Гидрофобизирующая жидкость: Главная. ООО Уралхиминвест

Таблица 2 – Поверхностное натяжение растворителей

Таблица 3 – Свободная поверхностная энергия потенциальных агентов, модифицирующих поверхность

например полиэтилен, в большей степени, чем жидкость с более высоким поверхностным натяжением. Например, вода (поверхностное натяжение 72,8 дин/см) образует больший контактный угол, чем толуол (поверхностное натяжение 28,4 дин/см).

До сих пор мы определили факторы, которые способствуют гидрофобности или ее отсутствию, включая контактный угол, структуру поверхности и то, почему большинство органических растворителей имеют тенденцию смачивать поверхность лучше, чем вода, вследствие их более низкого поверхностного натяжения. . Следующий раздел будет посвящен тому, как придать системе покрытия большую гидрофобность, особенно с точки зрения поверхности.

Максимальная гидрофобность поверхности

Чтобы максимизировать гидрофобность поверхности покрытия, поверхностная энергия должна быть как можно ниже. Низкая поверхностная энергия в сочетании с правильно структурированной поверхностью максимизирует гидрофобность.

Поверхностная энергия имеет те же единицы, что и поверхностное натяжение (сила на единицу длины или дин/см). Жидкость с высоким поверхностным натяжением, такая как вода, будет иметь максимальную гидрофобность и, таким образом, плохое смачивание (большой контактный угол) на поверхности покрытия с низкой поверхностной энергией .  Как показано в Таблице II, поверхностная энергия может сильно различаться в зависимости от характера поверхности, контактирующей с водой.

Например, поверхность покрытия с высоким содержанием полидиметилсилоксана (поверхностная энергия 19,8 мН/м) обеспечит более гидрофобную поверхность, чем у полистирола (40,6 мН/м). В общих чертах, чтобы обеспечить наибольшую гидрофобность, наиболее гидрофобная часть материала должна быть расположена на поверхности.

В качестве другого примера, если органофункциональный триметоксисилан используется для модификации поверхности, метоксисилановые группы должны быть спроектированы таким образом, чтобы располагаться на поверхности. Перфторные и алифатические группы на поверхности покрытия обладают большей гидрофобностью, чем эфирные или спиртовые группы. Эфирные и спиртовые группы более полярны по своей природе и, следовательно, более восприимчивы к воде, осаждающейся на поверхности. Например, от самого низкого до самого высокого поверхностного натяжения:

Обеспечение повышенной гидрофобности по всему правильно разработанному покрытию может обеспечить дополнительные свойства, такие как самоочищение, повышенную устойчивость к коррозии и влаге, а также увеличенный срок службы покрытия и подложки.

Недавние достижения в области силановой технологии сделали доступными силаны для использования в системах на водной основе для улучшения гидрофобности. Соответственно, выбор смолы, выравнивающих пигментов, пигментов-наполнителей и пигментов-замутнителей также может быть выбран для максимизации гидрофобности.

Во-вторых, рецептуры с использованием наночастиц должны быть адаптированы для обеспечения надлежащего восприятия, а не в качестве вспомогательного средства для достижения желаемого свойства.

Поиск UL Prospector

Вас также может заинтересовать…

• Поверхностное натяжение и поверхностная энергия
• Снятие напряжения поверхностно-активными веществами [ИНФОГРАФИКА]
• Описание гидрофобных покрытий
• Диспергирование и смачивание гидрофобных пигментов и наполнителей в красках на водной основе во избежание всплывания и всплывания пигмента

Источники

• Центр знаний Prospector: объяснение гидрофобных покрытий
• Гелест 2016 литература по продукту

Взгляды, мнения и технические анализы, представленные здесь, принадлежат автору или рекламодателю и не обязательно принадлежат ULProspector.com или UL. Появление этого контента в Центре знаний UL Prospector не означает одобрения со стороны UL или ее дочерних компаний.

Все содержимое защищено авторским правом и не может быть воспроизведено без предварительного разрешения UL или автора содержимого.

Содержимое доступно только в информационных и образовательных целях. Хотя редакторы этого сайта могут время от времени проверять точность его содержания, мы не несем ответственности за ошибки, допущенные автором, редакцией или любым другим участником.

UL не делает никаких заявлений и не дает гарантий в отношении точности, применимости, пригодности или полноты содержимого. UL не гарантирует производительность, эффективность или применимость сайтов, перечисленных или связанных с каким-либо контентом.

Поделитесь этой статьей:

Рональд Дж. Леварчик, президент и главный исполнительный директор Chemical Dynamics, LLC, привнес 40-летний опыт работы в индустрии красок и покрытий в качестве соавтора в Центре знаний Prospector. В качестве соавтора Рон пишет статьи на темы, актуальные для разработчиков рецептур в индустрии покрытий. Он также является консультантом системы поиска материалов Prospector, консультируя по вопросам, связанным с оптимизацией и организацией материалов в базе данных.

Компания Рона, Chemical Dynamics, LLC (www.chemicaldynamics.net), представляет собой фирму по производству красок и покрытий с полным спектром услуг, специализирующуюся на консалтинге и разработке продуктов, расположенную в Плимуте, штат Мичиган. С 2004 года он предоставляет консультации, разработку продуктов, исследования контрактов, технико-экономические обоснования, анализ видов отказов и многое другое для широкого круга клиентов, а также их поставщиков, заказчиков и специалистов по нанесению покрытий.

Он также работал адъюнкт-профессором-исследователем в Исследовательском институте покрытий Университета Восточного Мичигана. Таким образом, Рон получил субгрант от Министерства энергетики на разработку технологии энергосберегающих покрытий для архитектурных применений, а также гранты от частного сектора на разработку покрытий с низким потреблением энергии и низким содержанием летучих органических соединений. Он вел курсы по цвету и нанесению автомобильных финишных покрытий, катодному электропокрытию и обработке поверхности. Его опыт включает в себя покрытия для автомобилей, катушек, архитектурных, промышленных и отделочных покрытий.

Ранее Рон был вице-президентом по промышленным исследованиям и технологиям, а также глобальным директором по технологиям рулонных покрытий в BASF (Morton International). За время своего четырнадцатилетнего пребывания в компании он разработал инновационные коммерческие продукты для рулонных покрытий, в первую очередь для кровли, жилых, коммерческих и промышленных зданий, а также для промышленных и автомобильных применений. Он получил пятнадцать патентов на новые формулы смол и покрытий.

С 1974 по 19В 90 лет Рон занимал должности в Desoto, Inc. и PPG Industries. Он был лауреатом двух наград в области исследований и разработок покрытий с использованием смол ПВДФ, разработал первое коммерческое автомобильное верхнее покрытие с высоким сухим остатком и получил 39 патентов США на различные разработанные им новые технологии. Он получил степень магистра физической органической химии в Университете Питтсбурга, а затем изучал науку о полимерах в Университете Карнеги-Меллона.

Рон живет в Брайтоне, штат Мичиган, со своей семьей. Свяжитесь с Роном по электронной почте или через веб-сайт его компании по адресу www.chemicaldynamics.net, чтобы узнать больше о его консультационных услугах…

Иерархические микро/наноструктуры для супергидрофобных поверхностей и суперлиофобных поверхностей против жидкого металла | Micro and Nano Systems Letters

• Обзор
• Открытый доступ
• Опубликовано: 03 сентября 2014 г.

• Ёнсам Юн ¹ ,
• Дэён Ким ¹ и
• Чон-Бон Ли ¹  

Письма о микро- и наносистемах том 2 , номер статьи: 3 (2014) Процитировать эту статью

• 22 тыс. обращений

• 50 цитирований

• Детали показателей

Abstract

Несмачиваемые супергидрофобные или суперлиофобные поверхности представляют большой интерес для различных областей применения. Натуральные водоотталкивающие поверхности имеют микро-/нано-комбинированную иерархическую структуру, которая демонстрирует крайне низкую смачиваемость и характеристики самоочищения. Вдохновленные такими природными чудесами, были предприняты огромные усилия по созданию искусственных несмачивающих супергидрофобных или суперлиофобных поверхностей. В этой статье рассматривается недавний прогресс в создании искусственных супергидрофобных поверхностей на основе иерархической микро-/нано-двойной структуры. Кроме того, рассматривается применение иерархической микро-/нано-двойной структуры в качестве суперлиофобных поверхностей по сравнению с жидкометаллическим сплавом на основе галлия.

Обзор

Природные водоотталкивающие поверхности, такие как листья лотоса, крылья бабочки и чешуя акулы, имеют большой угол контакта с водой, превышающий примерно 150° [1]–[3]. Поверхности с углами контакта с водой более 150° называются супергидрофобными. Сообщалось, что такая супергидрофобность связана с комбинацией иерархической микро-/наноструктуры поверхности и химического состава поверхности [4]. Сочетание микро- и наноразмерной структуры имеет решающее значение, поскольку капли воды на этих иерархических структурах могут касаться вершин наноразмерных структур, не оседая полностью на поверхности, поскольку воздушные карманы заполняются вблизи наноразмерных структур под каплей. что приводит к малой площади контакта капли воды, высокому углу контакта, низкому контактному гистерезису и низкой силе сцепления [5].

Имитация таких чудес природы и создание искусственных супергидрофобных поверхностей на различных твердых субстратах вызывает большой интерес в течение последних нескольких десятилетий, и по этой теме опубликовано значительное количество литературы. Хотя были изучены различные материалы и технологии для создания искусственных иерархических микро-/наномасштабных текстур поверхности для придания супергидрофобности, многие исследования основаны на материалах, которые являются твердыми и оптически непрозрачными в видимом диапазоне длин волн. Супергидрофобные поверхности с высоким оптическим пропусканием в видимом диапазоне длин волн имеют значительный потенциал для использования в различных самоочищающихся поверхностях, таких как оптические компоненты, линзы, дисплеи, электронное оборудование, автомобильные стекла, незапотевающие потребительские стекла, солнечные панели, среди прочих. Для поддержания высокой оптической прозрачности очень важно, чтобы структурная шероховатость на поверхности с искусственным эффектом лотоса была намного меньше, чем длина волны проходящего света [6].

Наряду с супергидрофобными поверхностями большой интерес вызывает создание поверхностей, препятствующих смачиванию маслом [7], а также микрожидкостных платформ для манипулирования нетоксичными жидкими металлами на основе галлия [8]. С феноменальным продвижением искусственных супергидрофобных поверхностей иерархические микро-/наноразмерные поверхности могут стать отправной платформой для изучения создания суперолеофобных поверхностей и суперлиофобных поверхностей против жидких металлов.

В этом обзоре обсуждается недавний прогресс в исследованиях иерархических микро-/наноразмерных поверхностей как искусственных супергидрофобных поверхностей, а также суперлиофобных поверхностей по сравнению с жидкими металлическими сплавами на основе галлия.

Теоретические основы

Определение термина «лиофобный/лиофильный»

Определение «лиофобный/лиофильный» представляет собой физическое свойство молекулы, которая отталкивается от массы жидкости или притягивается к ней. Следовательно, «лиофобный или лиофильный» следует использовать с указанием целевой жидкости, за исключением гидрофобных/гидрофильных или олеофобных/олеофильных, которые подразумевают, что целевой жидкостью является вода или масло соответственно. «Лиофобный/лиофильный» является понятием выше гидрофобного/гидрофильного.

Для характеристики лиофобности (лиофобной или лиофильной) важными параметрами являются статический и динамический краевые углы. Статические краевые углы можно измерить с помощью гониометра краевого угла, который может регистрировать профиль капли жидкости на твердой подложке. Идеальный статический контактный угол зависит от поверхностного натяжения жидкости (энергия поверхности раздела жидкость/газ) и твердого тела (энергия поверхности раздела твердое тело/газ) и взаимодействия жидкость/твердое тело. Как показано на рисунке 1а, статический контактный угол определяется как угол, образованный пересечением границы раздела жидкость-твердое тело и границы раздела жидкость-газ.

Схематические диаграммы различных режимов смачивания: (а) модель Юнга, (б) модель Вензеля и (в) модель Кэсси-Бакстера.

Изображение в полный размер

Как правило, когда краевой угол меньше 90°, твердая поверхность считается «лиофильной», что означает благоприятное смачивание жидкости на поверхности. Когда краевой угол превышает 90°, твердая поверхность считается «лиофобной», что указывает на то, что жидкость минимизирует свой контакт с поверхностью и образует компактную жидкую каплю. Когда краевой угол превышает 150°, твердая поверхность считается «суперлиофобной». А когда краевой угол почти 0°, поверхность считается «суперлиофильной» [9].].

Поверхностное натяжение

В идеале, как объяснялось, контактный угол жидкости с твердым телом определяется поверхностным натяжением жидкости, поверхностной энергией твердого тела и их взаимодействием. В чистой жидкости, как показано на рисунке 2, молекулы в объеме жидкости взаимодействуют со всеми соседними молекулами, так что результирующая сила должна быть равна нулю. Взаимодействия в основном возникают из-за сил Ван-дер-Ваальса для неполярных жидкостей и водородных связей для полярных жидкостей, таких как вода. С другой стороны, молекулы, открытые на поверхности, не взаимодействуют со всех сторон, чтобы обеспечить сбалансированную результирующую силу, что приводит к локальной асимметрии взаимодействий. Возникающая при этом диссимметрия взаимодействий вызывает внутреннюю силу притяжения, называемую поверхностным натяжением. Поэтому поверхностное натяжение жидкости меняет свою геометрию, чтобы минимизировать этот энергетический дефект, образуя сферическую форму. Как правило, для твердого субстрата «поверхностная энергия» используется для эквивалентного значения поверхностного натяжения для жидкости.

Схематическая диаграмма поверхностного натяжения жидкости из-за асимметрии взаимодействий на поверхности жидкости.

Изображение полного размера

Модели смачивания

Как показано на рисунке 1a, Томас Янг описал контактный угол капли жидкости на идеальной твердой подложке [9]. Он определяется термодинамическим равновесием поверхностных натяжений трех границ раздела под каплей:

cosθ=γSG−γSLγLG

(1)

где θ — краевой угол, а γ _SG , γ _СЛ и γ _LG — поверхностное натяжение границ твердое тело-газ, твердое тело-жидкость и жидкость-газ соответственно. Уравнение (1) обычно называют уравнением Юнга. Следует отметить, что уравнение Юнга работает только с плоской однородной поверхностью. Таким образом, недавние достижения в области искусственных супергидрофобных поверхностей с неплоской геометрией следует моделировать модифицированными уравнениями, отличными от уравнения Юнга. На шероховатых поверхностях в основном существуют два различных состояния равновесия: состояние Венцеля и состояние Кэсси. Как показано на рисунке 1b, когда жидкость может полностью смачивать текстуру поверхности, термодинамический равновесный контактный угол капли жидкости описывается моделью Венцеля [10], которая определяется как:

cosθW=rcosθ

(2)

где θ _w — кажущийся краевой угол в состоянии Вензеля, θ — краевой угол Юнга, а r — коэффициент шероховатости, который определяется как отношение фактической площади шероховатой поверхности к площади плоской проекции. Капли в этом полностью смачиваемом состоянии Венцеля обычно имеют очень высокий гистерезис, потому что линия контакта капель становится сильно закрепленной на неровностях поверхности. С другой стороны, когда жидкость не может проникнуть в текстуру поверхности, капля образует сильно несмачивающий режим, известный как состояние Кэсси-Бакстера или просто состояние Кэсси (рис. 1c). Из-за уменьшения эффективной площади контакта между поверхностью и каплей из-за захваченного воздуха она может иметь низкую адгезионную силу. Таким образом, по сравнению с состоянием Вензеля, капля в состоянии Кэсси демонстрирует очень высокий краевой угол, а также низкий гистерезис, что приводит к легкой характеристике скатывания из-за низкой адгезионной силы между каплей жидкости и твердой подложкой. Если ф _с – доля твердого вещества, находящегося в контакте с жидкостью, уравнение Кэсси можно представить уравнением (3) [11]:

cosθC=fS1+cosθ−1

(3)

С — эффективный краевой угол в состоянии Кэсси. Это уравнение показывает, что краевой угол увеличивается по мере того, как твердая фракция уменьшается в состоянии Кэсси. Кроме того, для более точного прогнозирования краевых углов продвижения и удаления было предложено модифицированное соотношение Кэсси-Бакстера, которое включает параметр локальной дифференциальной текстуры [12].

Гистерезис краевого угла

Наряду со статическим краевым углом, для количественной оценки «динамического» смачивающего свойства жидкости на твердой поверхности (когда капля находится в переходном движении), важным параметром является «динамический» краевой угол. Когда капля помещается на наклонную поверхность, капля может испытывать гравитационную силу, так что форма капли становится асимметричной; на нисходящей стороне капля продвигается вперед, а на восходящей стороне капля отступает. Следовательно, краевой угол капли на нисходящей стороне представляет собой наступающий краевой угол, а краевой угол капли на восходящей стороне представляет собой отступающий краевой угол. Разница между углом опережения и угла отступления называется гистерезисом контактного угла. Из-за разницы краевых углов набегания и отступления капля может прилипнуть к поверхности против силы гравитации. Кроме того, динамический краевой угол можно измерить, изменив объем жидкости. Объем жидкости увеличивается или уменьшается до тех пор, пока капля не достигнет максимального или минимального краевого угла без изменения площади поверхности между жидкостью и твердой подложкой. Максимальный и минимальный краевые углы называются краевыми углами продвижения и отступа соответственно, а краевые углы продвижения и отступания получаются из серии изображений из записанного видео непосредственно перед изменением линии контакта. Когда наступающий и удаляющийся краевые углы жидкости на твердой подложке близки друг к другу, что означает меньший гистерезис краевого угла, это указывает на то, что подложка лиофобна по отношению к жидкости [13].

Супергидрофобные поверхности

Супергидрофобные поверхности в природе

Гидрофобность природного Nelumbo nucifera (лотоса) наблюдали Бартлотт и Нейнхуис [14]. Было показано, что капли воды, помещенные на вершину наноструктур в сочетании с микроструктурами, не смачивают поверхность, так как иерархическая структура обеспечивает воздушные карманы за счет двухуровневой морфологии шероховатости [15]. Поверхность лотоса показала статический контактный угол и гистерезис контактного угла примерно 164° и 3° соответственно [16]. Такая сверхгидрофобность поверхности листа натурального лотоса обеспечивает самоочищение поверхности листа, поскольку скатывающиеся капли воды собирают пыль на своем пути. Как показано на изображениях СЭМ (рис. 3), на нем отчетливо видны микромасштабные эллиптические выступы со средним диаметром примерно 90,4 мкм, шаг 12 мкм и структурная высота примерно 18 мкм. Кроме того, поверхность микровыступов и нижняя поверхность были полностью покрыты случайными нанотекстурами. Существует бесчисленное множество примеров природных супергидрофобных поверхностей у таких растений, как таро (Colocasia esculenta), индийская канна (Canna generalis bailey) и лист риса [17]. Как показано на рисунке 4, большой контактный угол с водой листьев таро, индийской канны и листьев риса составлял 159 ± 2°, 165 ± 2° и 157 ± 2° соответственно, а на поверхности в диапазон от нескольких нанометров до микрометров, которые влияют на смачиваемость поверхностей. Угол скольжения листа таро составляет 3°, а листа риса – 4° или 12° в зависимости от направления скольжения капли (параллельное и перпендикулярное направление поверхностным сосочкам) из-за анизотропного смачивающего свойства.

Натуральный лист лотоса: (а) оптическое изображение и (б-г) изображения СЭМ.

Изображение в полный размер

Различные природные супергидрофобные поверхности: (a) капли воды на листе таро, (b) СЭМ-изображение поверхности листа таро, (c) капли воды на листе индийской канны , (d) SEM-изображение поверхности листа индийской канны, (e) капля воды на рисовом листе, (f) SEM-изображение поверхности листа риса. С разрешения Elsevier, Copyright 2007.

Полноразмерное изображение

Также была исследована морфология поверхности, вызывающая водоотталкивающие свойства крыльев насекомых, и снова было обнаружено, что поверхность крыльев насекомых имеет иерархическую микро-/наноразмерную поверхность. На рис. 5 показан угол контакта с водой крыльев различных насекомых, таких как Homoptera Meimuna opalifera (рис. 5a, 165°), Orthoptera acrida cinerea (рис. 5b, 151°) и Hymenopetra vespa dybowskii (рис. 5c, 125°), а также изображения СЭМ. иерархических структур, состоящих из микро-/наноразмерных слоев на верхних поверхностях крыльев насекомых [1],[2]. Из природных листьев растений и крыльев насекомых становится ясно, что иерархические микро-/наноразмерные поверхности необходимы для демонстрации супергидрофобности.

СЭМ-изображения иерархических микро-/наноразмерных структур поверхности крыльев различных насекомых: (а, б) Homoptera Meimuna opalifera (Walker), (в, б) г) Orthoptera Acrida Cinerea cinerea (Thunberg) , (д, е) Hymenoptera Vespa dybowskii (Andre). С разрешения Elsevier, Copyright 2009.

Полноразмерное изображение

Искусственные супергидрофобные поверхности

Понимание причин супергидрофобности различных поверхностей растений и крыльев насекомых, среди прочего, в природе позволило провести обширные исследования искусственных супергидрофобных поверхностей с использованием различных материалов. Поверхность с комбинированными характеристиками высоких углов контакта с водой (> 150 °) с низкими углами скольжения (угол наклона, который позволяет каплям воды свободно катиться по поверхности), обычно менее 10 °, обычно известна как самоочищающиеся поверхности. Одной из причин популярности супергидрофобных поверхностей в исследовательском сообществе является потенциальное производство искусственных самоочищающихся поверхностей. Вдохновленный природными супергидрофобными поверхностями, широкий спектр производственных процессов, таких как процесс глубокого реактивного ионного травления (DRIE) [18], [19], электроосаждение [20]–[22], самосборка [23], плазменная обработка [21], [24], химическое осаждение из паровой фазы [22], [25], [26] и послойное осаждение [ 27] были изучены для изготовления искусственных биомиметических супергидрофобных иерархических микро-/наноструктур.

Среди различных искусственных супергидрофобных поверхностей оптически прозрачные супергидрофобные поверхности имеют большой потенциал для использования в различных самоочищающихся поверхностях, таких как предотвращение прилипания пыли и снега к оконным стеклам, дорожным указателям, очкам , солнечные панели и т. д. Оптически прозрачные покрытия, самоочищающиеся поверхности и антибликовые покрытия являются активными темами исследований, нацеленных на лакокрасочную промышленность, производство потребительского стекла, оптических компонентов/линз, дисплеев/электронного оборудования и аэрокосмической промышленности. Для того чтобы сделать поверхности прозрачными для определенного диапазона длин волн света, необходимо, чтобы шероховатость поверхности искусственных супергидрофобных поверхностей была намного меньше длины волны света [6]. Это обеспечивает один из ключевых критериев проектирования оптически прозрачных самоочищающихся поверхностей, которые должны иметь наноразмерную шероховатость, намного меньшую, чем длина волны видимого света (400 ~ 700 нм), и в то же время иметь микрошероховатость для улучшенного улавливания воздуха.

Среди различных иерархически текстурированных супергидрофобных поверхностей, чтобы представить различные материалы и методы их изготовления, мы изучили четыре различных супергидрофобных поверхности: наночастицы диоксида кремния, углеродные нанотрубки (УНТ), PDMS и супергидрофобные поверхности на основе SU-8. -гидрофобные поверхности.

Супергидрофобная тонкая пленка на основе наночастиц диоксида кремния

Для реализации искусственной иерархической микро-/нанодвойной шероховатости поверхности были исследованы малиновые наночастицы на основе диоксида кремния. В. Мин и др. . продемонстрировал супергидрофобную пленку из четко определенных наночастиц кремнезема, похожих на малину (рис. 6), с использованием метода Штёбера [24], [28]. Функционализированные амином малиновые частицы, диспергированные в этаноле, осаждались на эпоксидную пленку посредством реакции между амином и эпоксидной смолой при 75°С. Следовательно, свободные частицы можно было смыть этанолом, и тогда только один слой малиновых частиц ковалентно связывался с пленками на основе эпоксидной смолы. Он показал высокий угол опережения 165 ± 1° наряду с гистерезисом краевого угла  ~ 2° и малым углом скольжения 3 ± 1° по отношению к капле воды объемом 10 мкл на поверхности. Хотя этот подход продемонстрировал супергидрофобную поверхность, он потребовал ряда относительно сложных процессов, таких как приготовление амино-функционализированных наночастиц, эпокси-функционализированных микрочастиц, а также длительная реакция и процедура разделения.

Искусственные супергидрофобные поверхности. (а) ПЭМ-изображение малиновых частиц кремнезема и (б) оптическое изображение капли воды, помещенной на поверхность.

Полноразмерное изображение

Кроме того, с помощью относительно простой процедуры Qian et al. также разработал иерархические двухуровневые малиноподобные частицы путем введения частиц полиакриловой кислоты (ПАА) – функционализированного полистирола (ПС) в реакцию гидролиза тетраэтоксисилана (ТЭОС). Как показано на рисунке 7, полистирол, функционализированный ПАК, смешивали с этанольным раствором, содержащим ТЭОС, и добавляли аммиак для катализа реакции гидролиза ТЭОС с образованием наночастиц диоксида кремния вокруг полистирола. Затем частицы малины легко образовывались после центрифугирования и наносились на стеклянную подложку для иерархически структурированной морфологии. После модификации поверхности додецилтрихлорсиланом были получены супергидрофобные поверхности с высоким контактным углом 162,1° (рис. 8) [29].].

Схематическая диаграмма процесса приготовления пленок из частиц малины. Рис. 8 на поверхности. Масштабная линейка (a) указывает 333 нм. С разрешения Journal of Materials Chemistry, Copyright 2009.

Изображение полного размера

Супергидрофобная тонкая пленка на основе углеродных нанотрубок

Супергидрофобная тонкая пленка на основе наночастиц может быть получена за счет искусственной иерархической двухуровневой шероховатости поверхности. Ли и др. сообщили, что ориентированные пленки УНТ (ACNT), которые имеют перпендикулярные нанотрубки к подложке, показали супергидрофобные свойства [26]. Благодаря своим структурным свойствам он может иметь большую долю воздуха, что приводит к малой площади контакта. Выращенные пленки АУНТ имели краевой угол 158,5±1,5°, который был увеличен до 171±0,5° путем погружения в метанольный раствор гидролизованного фторалкилсилана. Супергидрофобные свойства ACNT были улучшены за счет использования материалов с низкой поверхностной энергией. Точно так же Лау и др. также сообщалось, что лес углеродных нанотрубок, покрытый политетрафторэтиленом (ПТФЭ), продемонстрировал стабильное супергидрофобное свойство [30], как показано на рисунке 9. Выращенный лес УНТ показал начальный статический контактный угол 161 °, но капли воды не были стабильными и проникали в лесные пустоты CNT через несколько минут. Однако при нанесении слоя ПТФЭ на лес УНТ краевые углы продвижения и отступа были измерены и составили 170° и 160°, что указывает на стабильное супергидрофобное свойство. Кроме того, Юнг и Бхушан сообщили, что иерархическая структура на основе УНТ, созданная методом напыления, показала высокий статический контактный угол 170° и низкий гистерезис контактного угла 2° [31]. Иерархическая двухуровневая структура на основе УНТ смогла сохранить свои супергидрофобные свойства даже после воздействия на нее падающей на нее воды с давлением 10 кПа в течение 24 часов. Статический контактный угол оставался больше 150°, а гистерезис контактного угла поддерживался менее 15°.

СЭМ-изображения лесов из углеродных нанотрубок. (a) Выращенный лес, полученный с помощью PECVD, с диаметром нанотрубок 50 нм и высотой 2 мкм, (b) лес с покрытием из ПТФЭ после обработки HFCVD и (c) практически сферическая капля воды, подвешенная на лес с покрытием из ПТФЭ. Перепечатано с разрешения Американского химического общества. Авторское право (2003 г.).

Изображение в полный размер

Супергидрофобная тонкая пленка на основе SU-8

SU-8, один из самых популярных материалов, используемых в области микроэлектромеханических систем (МЭМС), имеет угол контакта с водой 73,1 ± 2,8° и поверхностную энергию 45,5 ± 0,3 мДж/м ² [32]. Хотя сам материал не проявляет гидрофобности, SU-8 является одним из замечательных материалов для создания супергидрофобных тонких пленок, поскольку он легко изготавливается в микроструктурах с высоким соотношением сторон, чтобы иметь шероховатую поверхность, которая может регулировать его смачивающие свойства. Чтобы реализовать это свойство, необходимо комбинировать искусственные нанотекстуры с микроузором SU-8, формируя иерархическую микро-/наноструктурированную поверхность. В последнее время было предпринято несколько попыток создать искусственную сверхгидрофобную тонкую пленку с использованием SU-8, как показано ниже.

Хун и др. приготовили прямую смесь наночастиц политетрафторэтилена (ПТФЭ) с SU-8, нанесли нанокомпозит PTFE-SU-8 центрифугированием на прозрачные подложки, такие как стекло и полимеры, и фотоопределенные микроструктуры с минимальным размером элемента 50 мкм [33]. Эта пленка показала угол контакта с водой 150°, что является значительным улучшением гидрофобности по сравнению с обычно не такой гидрофобной плоской поверхностью SU-8. Это объясняется эффектом образования иерархической шероховатости на поверхности, а также уменьшением эффективной поверхностной энергии подложки. Хотя этот результат казался хорошим, оптическая прозрачность этой нанокомпозитной пленки PTFE-SU-8 составляла всего 31%, что недопустимо мало для практических применений оптической прозрачности. Они также сообщили об альтернативном методе, в котором наночастицы ПТФЭ наносились распылением и термически иммобилизовались на открытой матрице SU-8. В процессе проявления SU-8 наночастицы ПТФЭ, распыленные на неэкспонированный слой SU-8, также были удалены. Пленка ПТФЭ-СУ-8, полученная этим альтернативным методом, показала краевой угол смачивания водой 165° ~ 167° и оптическую прозрачность до 80%.

Маркес-Веласко и др. сообщили о супергидрофобных поверхностях, изготовленных из SU-8, имеющих микро- и наноразмерную топографию [34]. В этой работе СУ-8 был спроектирован так, чтобы иметь цилиндрические и квадратные опоры с низким соотношением сторон и толщиной 45 мкм и 75 мкм. Затем стойки SU-8 были подвергнуты плазменной обработке O ₂ для придания шероховатости поверхности стойки SU-8, чтобы на SU-8 были сформированы субстолбы толщиной 20 нм (30 сек.) или 2 мкм (5 мин. травление). . Было показано, что субстолбы толщиной 2 мкм были слишком высокими и легко слипались, чтобы потерять свое назначение (двухмасштабная топография). Однако двухмасштабная топография SU-8, образованная 20 нм субстолбами, явно показала супергидрофобность (краевые углы > 157°, гистерезис контактного угла всего 5º). Хотя потенциал был, оптическая прозрачность двухмасштабной топографии этой пленки SU-8 не сообщалась.

Мы сообщили о методе создания оптически прозрачного массива микростолбиков SU-8 с наноструктурой в виде сверхгидрофобной тонкой пленки [35]. Как показано на рисунке 10, плотный массив конических микростолбчатых массивов SU-8 был изготовлен с использованием ранее описанного метода экспонирования задней стороны SU-8 [36]. Затем проводили изотропное сухое травление в течение 10 мин. с использованием плазмы O ₂ /CF ₄ (90% : 10%) мощностью 300 Вт в микроволновом плазменном травителе (TePla PS 300, PVA TePla America, Inc., Корона, Калифорния, США). Верхний и нижний диаметр микростолба SU-8 составлял 50 мкм и 85 мкм соответственно, а высота составляла 250 мкм с углом конусности 3° ~ 5° (рис. 11а и б). Процесс изотропного плазменного травления позволил получить нанопористые структуры (10 ~ 900 нм) равномерно на поверхности неплоских микростолбчатых структур (рис. 11c и d). Угол продвижения этой сверхгидрофобной тонкой пленки SU-8 находился в диапазоне 156° ~ 161° (скорость дозирования 0,025 мкл/с), а измеренный угол отвода составлял 122° ~ 127° (рис. 12). . Анализатор n&k показал, что оптическая прозрачность составляет 60 ~ 70%, что показывает возможность применения оптически прозрачных материалов (рис. 13).

Последовательность изготовления массива микростолбиков СУ-8 с наноструктурой. (а) центрифугирование, (b) экспозиция с обратной стороны, (c) формирование массива конических столбиков и (d) O ₂ /CF ₄ плазменное травление. Рисунок 11 (d) область верхней стойки, обработанная плазмой. С разрешения Journal of Micromechanic Microengineering, Copyright 2012.

Увеличенное изображение

Динамические краевые углы сверхгидрофобной тонкой пленки СУ-8. Рис. 13 С разрешения Journal of Micromechanic Microengineering, Copyright 2012.

Изображение в полный размер

Супергидрофобная тонкая пленка на основе ПДМС

Хотя искусственные супергидрофобные тонкие пленки на основе СУ-8 в целом показали превосходную гидрофобность, оптическая прозрачность в видимом диапазоне длин волн оказалась менее 80%. Для практических применений оптически прозрачных самоочищающихся тонких пленок очень желательно иметь оптическую прозрачность более 80%. Полидиметилсилоксан (PDMS) был одним из популярных материалов, изученных различными группами для применения в оптически прозрачных искусственных самоочищающихся тонких пленках. Популярность PDMS была обусловлена ​​многими благоприятными свойствами материала. Одними из ключевых свойств материала PDMS для оптически прозрачных супергидрофобных тонких пленок являются его низкая поверхностная энергия 190,8 мДж/см ² [37], высокая оптическая прозрачность в ультрафиолетовом и видимом диапазонах волн [38] и чрезвычайно низкий модуль Юнга (<4 МПа) [39], что делает ПДМС идеальным материалом для гибкого самоочищающегося супер -нанесение гидрофобной тонкой пленки для соответствия неплоским поверхностям произвольной формы. Он также известен надежным сохранением размеров в воспроизведенных прообразах мастер-модели с помощью мягкой литографии [40].

Хуанг и др. продемонстрировал плотный массив повторяющихся микролинз PDMS и микрочаш PDMS [41] с помощью одинарной и двойной мягкой литографии, соответственно, из массива высоких и острых пиков фоторезиста с использованием их уникальной техники 3D-диффузионной литографии [42]. Массив микрочашек PDMS показал угол контакта с водой примерно 164,6 ° и низкую адгезионную силу, что является выдающейся характеристикой для самоочищающихся тонкопленочных приложений. мне и др. также продемонстрировал прочную супергидрофобную и суперолеофобную поверхность с перевернутой трапециевидной микроструктурой на PDMS [43]. Опять же, они использовали свою уникальную 3D-литографию на задней стороне диффузора для изготовления формы фоторезиста, а трапециевидные структуры PDMS были воспроизведены с использованием метода мягкой литографии (рис. 14). Обратные прозрачные и гибкие трапециевидные микроструктуры PDMS имеют следующие размеры: шаг 40 мкм, диаметр 26 мкм вверху, диаметр 15 мкм внизу. Контактный угол трапециевидной поверхности PDMS с тефлоновым покрытием достигал 153°, а также продемонстрировал высокий контактный угол 135° при использовании капли метанола (рис. 15).

Уникальная трехмерная литография на задней стороне рассеивателя. (a) Схематическая диаграмма задней 3D-литографии диффузора, (b) СЭМ-изображение перевернутой трапеции с увеличением (50 мкм), (c) с увеличением (20 мкм), (d) с увеличением ( 5 мкм).

Изображение в полный размер

Характеристики супергидрофобности. (а) контактный угол трапеции с тефлоновым покрытием, (б) контактный угол метанола и (c) снимков высокоскоростной камеры изображения прыгающей капли воды.

Полноразмерное изображение

Недавно мы сообщили об очень простом одноэтапном методе изготовления гибкой, оптически прозрачной супергидрофобной тонкой пленки PDMS с использованием недоэкспонированной формы для фоторезиста [44]. Как показано на рисунке 16, в этом подходе намеренно используется значительный объем мягкого спекания, поэтому он позволяет фоторезисту удерживать достаточное количество растворителя, что, в свою очередь, значительно увеличивает скорость растворения фоторезиста в процессе проявления. Как только эти преднамеренные условия выпекания будут объединены с условиями воздействия, будет создана уникальная структура, подобная брокколи, с почти случайно созданной наноразмерной поверхностью из-за растворенных растворителей. Положительный PR, AZP4620 подвергся сильному обжигу в конвекционной печи при 88°C, а затем подвергся недостаточному воздействию дозы облучения 800 мДж/см 9 .0489 2 . После проявления фоторезиста с помощью проявителя AZ400K (1:3) внутри формы фоторезиста сформировались комбинированные иерархические структуры, подобные брокколи, в микро-/наномасштабе. Затем его воспроизвели с помощью PDMS в вакуумной печи, чтобы полностью воспроизвести чрезвычайно вогнутую область на поверхности фоторезиста. После отверждения ПДМС фоторезистивная форма была удалена с помощью AZ 400 T, чтобы безопасно отделить реплицированный ПДМС от формы. На рисунке 17 показаны СЭМ-изображения натурального листа лотоса в сравнении с воспроизведенными супергидрофобными поверхностями из ПДМС, полученными с помощью этого подхода. Как показано на рисунке 18, водный статический краевой угол составлял 157,7 ± 1°, 160 ± 1° и 161 ± 0,5° для капель объемом 4, 10 и 15 мкл, соответственно, что ясно показывает супергидрофобный характер тонкой пленки PDMS. . Углы контакта с водой были немного увеличены до диапазона 160° ~ 163° путем нанесения 100 нм фторуглерода (C _x F _y ) пленка. Оптический коэффициент пропускания голой пленки ПДМС находился в диапазоне 95 ~ 100%, в то время как коэффициент пропускания супергидрофобной пленки ПДМС в форме брокколи находился в диапазоне 94 ~ 98%, а покрытая фторуглеродом супергидрофобная пленка ПДМС находилась в диапазоне диапазон 88 ~ 92% при длине волны около 550 нм [45]. В качестве демонстрации приложения на рисунке 19 показано оптическое изображение солнечной панели, покрытой супергидрофобной пленкой PDMS, в которую были помещены две капли воды, чтобы продемонстрировать эффект самоочищения.

Схемы нанесения рисунка фоторезистом: (a) обычная литография, (b) условия недостаточной экспозиции и (c) условия недостаточной экспозиции и запекания. Рисунок 17 С разрешения IEEE MEMS, Copyright 2012.

Увеличить

Водно-статические краевые углы искусственных супергидрофобных поверхностей. Рис. 19 С разрешения IEEE MEMS, Copyright 2012.

Изображение полного размера

Суперлиофобные поверхности против жидких металлов

Жидкий металл – это металл в жидкой фазе при комнатной температуре. Поскольку он обладает свойством жидкости, которая постоянно деформируется, а также металлическими свойствами, такими как высокая тепло- и электропроводность, его можно применять в различных приложениях, таких как радиочастотный (RF) переключатель MEMS [46], электросмачивание диэлектриков (EWOD) [47], [48], настраиваемые и гибкие антенны [49], частотно-селективные поверхности (FSS) [50] и теплообмен [51] и другие. Для этих различных применений, поскольку окисление поверхности жидкого металла резко увеличивает смачиваемость, интерес представляла суперлиофобная поверхность по отношению к жидкому металлу.

Суперлиофобные поверхности против ртути

Наиболее известным жидким металлом является ртуть. Поверхностное натяжение и краевой угол контакта различных подложек с ртутью изучались с 1920-х годов. Зарегистрированное поверхностное натяжение ртути находится в диапазоне 400 ~ 516 мН/м [52] в воздушной среде при комнатной температуре. Обычно приемлемое значение поверхностного натяжения составляет  ~ 480 мН/м [53], что намного больше, чем у воды (72,9 мН/м). Следовательно, краевой угол ртути намного больше, чем у воды на той же твердой подложке, исходя из уравнения Юнга [9].].

Поскольку исследование краевого угла проводилось без разработки технологии микрообработки, большинство изучаемых подложек представляли собой просто плоскую поверхность, но обработанную различными химическими веществами, такими как материал с низкой поверхностной энергией, такой как тефлон (поверхностная энергия  ~ 18,5 мН/м). Ярнольд сообщил, что краевой угол набегания и отступления ртути на сталь, промытую эфиром, составлял 165° и 130° соответственно [54]. Грей также сообщил о динамическом краевом угле ртути на твердых субстратах с низким энергопотреблением, таких как полиэтилен, парафин и ПТФЭ. Наибольший угол опережения 151,7° был получен на подложке из ПТФЭ, а наименьший гистерезис краевого угла  ~ 0,2° был достигнут на парафиновом воске с чистой ртутью при кислотной обработке [55]. Эллисон и др. изучали динамические краевые углы ртути на различных подложках (вольфрам, нержавеющая сталь, никель, кварц, стекло, тефлон) при различных температурах в диапазоне 25 ~ 150°С [56]. Максимальный контактный угол продвижения 157° был измерен на тефлоне, поскольку тефлон является подложкой с «низкой поверхностной энергией» по сравнению с другими подложками с «высокой поверхностной энергией». Кроме того, для большинства подложек гистерезис краевого угла находился в диапазоне 0° ~ 3° с чистой очищенной ртутью, что означает, что ртуть можно легко скатывать с поверхности. Влияние температуры на поверхностное натяжение ртути было незначительным. Авасти и др. сообщил о статическом контактном угле ртути на графите как 152,5   ±   2 ° с применением «точечного метода», который также можно использовать для измерения высоких температур, поскольку контактный угол жидкого металла при высокой температуре полезен для практических приложений, таких как литье металлов. , сварка и пайка [57].

В частности, угол контакта ртути с диэлектрической подложкой был важным параметром для приложений EWOD [47], [48]. Шен и др. сообщил, что контактный угол линейных узоров с различным коэффициентом контакта (шириной линии на шаг) для ртути с использованием фотолитографии [47]. При уменьшении коэффициента контакта с 1 до 0,3 угол контакта увеличивается со 142° до 158°. Латорре и др. сообщил, что краевой угол ртути на окисленной кремниевой пластине составляет 137° со стандартным отклонением 8° [48].

Недавно Escobar et al. продемонстрировал сверхртутофобную поверхность с иерархической структурой. [58]. Термическое окисление создает пирамиды с субмикронными выступами, что приводит к иерархическим структурам с микро/нано структурами, как показано на рисунке 20. Контактный угол поверхностей алмаза, легированного бором, при термическом окислении превышает 175° без гистерезиса контактного угла (рисунок 21). .

Влияние термического окисления на топографию кристаллов. (a–d) АСМ-профиль участка 60 × 60 мкм ² микрокристаллической пленки (a, c) до и (b, d) после окисления. Глубина особенностей увеличивается примерно на 1,5 мкм. (e, f) SEM-изображения микрокристаллической поверхности алмаза (e) и (f) после термического окисления, демонстрирующие превращение плоских кристаллов в пирамидоподобные структуры с вершинами субмикронного размера. С разрешения Applied Surface Science, Copyright 2013.

Изображение полного размера

Контактный угол капли ртути. Контакт между каплями ртути, лежащими на поверхностях (а, б, в) и отрывающимися от них (г, д, е) . Столбцы соответствуют (а, г) полированному монокристаллу, (б, д) микрокристаллическому алмазу и (в, е) окисленному образцу.

Изображение полного размера

Суперлиофобные поверхности по отношению к жидкометаллическим сплавам на основе галлия

Нетоксичный жидкий металл на основе галлия в последнее время вызывает интерес, поскольку он обладает различными благоприятными свойствами, такими как более высокая температура кипения, более высокая тепло- и электропроводность по отношению к ртути [59]. Бинарный сплав на основе галлия (эвтектический сплав GaIn [8]) и тройной сплав (например, Galinstan® [59]) изучались для различных приложений. Однако у него есть сложная проблема, заключающаяся в том, что поверхность жидкометаллического сплава на основе галлия мгновенно окисляется на воздухе и смачивает практически любые поверхности [60]. Очень важно иметь несмачивающую суперлиофобную поверхность по отношению к жидкому металлу на основе галлия, но было очень мало сообщений о суперлиофобной поверхности для жидких металлических сплавов на основе галлия, вероятно, из-за сильной смачиваемости жидкого металла на основе галлия. сплавы.

Для предотвращения намокания Liu et al. измерял в среде с концентрацией кислорода ниже 1 ppm краевой угол продвижения и удаления чистого Galinstan® на различных подложках, таких как вольфрам, нитрид кремния, стекло, парилен, Teflon®, флогопит и мусковит. Было обнаружено, что Galinstan® не смачивается на всех поверхностях в данных условиях. Среди них мусковит продемонстрировал самый высокий контактный угол продвижения 163,6° и отступающий краевой угол 148,1°, что привело к наименьшему гистерезису краевого угла 15,5°, поскольку подложка имеет более высокую шероховатость поверхности по сравнению с другими [59].].

Жидкие металлические сплавы на основе галлия, не содержащие окислов, имеют решающее значение для некоторых приложений, таких как микропереключатели. Однако в других применениях, таких как микроохлаждение и FSS, поддержание истинной жидкой фазы жидкометаллического сплава на основе галлия не требуется. Недавно мы измерили статический краевой угол окисленного галинстана® на стекле, цитопе и тефлоне в воздушной среде [61]. Среди них тефлоновая подложка имеет наибольший контактный угол 140,3°. Однако краевой угол капли Galinstan® был увеличен до 152,5° путем удаления оксидного слоя с помощью паров соляной кислоты.

Кроме того, мы проверили эффективность иерархического микро-/наномасштабного метода формирования сверхгидрофобных тонких пленок для жидкометаллического сплава на основе галлия. Как описано в разделе 3.2.4, с помощью формы для фоторезиста с недостаточным обжигом и недостаточным экспонированием была изготовлена ​​многомасштабная матрица микростолбов с экстурированной поверхностью PDMS. Мы нашли состояния Кэсси и Венцеля, а также переходное состояние, как показано на рисунке 22[62]. Кроме того, мы изучили лиофобность при различном шаговом расстоянии в диапазоне 50 ~ 525 мкм микро-/наноразмерной иерархической массива микростолбов путем измерения углов контакта и скольжения (рис. 23). В сочетании с изучением контактных изображений на массивах микростолбов с различным шагом, краевые углы массивов микростолбов с шагом  < 275 мкм (в состоянии Кэсси) были выше, чем у массивов микростолпов с шагом  > 275 мкм (в состоянии Кэсси). государство Венцеля). Кроме того, угол скольжения можно было получить только на массивах микростолбов с шагом  < 275 мкм (в состоянии Кэсси). Самый высокий статический контактный угол 163° и самый низкий угол скольжения 17,4° были достигнуты на массиве столбов с шагом 175 мкм. Результат ясно показал, что высокий контактный угол и низкий угол скольжения были достигнуты за счет комбинированных иерархических текстур микро-/наномасштаба с оптимальным расстоянием шага.

Оксидированная капля Galinstan® объемом 7,8 мкл на (а) массиве столбиков с шагом 175 мкм, образующем несмачивающее состояние Кэсси (воздушные карманы), (b) массиве столбиков с шагом 275 мкм, который частично заполняет капля в текстуре поверхности (воздушные карманы и область без воздушных карманов) и (c) массив столбиков с шагом 525 мкм (без воздушных карманов), где капля полностью смачивает текстуру поверхности. С разрешения IEEE MEMS, Copyright 2012.

Полноразмерное изображение

Контактный угол и угол скольжения как функция шагового расстояния для 7,8 мкл окисленной капли Galinstan®. С разрешения IEEE MEMS, Copyright 2012.

Полноразмерное изображение

Выводы

Недавний прогресс в области иерархических микро-/наноструктур для искусственных супергидрофобных поверхностей и суперлиофобных поверхностей в сравнении с жидким металлом на основе галлия сплавы пересматриваются. Поскольку одним из ключевых факторов, влияющих на естественные супергидрофобные поверхности, являются двойные микро-/наноразмерные поверхности, было изучено большое разнообразие материалов и многочисленные подходы к изготовлению. Из них оптически прозрачные искусственные супергидрофобные поверхности представляют большой интерес для многих практических применений самоочищающихся поверхностей. Как SU-8, так и супергидрофобные самоочищающиеся поверхности на основе PDMS продемонстрировали многообещающие характеристики. Как продемонстрировали несколько групп, чрезвычайно важно одновременно реализовать супергидрофобные и суперолеофобные поверхности для использования в реальных приложениях.

Жидкие металлические сплавы на основе галлия являются одним из очень интересных материалов и имеют большой потенциал для использования в самых разных новых областях применения благодаря своим уникальным токопроводящим характеристикам наряду с постоянно деформируемыми жидкостными характеристиками. Из-за проблемы окисления важно иметь суперлиофобную поверхность по отношению к окисленному жидкому металлу на основе галлия. Недавно иерархические микро-/наноразмерные структуры были применены к суперлиофобным поверхностям по отношению к жидким металлам на основе галлия. Ожидается, что в ближайшие несколько лет многочисленные неисследованные возможности устройств на основе жидких металлов будут изучены на основе недавнего прогресса в области суперлиофобных поверхностей.

Ссылки

1. Smith J, Jones M Jr, Houghton L: Будущее медицинского страхования. N Engl J Med 1999, 965: 325–329.

   Google ученый

2. Byun D, ​​Hong J, Saputra KJ, Lee Y, Park H, Byun B, Lukes J: Характеристики смачивания поверхностей крыльев насекомых. J Bionic Eng 2009, 6: 63–70. 10.1016/S1672-6529(08)60092-X

   Артикул Google ученый

3. Feng L, Li S, Li Y, Li H, Zhang L, Zhai J, Song Y, Liu B, Jiang L, Zhu D: Супергидрофобные поверхности: от натуральных до искусственных. Adv Materials 2002, 14: 1857–1860. 10.1002/adma.2002

   Артикул Google ученый

4. Koch K, Barthlott W: Супергидрофобные и супергидрофильные поверхности растений: вдохновение для биомиметических материалов. Phil Trans Royal Soc A: Math, Phys Eng Sci 2009, 367: 1487–1509. 10.1098/rsta.2009.0022

   Артикул Google ученый

5. “>

   Бхушан Б., Юнг Ю.: Смачивание, адгезия и трение супергидрофобных и гидрофильных листьев и поверхностей с микро/наноузорами. J Phys: Cond Matter 2008, 20: 225010.

   Google ученый

6. Накадзима А., Фудзисима А., Хасимото К., Ватанабэ Т: Получение прозрачных супергидрофобных пленок бемита и кремнезема возгонкой ацетилацетоната алюминия. Adv Materials 1999, 11: 1365–1368. 10.1002/(SICI)1521-4095(199911)11:16<1365::AID-ADMA1365>3.0.CO;2-F

   Статья Google ученый

7. Hoefnagels H, Wu D, With G, Ming W: Биомиметические супергидрофобные и высокоолеофобные хлопчатобумажные ткани. Ленгмюр 2007, 23: 13158–13163. 10.1021/la702174x

   Артикул Google ученый

8. Dickey M, Chiechi R, Larsen R, Weiss E, Weitz D, Whitesides G: Эвтектический галлий-индий (EGaIn): жидкий металлический сплав для формирования стабильных структур в микроканалах при комнатной температуре. Adv Func Materials 2008, 18: 1097–1104. 10.1002/adfm.200701216

   Артикул Google ученый

9. Янг Т: Очерк о сцеплении жидкостей. Phil Trans Royal Soc London 1805, 95: 65–87. 10.1098/рстл.1805.0005

   Артикул Google ученый

10. Wenzel R: Устойчивость твердых поверхностей к смачиванию водой. Ind Eng Chem 1936, 28: 988–994. 10.1021/ie50320a024

    Артикул Google ученый

11. Baxter S, Cassie A: 8-Водоотталкивающие свойства тканей и новый тест на водоотталкивающие свойства. J Textile Ins Trans 1945, 36: T67-T90. 10.1080/19447024508659707

    Артикул Google ученый

12. Choi W, Tuteja A, Mabry J, Cohen R, McKinley G: Модифицированная зависимость Кэсси-Бакстера для объяснения гистерезиса контактного угла и анизотропии на несмачиваемых текстурированных поверхностях. J Colloid Int Sci 2009, 339: 208–216. 10.1016/j.jcis.2009.07.027

    Статья Google ученый

13. Hozumi A, McCarthy T: Ультралиофобные оксидированные алюминиевые поверхности с незначительным гистерезисом контактного угла. Ленгмюр 2009, 26: 2567–2573. 10.1021/la

    18

    Артикул Google ученый

14. Barthlott W, Neinhuis C: Чистота священного лотоса или защита от загрязнения биологических поверхностей. Планта 1997, 202: 1–8. 10.1007/s004250050096

    Артикул Google ученый

15. Burton Z, Bhushan B: Характеристика поверхности, адгезионные и фрикционные свойства гидрофобных поверхностей листьев. Ультрамикроскопия 2006, 106: 709–719. 10.1016/j.ultramic. 2005.10.007

    Артикул Google ученый

16. Bhushan B, Jung Y, Koch K: Микро-, нано- и иерархические структуры для супергидрофобности, самоочищения и низкой адгезии. Phil Trans Royal Soc A Math Phys Eng Sci 2009, 367: 1631–1672. 10.1098/рста.2009.0014

    Артикул Google ученый

17. Го З, Лю В: Биомимик из листьев супергидрофобных растений в природе: бинарная структура и унитарная структура. Plant Sci 2007, 172: 1103–1112. 10.1016/j.plantsci.2007.03.005

    Статья Google ученый

18. Cha T, Yi J, Moon M, Lee K, Kim H: Наноразмерное моделирование микротекстурированных поверхностей для контроля супергидрофобной прочности. Ленгмюр 2010, 26: 8319–8326. 10.1021/ла

02

Артикул Google ученый

19. “>

    Kang C, Lee S, Jung I, Jung P, Hwang S, Ko J: Изготовление узорчатых кремниевых наноконечников с использованием глубокого реактивного ионного травления. J Micromech Microeng 2008, 18: 075007. 10.1088/0960-1317/18/7/075007

    Артикул Google ученый

20. Роуч П., Шертклифф Н., Ньютон М.: Прогресс в разработке супергидрофобных поверхностей. Soft Matter 2008, 4: 224–240. 10.1039/b712575p

    Артикул Google ученый

21. Cortese B, D’Amone S, Manca M, Viola I, Cingolani R, Gigli G: Супергидрофобность из-за иерархической шкалы шероховатости поверхностей PDMS. Ленгмюр 2008, 24: 2712–2718. 10.1021/la702764x

    Артикул Google ученый

22. Wang M, Raghunathan N, Ziaie B: Нелитографический нисходящий электрохимический подход к созданию иерархических (микро − нано) супергидрофобных кремниевых поверхностей. Ленгмюр 2007, 23: 2300–2303. 10.1021/la063230l

    Артикул Google ученый

23. Бхушан Б., Юнг Ю., Нимец А., Кох К.: Лотосоподобные биомиметические иерархические структуры, созданные путем самосборки трубчатых растительных восков. Ленгмюр 2009, 25: 1659–1666. 10.1021/la802491k

    Артикул Google ученый

24. Ming W, Wu D, Benthem R, With G: Супергидрофобные пленки из малиноподобных частиц. Nano Lett 2005, 5: 2298–2301. 10.1021/nl0517363

    Артикул Google ученый

25. Бок Х, Ким С, Ю С, Ким С, Пак С: Синтез перпендикулярных массивов наностержней с иерархической архитектурой и супергидрофобными свойствами при скольжении воды. Ленгмюр 2008, 24: 4168–4173. 10.1021/la7026972

    Артикул Google ученый

26. Li H, Wang X, Song Y, Liu Y, Li Q, Jiang L, Zhu D: Пленки из углеродных нанотрубок с суперамфифобной ориентацией. J Am Chem Soc 2003, 40: 1743–1746.

    Google ученый

27. Lin J, Chu C, Chiang M, Tsai W: Манипулирование сборками глин с высоким коэффициентом сжатия и солями жирных аминов для формирования поверхностей, демонстрирующих эффект лотоса. Adv Materials 2006, 18: 3248–3252. 10.1002/adma.200600948

    Артикул Google ученый

28. Stöber W, Fink A, Bohn E: Контролируемый рост сфер монодисперсного кремнезема в микронном диапазоне размеров. J Colloid Int Sci 1968, 26: 62–69. 10.1016/0021-9797(68)

    -5

    Артикул Google ученый

29. “>

    Qian Z, Zhang Z, Song L, Liu H: Новый подход к малиновым частицам для супергидрофобных материалов. J Materials Chem 2009, 19: 1297–1304. 10.1039/b810808k

    Артикул Google ученый

30. Lau K, Bico J, Teo K, Chhowalla M, Amaratunga G, Milne W, McKinley G, Gleason K: Леса супергидрофобных углеродных нанотрубок. Nano Lett 2003, 3: 1701–1705. 10.1021/nl034704t

    Артикул Google ученый

31. Jung Y, Bhushan B: Механически прочные углеродные нанотрубки − композитные иерархические структуры с супергидрофобностью, самоочищением и низким сопротивлением. АКС Нано 2009, 3: 4155–4163. 10.1021/нн

    9р

    Артикул Google ученый

32. Чжан Дж., Чжоу В., Чан-Парк М., Коннер С.: Аргонно-плазменная модификация SU-8 для очень высокого соотношения сторон и плотной гальванопластики меди. J Electrochem Soc 2005, 152: C716-C721. 10.1149/1.2034519

    Артикул Google ученый

33. Hong L, Pan T: Фотографируемые супергидрофобные нанокомпозиты для микротехнологии. J Microelectromech Sys 2010, 19: 246–253. 10.1109/JMEMS.2010.2041189

    Артикул Google ученый

34. Маркес-Веласко Дж., Влахопулу М., Церепи А., Гоголидес Э.: Стабильные супергидрофобные поверхности, созданные двухмасштабной топографией на СУ-8. Микроэлектроника Eng 2010, 87: 782–785. 10.1016/j.mee.2009.11.113

    Артикул Google ученый

35. Yoon Y, Lee D, Lee J: Поверхностно-модифицированная наноструктурная решетка SU-8, оптически прозрачная супергидрофобная тонкая пленка. J Micromech Microeng 2012, 22: 035012. 10.1088/0960-1317/22/3/035012

    Артикул Google ученый

36. Ким К., Пак Д., Лу Х., Че В., Ким К., Ли Дж., Ан К.: Массив конических полых металлических микроигл с использованием обратной стороны SU-8. J Micromech Microeng 2004, 14: 597. 10.1088/0960-1317/14/4/021

    Артикул Google ученый

37. Hur S, Khang D, Kocabas C, Rogers J: Нанотрансферная печать с использованием нековалентных поверхностных сил: приложения к тонкопленочным транзисторам, в которых используются сети с однослойными углеродными нанотрубками и полупроводниковые полимеры. Appl Phys Lett 2004, 85: 5730–5732. 10.1063/1.1829774

    Артикул Google ученый

38. Jo B, Lerberghe L, Motsegood K, Beebe D: Изготовление трехмерных микроканалов из полидиметилсилоксанового (PDMS) эластомера. J Microelectromech Sys 2000, 9: 76–81. 10.1109/84.825780

    Артикул Google ученый

39. Fuard D, Tzvetkova-Chevolleau T, Decossas S, Tracqui P, Schiavone P: Оптимизация полидиметилсилоксановых (PDMS) субстратов для изучения клеточной адгезии и подвижности. Microelectronic Eng 2008, 85: 1289–1293. 10.1016/j.mee.2008.02.004

    Артикул Google ученый

40. Kim K, Park S, Lee J, Manohara H, Desta Y, Murphy M, Ahn C: Быстрое воспроизведение полимерных и металлических микроструктур с высоким соотношением сторон с использованием технологии PDMS и LIGA. Microsyst Tech 2002, 9: 5–10. 10.1007/s00542-002-0194-6

    Артикул Google ученый

41. Huang X, Kim D, Im M, Lee J, Yoon J, Choi Y: Геометрический эффект узорчатых поверхностей: смачиваемость и переключение силы сцепления. Малый 2009, 5: 90–94. 10.1002/смл.200800649

    Артикул Google ученый

42. Ли Дж., Чой В., Ли К., Юн Дж.: Простой и эффективный метод изготовления различных трехмерных микроструктур: трехмерная диффузионная литография задней стороны. J Micromech Microeng 2008, 18: 125015. 10.1088/0960-1317/18/12/125015

    Артикул Google ученый

43. Im M, Im H, Lee J, Yoon J, Choi Y: Прочная супергидрофобная и суперолеофобная поверхность с инверсно-трапецеидальными микроструктурами на большой прозрачной гибкой подложке. Мягкая материя 2010, 6: 1401–1404. 10.1039/b

    0h

    Артикул Google ученый

44. Yoon Y, Lee D, Ahn J, Sohn J, Lee J: Одноэтапное изготовление оптически прозрачной полидиметилсилоксановой пленки из листьев искусственного лотоса с использованием формы для фоторезиста с недоэкспонированием и обжигом. В Proc. 25-я Международная конференция IEEE по микроэлектромеханическим системам . Конференция IEEE MEMS, Париж, Франция; 2012: 301–304.

    Google ученый

45. Yoon Y, Lee D, Lee J: Изготовление оптически прозрачной пленки из искусственного листа лотоса из PDMS с использованием формы для фоторезиста с недоэкспонированием и недогревом. J Microelectromech Sys 2013, 22: 1073–1080. 10.1109/JMEMS.2013.2264729

    Артикул Google ученый

46. Sen P, Kim C: Микропереключатели на жидком металле: обзор. Trans Ind Elect 2009, 56: 1314–1330. 10.1109/TIE.2008.2006954

    Артикул Google ученый

47. Shen W, Kim J, Kim C: Управление силой сцепления для электростатического срабатывания микроразмерной капли ртути путем модификации физической поверхности. В Proc. 15-я международная конференция IEEE по микроэлектромеханическим системам . Конференция IEEE MEMS, Лас-Вегас, Невада, США; 2002: 52–55.

    Google ученый

48. Латорре Л., Ким Дж., Ли Дж., Гусман П., Ли Х., Нуэ П., Ким К.: Электростатическая активация микрокапель жидкого металла. J Microelectromech Sys 2002, 11: 302–308. 10.1109/JMEMS.2002.800934

    Артикул Google ученый

49. Kubo M, Li X, Kim C, Hashimoto M, Wiley B, Ham D, Whitesides G: Растяжимые микрожидкостные радиочастотные антенны. Adv Materials 2010, 22: 2749–2752. 10.1002/adma.200

    1

    Артикул Google ученый

50. Meng L, Bin Y, Behdad N: Настраиваемые жидкостью частотно-селективные поверхности. Comp Letter 2010, 20: 423–425. 10.1109/LMWC.2010.2049257

    Артикул Google ученый

51. Ма К, Лю Дж.: Тепловое жидкометаллическое охлаждающее устройство для регулирования температуры компьютерного чипа. J Phys D Appl Phys 2007, 40: 4722. 10.1088/0022-3727/40/15/055

    Артикул Google ученый

52. Николас М., Джойнер П., Тессем Б., Олсон М.: Влияние различных газов и паров на поверхностное натяжение ртути. J Phys Chem 1961, 65: 1373–1375. 10.1021/j100826a023

    Артикул Google ученый

53. Lide D: CRC Справочник по химии и физике . CRC Press, Бока-Ратон, Флорида; 2007.

    Google ученый

54. Yarnold G: Гистерезис угла контакта ртути. Proc Phys Soc 1946, 58: 120. 10.1088/0959-5309/58/1/312

    Артикул Google ученый

55. Серый V: Контактные углы ртути на низкоэнергетических твердых телах. Природа 1966, 209: 608–609. 10.1038/209608b0

    Артикул Google ученый

56. Эллисон А., Клемм Р., Шварц А., Грабб Л., Петраш Д.: Краевые углы ртути на различных поверхностях и влияние температуры. J Chem Eng Data 1967, 12: 607–609. 10.1021/je60035a037

    Артикул Google ученый

57. Авастхи А., Бхатт Ю., Гарг С.: Измерение краевого угла в системах с жидкими металлами. Meas Sci Tech 1996, 7: 753. 10.1088/0957-0233/7/5/005

    Артикул Google ученый

58. Escobar J, Garza C, Alonso J, Castillo R: Супермеркурифобные и гидрофобные алмазные поверхности с иерархической структурой: исчезновение гистерезиса краевого угла с ртутью. Appl Surf Sci 2013, 273: 692–701. 10.1016/j.apsusc.2013.02.114

    Статья Google ученый

59. Liu T, Sen P, Kim C: Характеристика нетоксичного жидкометаллического сплава Galinstan для применения в микроустройствах. J Microelectromech Sys 2012, 21: 443–450. 10.1109/JMEMS.2011.2174421

    Артикул Google ученый

60. Шарманн Ф., Черкашинин Г., Бретерниц В., Кнедлик С., Хартунг Г., Вебер Т., Шефер Дж.: Влияние вязкости на GaInSn, изученное методом РФЭС. Surf Int Anal 2004, 36: 981–985. 10.1002/sia.1817

    Артикул Google ученый

61. Kim D, Thissen P, Viner G, Lee D, Choi W, Chabal Y, Lee J: Восстановление характеристик несмачивания путем модификации поверхности капель жидкого металла на основе галлия с использованием паров соляной кислоты. ACS Appl Materials Int 2013, 5: 179–185. 10.1021/ам302357т

    Артикул Google ученый

62. Kim D, Lee D, Choi W, Lee J: Суперлиофобный микротоннель из PDMS как новая микрожидкостная платформа для окисленного Galinstan®. В Proc. 25-я Международная конференция IEEE по микроэлектромеханическим системам . IEEE, Париж, Франция; 2012: 1005–1008.

    Google ученый

Ссылки на скачивание

Благодарность

Авторы хотели бы поблагодарить доктора Донг-Веон Ли из Национального университета Чоннам и доктора Вондже Чоя из Техасского университета в Далласе за бесценные технические/научные обсуждения и сотрудников чистых помещений UTD. за их поддержку в работе по изготовлению устройств. Авторы также хотели бы поблагодарить армию Республики Корея (РК) за финансовую поддержку.

Информация об авторе

Авторы и организации

1. Департамент электротехники, Техасский университет в Далласе, Ричардсон, Техас, США

   Янгсам Юн, Daeyoung Kim & Jeong-Bong Lee

. также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

Автор, ответственный за корреспонденцию

Ёнсам Юн.

Дополнительная информация

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

Материалы авторов

YY выполнял исследовательские работы и обзор супергидрофобных поверхностей. ДК выполнял исследовательские работы и изыскания на жидкие металлы. JL руководил всеми исследовательскими работами и написанием рукописи. Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Оригинальные файлы изображений, представленные авторами

Ниже приведены ссылки на оригинальные файлы изображений, представленные авторами.

Оригинальный файл авторов для рисунка 1

Оригинальный файл авторов для рисунка 2

Оригинальный файл авторов для рисунка 3

Оригинал. файл для рисунка 5

Оригинальный файл авторов для рисунка 6

Оригинальный файл авторов для рисунка 7

Оригинальный файл авторов для рисунка 8

Оригинальный файл авторов для рисунка 9

АВТОРЫ. исходный файл к рис. 11

Авторский исходный файл к рис. 12

Авторский исходный файл к рис. 13

Авторский исходный файл к рис. 14

Оригинальный файл авторов для рисунка 15

Оригинальный файл авторов для рисунка 16

Оригинальный файл авторов для рисунка 17

АВТОРЫ. исходный файл к рис. 19

Авторский исходный файл к рис. 20

Авторский исходный файл к рис.