專利名稱：具有疏水和/或疏脂表面的裝置和制造該裝置的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有疏水表面(即其排斥水，不吸水或不溶于水)和/或“疏脂”表面(即，類似地，其排斥脂類物質，不吸脂或不溶于脂)的裝置，以及制造該裝置的方法。
背景技術：
超疏水表面的制造日益受到關注，因為該種表面應用于多個領域。
該種表面可通過改變它們的粗糙度和它們的表面能來獲得。
實際上，可以通過光刻法或機械加工的方法將幾何圖案刻在這種表面上。然后需要通過接枝(greffage)或沉積疏水化合物而使得這種表面疏水。它們也可以通過將微米顆粒分散到涂覆在該表面上的凝膠或樹脂中來獲得。在這種情況下，顆粒本身是疏水的。
還可以通過將納米纖維(即納米尺寸的纖維)沉積在這些表面上，隨后通過在這些納米纖維上進行化學反應來將這種表面制造成疏水的。
Huanjun Li、Xianbao Wang、Yanlin Song、Yungi Liu、Qianshu Li、Lei Jiang、和Daoben Zhu的文章“Super-Amphiphobic aligned carbonnanotube films”(Angew.Chem.Int.，Ed.2001，40，No.9，pages1743-1746)描述了膜的生成包括使碳納米纖維(NTC)排列成與基底的表面垂直并壓緊，具有一致的長度和直徑，然后將該納米纖維浸入水解的氟烷基硅烷(fluoroalthylsilane)的甲醇溶液中。
圖1示出了由通過化學反應制成疏水的該碳納米纖維10獲得的一種裝置的實例。如圖所示-每一碳納米纖維10位于表面11上，并且不與后者粘接。
-每一碳納米纖維10僅其上端12被制成疏水的。
-處理沒有連續(xù)性在每一碳納米纖維的全部表面上，在碳納米纖維之間的表面上。
這種處理非連續(xù)性主要是由用于使得碳納米纖維疏水的方法所導致的。由于毛細管現(xiàn)象，所用的液體試劑不能達到每個納米纖維10的全部表面。而且，這種液體試劑僅與碳反應，而不與下層表面反應。
在存在水蒸氣凝結現(xiàn)象的情況下，優(yōu)先在位于碳納米纖維之間的不疏水的表面13上形成水蒸氣。因此，該表面13必然被這種凝結和凝結所帶的雜質所污染。
本發(fā)明的目的是通過采用沉積聚合物薄膜的另一種方法來改進這樣的裝置的疏水性。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及一種具有疏水和/或疏脂表面的裝置，包括納米纖維層，例如碳納米纖維，其特征在于這些碳納米纖維被疏水和/或疏脂的連續(xù)聚合物薄膜(例如聚硅氧烷，或碳氟聚合物)完全包覆，并且這些納米纖維之間的表面覆蓋有相同的聚合物層。
本發(fā)明還涉及制造具有疏水和/或疏脂表面的裝置的方法，其包括在所述裝置的表面上沉積納米纖維的步驟，其特征在于它隨后包括通過干法物理沉積技術或通過電接枝技術實現(xiàn)的用疏水和/或疏脂聚合物來覆蓋這些納米纖維的步驟。
在一個實施例中，本發(fā)明的方法包括以下步驟-在部件的表面上沉積碳納米纖維的步驟，其依次包括通過PVD(物理氣相沉積)法沉積催化劑，在真空中在幾個103毫巴的壓力下沉積該催化劑，由氬離子流轟擊含有催化材料的目標(cible)，由此從目標中射出的原子覆蓋該表面，將由此被覆蓋的部件放入真空下的CVD爐的箱室中，以實現(xiàn)碳納米纖維的沉積，首先催化劑在該部件溫度升高的影響下轉變成液滴，隨后將碳氫化合物前體物導入該箱室中，在催化劑轉變成液滴的位置，進行碳納米纖維的生長。
-通過PECVD(等離子體增強化學氣相沉積)技術或電接枝技術，用疏水聚合物包覆納米纖維的步驟。
利用本發(fā)明，能夠制造疏水納米纖維，利用該納米纖維可以獲得液體在固體上非常大的接觸角，例如大于160°。
本發(fā)明的應用領域非常廣泛。例如，可以應用于制造-用于解析分析的電化學電極，-用于在紙上打印的噴墨系統(tǒng)，-用于生物分析微型系統(tǒng)中供給或保留液體的通道，-用于注射液態(tài)食物的活塞的表面，-熱交換器的結構板(plaques texturées)，-液體在其中流動、需要存在疏水表面的生物傳感器或微孔。
該技術也適用于自動清洗和/或抗凝結表面的需要。


圖1示出現(xiàn)有技術中設置有疏水表面的裝置。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明具有疏水表面的裝置。
圖3示出沉積在由本發(fā)明的裝置的納米纖維上端形成的表面上的水滴的形狀。
具體實施例方式
如圖2所示，本發(fā)明的裝置是具有疏水和/或疏脂表面的裝置，該表面包括納米纖維20(的)層(un tapis de nanofibres)，其用疏水和/或疏脂的、連續(xù)的聚合物薄膜21完全包覆。存在于這些納米纖維之間的表面22本身覆蓋有同樣的聚合物層。
聚合物薄膜的連續(xù)性允許納米纖維結合于或牢固地附著于表面23上。
通過干法物理沉積技術或電接枝技術可實現(xiàn)包覆(grainage)。
由此可以得到以下特性-所用的納米纖維的實例碳納米纖維-所用的聚合物薄膜的實例聚硅氧烷或碳氟聚合物(polymèrecarbofluoré)-納米纖維20的直徑約20-30nm-納米纖維的長度約3μm-疏水聚合物薄膜的厚度約50nm。
因此，制造這種具有疏水和/或疏脂表面的裝置的方法包括在所述裝置的表面上沉積納米纖維的步驟，以及之后通過干法物理沉積技術或電接枝技術用疏水和/或疏脂聚合物包覆這些納米纖維的步驟。
圖3示出沉積在由此處理的形成疏水表面31的碳納米纖維20層上的直徑約1.5mm的水滴30的形狀。該液滴30由于其重量而輕微地發(fā)生變形，因此，未變形的液滴的實際接觸角θ大于175°。
在超疏水層的實施例中，進行下列步驟-在部件的表面上沉積碳納米纖維層的步驟，依次包括
通過PVD法沉積催化劑，在真空中在幾個10-3毫巴的壓力下沉積該催化劑，用氬離子流轟擊含有催化材料的目標，由此從目標中射出的原子覆蓋該表面，為了進行碳納米纖維的沉積，將由此被覆蓋的部件放入真空的CVD(化學氣相沉積)爐中，限制的真空為幾個10-3毫巴，首先催化劑在部件溫度升高的影響下轉變成液滴，隨后將碳氫化合物前體物導入該箱室中，在催化劑轉變成液滴的位置，進行碳納米纖維的生長。
-通過PECVD技術或電接枝技術，用疏水聚合物包覆納米纖維的步驟。
在沉積步驟的過程中，壓力位于0.1毫巴到3毫巴之間。將聚硅氧烷前體物(六甲基二硅氧烷，八甲基環(huán)四硅氧烷，六甲基二硅烷，二苯基甲基硅烷，……)或碳氟聚合物前體物導入箱室中，并用載氣(氬，氦，氫，……)稀釋。沉積的納米纖維層的厚度約為幾百納米。
此外，值得注意的是，這種疏水材料雖然本質上是電絕緣體，但是當它在納米管上沉積為薄層時，具有不可忽略的電導特性。
因此可以想到使用這些覆蓋有疏水聚合物的納米管作為電極。具體地說，在沉積疏水材料之前，納米管的層可被構造為彼此分離的塊(pavés)，然后這些塊的每一個可用疏水聚合物覆蓋，以便重新構成電極的矩陣。
權利要求
1.一種具有疏水和/或疏脂表面的裝置，包括納米纖維(20)的層，其特征在于，這些納米纖維(20)被疏水和/或疏脂的連續(xù)聚合物薄膜完全包覆，并且這些納米纖維之間的表面(22)覆蓋有相同的所述聚合物的層。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述納米纖維(20)是碳納米纖維。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述聚合物薄膜是聚硅氧烷或碳氟聚合物。
4.一種用于制造具有疏水和/或疏脂表面的裝置的方法，其包括在所述裝置的表面上沉積納米纖維的步驟，其特征在于，它隨后包括通過干法物理沉積技術或通過電接枝技術用疏水和/或疏脂聚合物包覆這些納米纖維的步驟。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中，進行下列步驟在部件的表面上沉積碳納米纖維的步驟，其依次包括通過PVD法沉積催化劑，用氬離子流轟擊含有催化材料的目標，由此從所述目標中射出的原子覆蓋所述表面，將由此被覆蓋的所述部件放入真空的CVD爐中，以實現(xiàn)碳納米纖維的沉積，首先所述催化劑在所述部件溫度升高的影響下轉變成液滴，隨后將碳氫化合物前體物導入箱室中，在所述催化劑轉變成液滴的位置，進行碳納米纖維的生長，通過PECVD技術或電接枝技術，用疏水聚合物包覆納米纖維的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有疏水和/或疏脂表面的裝置，該表面包括納米纖維(20)的層，其中，這些納米纖維(20)被疏水和/或疏脂的連續(xù)薄膜完全包覆，并且其中，在這些納米纖維之間的表面(22)覆蓋有該相同的聚合物層。本發(fā)明還涉及制造該裝置的方法。
文檔編號D01F11/14GK1894048SQ200480037465
公開日2007年1月10日 申請日期2004年12月16日 優(yōu)先權日2003年12月19日
發(fā)明者馬克·普利索尼耶, 弗蘭克·魯佩爾, 弗雷德里克·加亞爾, 埃馬努埃萊·魯維埃 申請人:法國原子能委員會