极值微结构化表面制造技术

本申请涉及多功能分层微结构化（104）表面和三维锚定界面域结构。多功能性质是极值的。在一个方面中，所述微结构化表面可以是超粘的。超粘机制的示例可以包括气体捕获、流体捕获和固体皱褶捕获。在另一方面中，所述微结构化表面可以是几乎无粘性的。无粘性机制的示例可以包括固体间表面润滑、节能流体流动和超低阻力相

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】极值微结构化表面


[0001]本公开一般来说涉及可以包括极值微结构化表面的设备，所述极值微结构化表面导致所述设备与目标表面之间的超滑或超粘相互作用。
[0002]更特定来说，本公开涉及产生超滑和超粘设备的多功能分层微结构和三维锚定界面域结构。

技术介绍

[0003]由于微尺度表面间变形而导致的动能到热能的转化是摩擦的一般定义。从这个意义上说，摩擦对目标表面具有高度破坏性。可以通过提供使用表面间锚定来提供超高和超低粘性设备两者的设备来避免使用导致目标表面破坏的摩擦的设备。这些设备可能不影响目标表面的结构完整性。因此，在本实施例中可以最小化摩擦效应。
[0004]术语“表面间粘附”是优选的，因为其并不限于横向平移运动（滑动），而术语“摩擦”限于横向平移运动。表面间粘附适用于横向平移运动（滑动）和法向平移（剥离）两者。
[0005]在本领域中已知，现在使用有机薄膜来控制表面粘附。这些有机膜可以形成自组装单层（SAM）。SAM膜已经被示出通过改变表面的能量来减少两个表面之间的摩擦。SAM可以防止诸如水等流体润湿表面。然而，此研究尚未扩展到微结构化表面。
[0006]已经对SAM的粘合性质进行数项研究。这些研究已经示出，所述粘合性质取决于SAM的结构和组成。这些研究中的大部分使用原子力显微镜（AFM）来测量表面能。
[0007]通过使AFM探针针尖越过包括SAM区域和缺少SAM的表面来测量表面能变化。表面的表面能变化由AFM测量，因为探针上的平移力随由探针施加的法向力变化而变化。众所周知，长链SAM产生具有较低表面能的表面。比起较短链分子通常形成的膜，长链分子通常形成更密集堆积并且在结构上更呈晶体状的膜。增强的晶体结构和更好的堆积提供较低能量的表面。
[0008]微结构化表面能梯度理想地适于控制时空界面波。虽然规则微结构化阵列已经凭经验揭示关于微流体（时间）和“微界面”（空间）的新的和令人惊讶的现象，但是微结构化梯度更自然，并且可以提供更多潜力。
[0009]在自然界中常见并且提供三维梯度方面、但是在科学文献中基本上没有的另一设计特征是微结构的分层布置。工程师习惯于将波视为二维表面状物体。微结构的分层布置超越直观限制并为实现三维空间变化的界面相结构和相关联的界面能量域提供手段。事实上，一般来说，大多数界面几何形状可能仅在四维背景中被完全理解，其中时间是真实且可量化的维度。时间维度隐含在分层微结构中。
[0010]此外，这些界面相结构可能具有自组装方面。例如，捕获气相的第一分层特征可以促进液相在不同分层层级处的捕获。相界之间的表面张力可能起到重要作用。分层效应包括润滑渗透、毛细力的形成和范德华力的形成。当涉及水时，氢键结合可能起到重要作用。
[0011]如本文中所公开的，带有可以产生超滑和超粘特性、同时最小化由摩擦引起的损坏的分层微结构设计的表面可能是有利的。

技术实现思路

[0012]本公开包括对一个实施例的描述，所述实施例包括一种具有微结构表面的设备，其可以包括具有第一和第二独特区域的第一表面。第一独特区域可以包括具有第一表面能的第一微结构，并且第二独特区域可以包括具有第二表面能的第二微结构。
[0013]第一和第二独特区域可以被配置成接触目标表面，目标表面上可以布置有液体。在接触时，可以形成至少第一表面或第二表面与目标表面之间的界面区域，并且可以在界面区域中产生至少一个空间变化的能量梯度。
[0014]在一些实施例中，所述设备可以包括所述第一微结构或所述第二微结构中的至少一者被配置成在与所述液体接触时产生至少一个Wenzel
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Cassie域。
[0015]在一些实施例中，当所述设备相对于目标表面剪切平移时，所述至少一个Wenzel
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Cassie域和所述至少一个空间变化的能量梯度可以产生接触角混淆。
[0016]在一些实施例中，所述第一微结构或所述第二微结构中的至少一者被配置成通过毛细作用产生空间变化的表面能梯度。所述第一微结构或所述第二微结构可以被配置成产生Schallamach波捕获。所述第一表面可以进一步包括布置在其上的表面活性剂，并且所述空间变化的能量梯度可以至少部分由所述表面活性剂产生。
[0017]在一些实施例中，一种设备可以具有微结构表面，其包括具有至少第一独特区域和第二独特区域的第一表面。第一独特区域可以包括具有第一表面能的第一微结构，并且第二独特区域可以包括具有第二表面能的第二微结构。
[0018]第一和第二独特区域可以被配置成接触目标表面。目标表面上可以布置有液体，使得在接触时，形成至少所述第一表面或第二表面与所述目标表面之间的至少一个界面区域，并且在所述界面区域中产生至少一个空间变化的能量梯度。所述至少一个界面区域可以包括选自包括以下的群组的至少两个区域：i）Wenzel
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Cassie区域；ii）Schallamach捕获区域；iii）接触角混淆区域；以及iv）锚定区域。
[0019]在一些实施例中，所述锚定区域可以由以下至少一种锚定机制产生：诸如毛细作用、Wenzel
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Cassie形成或表面活性剂产生的表面能梯度。
[0020]在一些实施例中，所述锚定区域可以由上文列举的两种相反的锚定机制产生。
[0021]在一些实施例中，第一微结构可以包括多个分层柱，并且第二微结构可以包括多个毛细管柱。所述多个分层柱中的每一柱可以包括第一柱和第二柱，其中所述第二柱围绕所述第一柱布置，并且所述第二柱包括带有竖直取向的径向凸起的表面。所述多个毛细管柱中的每一柱可以包括围绕所述柱的中心横截面布置的竖直渐缩孔，其中所述孔可以具有圆形横截面，所述横截面在所述孔的顶部处比在底部处更大，所述竖直渐缩孔包括限定所述孔的内表面的竖直取向的径向凸起，其产生从所述孔的顶部到所述孔的底部增加的表面能梯度。
[0022]在一些实施例中，所述多个所述毛细管柱中的至少一者可以包括与所述竖直渐缩孔连通的通孔。
[0023]在一些实施例中，第一微结构可以包括多个分层柱，并且第二微结构可以包括多个微轨。所述多个分层柱中的每一柱可以包括第一柱、第二柱和第三柱，其中所述第二柱围绕所述第一柱布置，并且所述第三柱围绕所述第二柱布置。所述第二和第三柱可以是渐缩的、在所述柱的基部处具有较大周长，并且在所述柱的顶部处具有较小周长，所述第二和第
三柱可以包括带有竖直取向的径向凸起的表面。所述多个微轨可以相互平行，但是在与所述设备的滑动方向相反的方向上在每一连续微轨之间具有减小的距离。
[0024]在一些实施例中，第一微结构可以包括多个分层柱，并且第二微结构可以包括多个微轨。所述多个分层柱中的每一柱可以包括第一柱和第二柱，其中所述第二柱可以围绕所述第一柱布置，并且所述第一柱包括带有竖直取向的径向凸起的表面。所述多个微轨可以沿相反方向会聚。
[0025]在一些实施例中，第一微结构可以包括多个分层微轨和柱，包括第一微轨、围绕所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种具有微结构表面的设备，其包括：具有至少第一独特区域和第二独特区域的第一表面，所述第一独特区域包括具有第一表面能的第一微结构，所述第二独特区域包括具有第二表面能的第二微结构；所述第一表面能够操作成在所述第一表面与目标表面之间的界面区域处产生空间变化的能量梯度，其中，所述目标表面上布置有液体。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一微结构或所述第二微结构中的至少一者被配置成在与所述液体接触时产生至少一个Wenzel
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Cassie域。3.根据权利要求2所述的设备，其中，当所述设备相对于所述目标表面剪切平移时，所述至少一个Wenzel
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Cassie域和所述至少一个空间变化的能量梯度产生接触角混淆。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一微结构或所述第二微结构中的至少一者被配置成通过毛细作用产生空间变化的表面能梯度。5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一微结构或所述第二微结构中的至少一者被配置成产生Schallamach波捕获。6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一表面的至少一部分包括布置在其上的表面活性剂，并且所述空间变化的能量梯度至少部分由所述表面活性剂产生。7.一种具有微结构表面的设备，其包括：具有至少第一独特区域和第二独特区域的第一表面，所述第一独特区域包括具有第一表面能的第一微结构，所述第二独特区域包括具有第二表面能的第二微结构；所述第一和第二独特区域被配置成接触目标表面，所述目标表面上布置有液体，使得在接触时，形成至少所述第一表面或第二表面与所述目标表面之间的至少一个界面区域，并且在所述界面区域中产生至少一个空间变化的能量梯度；并且所述至少一个界面区域包括选自包括以下的群组的至少两个区域：i）Wenzel
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Cassie区域；ii）Schallamach捕获区域；iii）接触角混淆区域；以及iv）锚定区域。8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述锚定区域由选自包括以下的群组的至少一种锚定机制产生：i）毛细作用；ii）Wenzel
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Cassie形成；以及iii）表面活性剂产生的表面能梯度。9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述锚定区域由选自包括以下的群组的两种相反锚定机制产生：i）毛细作用；ii）Wenzel
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Cassie形成；以及iii）表面活性剂产生的表面能梯度。10.根据权利要求7所述的设备，其中，所述第一微结构包括多个分层柱，并且所述第二微结构包括多个毛...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：BVW控股公司，
类型：发明
国别省市：