超亲水或超疏水产品、制备该产品的方法以及该产品的用途技术

具有超亲水或超疏水表面物理特性的产品包括基材，所述基材的表面上涂覆有直接在所述表面上的结构化层和沉积在所述层上的膜。该膜是连续的，通过所述膜的性质赋予所述表面的物理性质，接收沉积膜的所述层的表面显示出纳米尺寸的粗糙度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉M面处理以赋予自清洁、防污、抗凝结或相对于流体(例如 水或空气)的滑动特性的领域。更具体地，本专利技术涉及一种产品，该产品的外表面具有表现出超亲 水或超疏水性质的涂层。本专利技术还涉及一种用于制备这样的涂层的方法 及其用途。在本专利技术的上下文中，超疏水表示表面的特性，在其上水滴与所述 表面形成大接触角，通常大于150°。根据定义，接触角是由两个相邻界 面在其表观相交处形成的二面角。在这种情况下，表面相对于水是"非 润湿的"。这个特性通常称为"莲花效应"。相反，超亲7jC表面与水的接触角接近于0°，或者甚至是不可测量的。在这种情况下，表面相对于水是"润湿的"。本专利技术的
还可以认为是称为纳米结构材料的材料的技术 领域。
技术介绍
通常，通过在具有纳米尺寸粗糙度的基材上沉积选择性的亲水或疏 水的膜，得到亲水或疏水表面。事实上，表面的粗糙度赋予表面的疏水 或亲水特性。因此，表面粗糙度决定表面的斥水性(倾向于使液体流动)和表面的自清洁性或抗凝结性。如Wilhelm Barthlott指出的，由于分 布于荷叶表面上的许多微球，所以荷叶成为斥水表面的实例。具有微粗糙度的表面的疏水特性的特征在于低表面可润湿性，因此 特征在于大接触角，这通过液体仅停留在该表面的粗糙度的顶点上的事 实来解释。相反，表面的亲水特性的特征在于其高的表面可润湿性，因 此特征在于接近于零的接触角，这通过液体与该表面的粗糙度"匹配，，的 事实来解释。因此，通过如下步骤得到亲水或疏水特性使表面结构化或"紋理 化"，即在表面中产生小尺寸的粗糙度，然后在该表面上沉积亲水或疏 水材料的膜。正是该膜将其亲水或疏水特性赋予该材料。紋理化表面通 常是相对薄的层，表面自身沉积在基材上；正是该基材具有适于用在上 下文中所希望应用的特性，尤其是机械性能。因此，专利申请FR-A-2 829 406公开了一种制备自清洁、防污和/ 或抗凝结表面的方法。通常通过光刻法或通过经由掩模的金属蒸镀法进 行在表面上产生粗糙度的结构化或紋理化。然后通过电镀移植 (61ectrogreffage)将亲水或疏水材料的膜沉积到之前紋理化的表面上。虽然在该文献中描述的方法用于制备再现荷叶疏水特性的表面，但 是该方法仍然具有一些缺点。首先，常规紋理化方法，例如光刻法或经由掩模的金属蒸镀法，导 致形成尺寸在几微米、至多几百纳米范围内的粗糙度。由于这样的粗糙 度，材料不具有许多应用所需的透光性，因为过大的粗糙度阻止光(可 见光)足够地透过。此外，实施所述方法需要多个步骤和若干个装置。并且，这些步骤 不能全都在同一个室中进行。这是这些方法实施起来冗长并昂贵的原 因。文献FR-A-2 864 110教导一种制备设计为构成粗糙度的碳纳米管的 方法，疏水聚合物膜沉积到该碳纳米管上，或者包括使紋理化表面功能 化的另外的步骤。然而，该方法也具有限制其应用的缺点。事实上，制备纳米管需要通常为约600。C的高温。因此，该方法不 适合于处理热敏基材，例如聚合物。因此，这将通过这种方法制备的疏 水产品的潜在应用局限于可能适合于"耐热"基材的应用。本专利技术提出一种制备其外表面具有超疏水或超亲水特性的产品的 方法，但没有现有技术方法的局限性和缺点。本专利技术还涉及一种通过该 方法制备的产 品o
技术实现思路
本专利技术具有涂覆任意类型基材的应用，不论热敏基材与否。本专利技术 的方法实施简单并且相对廉价，尤其是用于使所处理的表面保持令人满 意的透明度，特别是对于可见光的透明度。这些表面具有斥水、防污和 /或抗凝结特性。因此，本专利技术首先涉及一种具有表面物理特性的产品，在目前情况 下是超亲水的或超疏水的。本产品包括基材，在该基材的表面上涂覆有 加到所述表面上的结构化层并具有沉积在该层上的膜。根据本专利技术 ，膜是连续的； 通过膜的特性赋予所述表面的物理性质；*和，接收沉积膜的层的表面具有纳米尺寸的粗糙度。因此，所得的产品特别透光。换句话说，根据本专利技术的产品依次具有基材、中间层和功能化膜。 由于所述层和膜具有纳米尺寸的粗糙度，所以层和膜的组合是透明的。 此外，通过粗糙度与结构化表面相结合的膜的性质将物理性质(即，选 择性地超亲水特性或超疏水特性)赋予表面。根据本专利技术的一个有利的实施方案，参与涂覆的层可以包含以不同 比例与珪和/或碳结合的氢。这些物质具有对蚀刻非均相反应的特性。在实践中，层的厚度可以为50 nm到300 nm，所述粗糙度的尺寸 可以小于50 nm。 换句话说，粗糙度具有"峰"、"谷"以及这些峰和谷之 间的约50nm的间距。事实上，这样的尺寸用于得到透明度接近于处理 前基材的透明度的产品。根据本专利技术的一个特定实施方案，膜可以由选自包括氟烃聚合物和 聚硅氧烷的组的化合物组成。这样的膜具有适合于使产品超疏水的性 质。根据本专利技术的另一个特定实施方案，膜可以由选自包括二氧化硅、聚乙烯吡啶(polyvinylpyrydine)、聚乙烯吡咯烷酮、多元醇、聚亚胺、 改性聚硅氧烷(例如通过UV或在氧下等进行离子体处理改性)、具有羟 基或羧基的分子的组的化合物组成，以使所述产品超亲水。根据本专利技术的一个特定实施方案，构成产品的至少一种材料可以是 热敏的。换句话说，基材、层和/或膜是热塑性的或热固性的，即在高 温出现期间，它们经受变形或性质上的改变。因此，产品可以由塑料组 成。根据本专利技术的一个特定实施方案，基材由玻璃或聚甲基丙烯酸曱酯 (PMMA)组成。这样的材料具有透明度，使得产品本身可以具有相对高 的透明度。此外，本专利技术还涉及一种制备具有超亲水或超疏水表面物理特性的 产品的方法，该产品包括基材。根据本专利技术，所述方法依次包括如下步-将层加到基材的外表面；-在如此加到基材的层的外表面上产生粗糙度；-将连续膜沉积到如此结构化的层的表面上，将所述膜的特性赋 予涂层，由此产生所希望的超亲水或超疏水特性；粗糙度具有纳米尺度的尺寸，所以所述涂层具有透明特性。换句话说，本专利技术的方法包括如下步骤在基材上沉积中间纳米尺 寸层，随后沉积纳米尺寸膜以功能化该层。由于层和膜具有纳米尺寸的 粗糙度，所以涂层保持透明。此外，如果基材也是透明的，那么得到完 全透明的产品。并且，通过粗糙度与结构化表面相结合的膜的性质赋予 特定的表面物理特性，即选择性超亲水的特性或超疏水的特性。根据本专利技术的一个有利的实施方案，本方法的所有步骤均可以在等 离子体增强的化学气相沉积(PECVD)室中进行。这使步骤简化并使所需 的i殳备最少，因此降低了生产成本和缩短了生产时间。在实践中，通过真空沉积技术制备所述层。这用来避免杂质的存在， 例如灰尘，所述杂质在产品的表面紋理中形成缺陷，因此形成许多降低 性能的点。根据本专利技术的一个有利的实施方案，通过等离子体蚀刻产生粗糙 度。换句话说，为了使中间层的表面结构化或紋理化，通过等离子体"轰 击"该表面，该等离子体优选攻击表面原子中的 一部分和表面结构中的 一部分，由此产生纳米粗糙度。在实践中，可以通过选自包括如下的组的方法沉积所述膜等离子 体增强的化学气相沉积、电子移植(greffage 61ectronique)(电镀移植)、 和沉积聚合物溶液随后从溶液中蒸发溶剂。因此，这些不同方法用于在 中间层的表面上沉积连续膜。本专利技术还涉及前述产品用于需要透明的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有超亲水或超疏水表面物理特性的产品，所述产品包括基材，在所述基材的表面上涂覆有加到所述表面上的结构化层和沉积在所述层上的膜，其特征在于所述膜是连续的，所述表面的物理特性由所述膜的性质赋予，和接收所述沉积膜的所述层的表面具有纳米尺寸的粗糙度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普卡普龙，马克普利索尼耶，伊莎贝尔鲁若，纪尧姆萨韦利，
申请(专利权)人：原子能委员会，
类型：发明
国别省市：FR[法国]