的超疏水表面，其中所述基質(zhì)進(jìn)一步包括設(shè)置于其上的多個(gè)納米特征。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的超疏水表面，其中所述微特征進(jìn)一步包括設(shè)置于其上的多個(gè)納米特征。
21.一種在具有設(shè)置于其上的多個(gè)微特征的超疏水表面上恢復(fù)或維持液體中的超疏水性的方法，包括: 當(dāng)所述微特征的至少一部分處于潤濕狀態(tài)時(shí)，氣體在所述微特征內(nèi)產(chǎn)生，以使所述微特征恢復(fù)到去潤濕狀態(tài)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中通過電解產(chǎn)生所述氣體。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生所述氣體。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中通過沸騰產(chǎn)生所述氣體。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中間歇性地產(chǎn)生所述氣體。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中氣體產(chǎn)生是自調(diào)節(jié)的，以使當(dāng)所述微特征的至少一部分處于潤濕狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)地開始所述氣體產(chǎn)生，以及當(dāng)所述微特征處于去潤濕狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)地停止所述氣體產(chǎn)生。
27.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中基本上所有產(chǎn)生的所述氣體保留在所述微特征內(nèi)。
28.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中在船只船體上設(shè)置有所述超疏水表面。
29.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中在內(nèi)部管道表面上設(shè)置有所述超疏水表面。
30.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述表面在暴露于液體環(huán)境中幾周之后，基本沒有污垢。
31.一種超疏水表面，包括: 設(shè)置于基質(zhì)上的多個(gè)格柵，所述格柵具有高度(H)和間距(L)； 設(shè)置于所述格柵內(nèi)的氣體發(fā)生器，所述氣體發(fā)生器被配置成在所述格柵之間產(chǎn)生氣體；以及 其中所述H對(duì)L的比率滿足下列幾何學(xué)標(biāo)準(zhǔn):
32.一種超疏水表面，包括: 設(shè)置于基質(zhì)上的多個(gè)桿，所述桿具有高度(H)和間距(L)； 設(shè)置于所述桿內(nèi)的氣體發(fā)生器，所述氣體發(fā)生器被配置成在所述桿之間產(chǎn)生氣體；以及 其中所述H對(duì)L的比率滿足下列幾何學(xué)標(biāo)準(zhǔn):
全文摘要
超疏水表面包括設(shè)置于基質(zhì)上的多個(gè)微特征，和設(shè)置于微特征內(nèi)的氣體發(fā)生器，氣體發(fā)生器被配置成在微特征內(nèi)產(chǎn)生氣體。當(dāng)微特征的至少一部分處于潤濕狀態(tài)時(shí)，氣體在微特征內(nèi)產(chǎn)生，以使微特征恢復(fù)到去潤濕狀態(tài)。氣體產(chǎn)生是自調(diào)節(jié)的，在存在潤濕的條件時(shí)氣體產(chǎn)生自動(dòng)開始，而在已經(jīng)產(chǎn)生足夠的氣體以恢復(fù)其修復(fù)超疏水性的去潤濕狀態(tài)時(shí)停止。
文檔編號(hào)B81C1/00GK103153841SQ201180046655
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月27日
發(fā)明者金昌津, 李忠燁 申請(qǐng)人:加利福尼亞大學(xué)董事會(huì)