專(zhuān)利名稱(chēng)：制造極疏水性表面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的產(chǎn)生極疏水性表面的方法，特別是在材料 上產(chǎn)生極疏水性表面的方法，該方法包括將用于使表面結(jié)構(gòu)化的顆粒噴霧導(dǎo)向待結(jié)構(gòu)化的 表面以便將該表面結(jié)構(gòu)化，并且用疏水性材料涂覆該結(jié)構(gòu)化表面。本發(fā)明還涉及根據(jù)權(quán)利 要求17前序部分的用于生產(chǎn)極疏水性表面的設(shè)備，特別是用于在材料上生產(chǎn)極疏水性表 面的設(shè)備，所述設(shè)備包括用于將顆粒噴霧導(dǎo)向待結(jié)構(gòu)化的表面以便將該表面結(jié)構(gòu)化的裝置 和用于涂覆該結(jié)構(gòu)化表面的涂覆裝置。
背景技術(shù)：
就若干產(chǎn)品的性能而言，表面結(jié)構(gòu)起重要作用。已知的例子是Lotus表面，其中 疏水性表面轉(zhuǎn)變?yōu)闃O疏水性表面，這是因?yàn)楸砻嫣峁┯斜舜艘?0-40微米的距離間隔開(kāi)的 突出部，并且還因?yàn)檎麄€(gè)表面含有尺寸為200-2000納米的蠟晶。最通常地，可以稱(chēng)通過(guò)改 變表面的微/納米結(jié)構(gòu)，初始親水性或疏水性的表面可以轉(zhuǎn)變?yōu)闃O親水性或極疏水性的表 面。當(dāng)制造自清潔表面或保持易于清潔的表面時(shí)極親水性和/或極疏水性的表面在經(jīng)濟(jì)上 有重要意義。在本上下文中，超疏水性表面定義為水滴的接觸角大于120°的表面。1967年 11 月 21 日公開(kāi)的Ε. I. du Pont de Nemours and Company 的美國(guó)專(zhuān)利No. 3 354 022披露了一種拒水性表面，其拒水性是基于提供有彼此以最多1000微米的平均距離 間隔開(kāi)且具有所述平均距離至少一半的高度的突出部的表面。2004 年 11 月 2 日公開(kāi)的 Creavis Gesell schaftf Ur Technologieund Innovation GmbH的美國(guó)專(zhuān)利No. 6 811 856 B2披露了具有通過(guò)表面上的高度差異(其通 過(guò)將顆粒貼附到表面產(chǎn)生)形成的疏水性表面結(jié)構(gòu)的自清潔表面。顆粒尺寸為20-500nm。除自清潔能力外，疏水性表面特別當(dāng)設(shè)法降低通道流動(dòng)阻力時(shí)具有明顯的流控 性(fluidics)。2005 年2月 8 日公開(kāi)的 Entegris，Inc.的美國(guó)專(zhuān)利 No.6 852 390 B2 披露了通過(guò)均勻成型的與表面的微或納米尺度差異產(chǎn)生的超疏水性表面。在Physics of Fluids, vol. 16，no.12，2004 年 12 月，Jia 0u, Blair Perot & Jonathan P.Rothstein, "Laminardrag reduction in microchannels using ultrahydrophobicsurfaces", 4635-4643頁(yè)，顯示了如果流動(dòng)通道的表面具有均勻的微米尺度結(jié)構(gòu)，則可以很大地降低層 狀流動(dòng)通道的流動(dòng)阻力。自清潔表面例如在窗玻璃中具有很大的經(jīng)濟(jì)重要性。2006年2月14日公開(kāi)的 Ferro Corporation的美國(guó)專(zhuān)利No. 6 997 018 B2披露了一種將玻璃表面微米和納米結(jié)構(gòu) 化的方法。該方法是基于當(dāng)玻璃產(chǎn)品的溫度在700-1200°C范圍內(nèi)時(shí)將直徑小于400nm的無(wú) 機(jī)顆粒貼附到玻璃表面?？梢詫⒈砻婢鶆蚧蚍蔷鶆虻?即無(wú)規(guī)律地)結(jié)構(gòu)化。實(shí)際上，無(wú)規(guī)律結(jié)構(gòu)化的表 面更有意義，這是因?yàn)樗鼈冎圃斐杀据^低。通過(guò)若干方法如光刻、蝕刻、微沖壓、化學(xué)氣相沉 積(CVD)和物理氣相沉積(PVD)在表面上制造微米和納米結(jié)構(gòu)。
2001 年 10 月 30 日公開(kāi)的 Studiengesellschaft Kohle mbH 的美國(guó)專(zhuān)利 Νο·6 309 798 Bl披露了一種將表面納米結(jié)構(gòu)化的光刻方法。該光刻方法需要多階段表面處理，因此 對(duì)于將大表面結(jié)構(gòu)化不是有利的方法。2002 年 10 月 22 日公開(kāi)的 Samsung SDI Co. ,Ltd.的美國(guó)專(zhuān)利 No. 6468 916 B2 披 露了 一種形成納米尺寸的表面結(jié)構(gòu)的方法。該方法包含若干步驟形成微米結(jié)構(gòu)，使碳聚合 物層沉積在微米結(jié)構(gòu)化表面的頂部，第一等離子體蝕刻處理，產(chǎn)生掩膜層，和第二反應(yīng)性蝕 刻。因此該方法也需要多階段表面處理，所以其對(duì)于將大表面結(jié)構(gòu)化不是有利的方法。美國(guó)專(zhuān)利No. 6 997 018中描述的將玻璃表面結(jié)構(gòu)化的方法是用于大表面的有用 結(jié)構(gòu)化方法，但其限于在大于70(TC的溫度下將玻璃狀表面結(jié)構(gòu)化。現(xiàn)有技術(shù)的方法不能夠在材料的大表面上產(chǎn)生極疏水性表面。此外，已知的方法 和裝置不能夠以使得其可用于工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的可控和可調(diào)方式產(chǎn)生極疏水性表面。因此， 需要存在這樣的方法，該方法對(duì)于實(shí)施大且在光學(xué)上無(wú)瑕疵的表面是有用和有利的。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供一種方法和一種實(shí)施該方法的設(shè)備以便能夠解決上述 問(wèn)題。通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1特征部分的方法實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的，其特征在于包括至少 以下步驟通過(guò)至少一個(gè)沖擊噴嘴將大于確定尺寸d2的顆粒從顆粒噴霧分離，并將這些顆粒 導(dǎo)向待結(jié)構(gòu)化的表面從而使它們與待結(jié)構(gòu)化的表面碰撞，在其上產(chǎn)生結(jié)構(gòu)；和通過(guò)使用氣相沉積方法涂覆該結(jié)構(gòu)化表面，其中對(duì)該結(jié)構(gòu)化表面進(jìn)行起始材料的 交替表面反應(yīng)。通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求15特征部分的裝置進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的，其特征在于 用于將顆粒噴霧導(dǎo)向待結(jié)構(gòu)化的表面的裝置包含至少一個(gè)用于將大于確定尺寸d2的顆粒 從顆粒噴霧分離的沖擊噴嘴，并且該設(shè)備還包括用于對(duì)結(jié)構(gòu)化表面進(jìn)行起始材料的交替表 面反應(yīng)的氣相沉積裝置。本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案公開(kāi)于從屬權(quán)利要求中。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)沖擊器可首先將大于直徑Cl1的顆粒從顆粒組Gtl中分離出。接 著，讓顆粒組通過(guò)后續(xù)的沖擊器噴嘴，并讓大于直徑d2的顆粒與待改性的表面碰撞，于是它 們給表面提供了尺寸取決于直徑Cl1和d2的結(jié)構(gòu)。通過(guò)顆粒d2在表面上產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)至少是 納米結(jié)構(gòu)，但是其還可以包含納米結(jié)構(gòu)和微米結(jié)構(gòu)兩種。另外，通過(guò)沖擊器可以將大于直徑 (13的顆粒從同一顆粒組中分離出，其后還將大于直徑d4(<d3)的顆粒分離出并讓其通過(guò)后 續(xù)的沖擊噴嘴且使其與待改性的表面碰撞，所述顆粒給表面提供了尺寸取決于直徑(13和d4 并且尺度小于取決于直徑Cl1和屯的結(jié)構(gòu)的尺度的結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，可以在移動(dòng)腹板(web)的 表面上產(chǎn)生所述結(jié)構(gòu)，所述移動(dòng)腹板能夠在同一處理期間在相同表面上產(chǎn)生不同尺度的結(jié) 構(gòu)。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，根據(jù)該方法的結(jié)構(gòu)化還可以分多于兩個(gè)階段產(chǎn)生，并且 直徑(12和(13還可以尺寸相等。根據(jù)上述，本發(fā)明的方法首先使能夠在待結(jié)構(gòu)化的表面上產(chǎn) 生微米結(jié)構(gòu)和隨后的納米結(jié)構(gòu)。這通過(guò)在給定的時(shí)間適當(dāng)?shù)剡x擇與待結(jié)構(gòu)化的表面碰撞的 顆粒的尺寸得以實(shí)現(xiàn)。在這種情形中，第一沖擊噴嘴用于將大于確定尺寸d2的顆粒從顆粒噴霧分離出，所述顆粒導(dǎo)向待結(jié)構(gòu)化的表面從而使它們與待結(jié)構(gòu)化的表面碰撞并且在其上 磨蝕出基本上微米結(jié)構(gòu)，第二沖擊噴嘴用于將大于確定尺寸d4(d4 < d2)的顆粒從顆粒噴霧 分離出，所述顆粒導(dǎo)向待結(jié)構(gòu)化的表面從而使它們與待結(jié)構(gòu)化的表面碰撞并且在其上磨蝕 出基本上納米結(jié)構(gòu)。換言之，在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和方法中，可以串聯(lián)設(shè)置沖擊噴嘴使得在 第一沖擊噴嘴中，由顆粒噴霧產(chǎn)生較粗的顆粒分布，讓例如小于尺寸d2的顆粒從其到達(dá)用 于產(chǎn)生較細(xì)顆粒分布的后續(xù)沖擊噴嘴，等等。根據(jù)該方法，表面可以提供有通常具有1-1000微米尺度的微米結(jié)構(gòu)和/或通常具 有1-1000納米尺度的納米結(jié)構(gòu)。在該方法中，與待結(jié)構(gòu)化的表面碰撞的顆粒在表面上磨 蝕出結(jié)構(gòu)，在該情況中一旦顆粒與待結(jié)構(gòu)化的表面碰撞則它們彈離該表面，或者，替代地， 至少一些與待結(jié)構(gòu)化的表面碰撞的顆粒變得貼附到該表面，在待結(jié)構(gòu)化的表面上沉積出結(jié) 構(gòu)。在一些情形中還應(yīng)注意，待結(jié)構(gòu)化表面的磨蝕和沉積還可以至少部分地同時(shí)進(jìn)行。是 否通過(guò)磨蝕或沉積發(fā)生表面結(jié)構(gòu)化的事實(shí)主要取決于表面材料和其次取決于所用顆粒的 性能例如顆粒的運(yùn)動(dòng)量和尺寸。在結(jié)構(gòu)化后，將具有結(jié)構(gòu)化表面的產(chǎn)品置于氣相沉積裝置例如原子層沉積裝置 內(nèi)，在該裝置中對(duì)結(jié)構(gòu)化表面進(jìn)行起始材料的交替表面反應(yīng)從而使疏水性涂層沉積在結(jié)構(gòu) 化表面上。表面結(jié)構(gòu)和涂層疏水性的組合作用使最終的表面極其疏水。優(yōu)選地，將根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備整合到例如如下的產(chǎn)品制造或處理過(guò)程 中浮法玻璃制造裝置、平板玻璃回火裝置、金屬片生產(chǎn)或處理裝置、塑料膜對(duì)輥式 (roller-to-roller)處理裝置、塑料產(chǎn)品擠出工藝、陶瓷磚生產(chǎn)過(guò)程等。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人 員明顯的是，這些僅僅是將裝置整合的優(yōu)選方式的例子，它們并不限制根據(jù)本發(fā)明的裝置 在其它應(yīng)用中的使用。根據(jù)本發(fā)明的方法和實(shí)施該方法的設(shè)備使能夠以可控和可調(diào)的方式產(chǎn)生極疏水 性表面。此外，本發(fā)明能夠在大表面上產(chǎn)生極疏水性表面，因此能夠按工業(yè)規(guī)模產(chǎn)生極疏水 性表面。


現(xiàn)結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案并參考附圖更為詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1顯示了本發(fā)明的實(shí)施方案并且描述了根據(jù)本發(fā)明的將表面結(jié)構(gòu)化的方法；圖2顯示了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，其中在將表面結(jié)構(gòu)化之前從氣溶膠中除去 最小顆粒；和圖3顯示了在表面的ALD涂覆后結(jié)構(gòu)化表面的疏水性。
具體實(shí)施例方式圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明方法的實(shí)施方案的單階段結(jié)構(gòu)化設(shè)備1的示意性橫截面， 該圖描述了根據(jù)本發(fā)明的方法。優(yōu)選地，設(shè)備1包括用于將含有顆粒3的氣溶膠給進(jìn)到設(shè) 備1中的裝置2、用于控制室4內(nèi)氣溶膠壓力的裝置(未顯示)、沖擊噴嘴5、收集器基材6、 用于將氣溶膠輸送到另一個(gè)沖擊噴嘴7的裝置、用于將氣溶膠輸送到到待結(jié)構(gòu)化的表面9 的裝置8、用于將氣溶膠從待結(jié)構(gòu)化的表面9輸送走的裝置10和用于控制氣溶膠排放通道 的壓力的裝置(未顯示)。在最簡(jiǎn)單的情況下，氣溶膠的流速可充當(dāng)壓力控制器，但是在必要時(shí)，可以使室4內(nèi)的壓力提高到高于正常的空氣壓力，和/或氣溶膠排放通道10可以具 有低于正常的空氣壓力的壓力。將包含顆粒3的氣溶膠給進(jìn)到該設(shè)備的室4中，讓氣溶膠 通過(guò)第一沖擊噴嘴5。將收集器基材6沿流動(dòng)方向設(shè)置在該第一沖擊噴嘴5后，在所述基材 上捕獲/貼附大于尺寸Cl1的顆粒，而使小于Cl1的顆粒向前到達(dá)第二沖擊噴嘴7從而使大于 確定尺寸d2的顆粒能夠從顆粒噴霧分離出，這些顆粒被輸送到待結(jié)構(gòu)化的表面9從而使它 們與該待結(jié)構(gòu)化的表面9碰撞。沖擊噴嘴的操作通?；诘氖聦?shí)是，經(jīng)過(guò)沖擊噴嘴的噴嘴 狹口的顆粒速度根據(jù)顆粒的性能以及噴嘴狹口的尺寸和性能而加速，由此所述顆粒在經(jīng)過(guò) 噴嘴狹口時(shí)獲得一定動(dòng)量。當(dāng)噴嘴的下游側(cè)提供有來(lái)自沖擊噴嘴的顆粒噴霧朝向?qū)虻幕?材時(shí)，具有足夠動(dòng)能的顆粒與基材表面碰撞而使不具有足夠動(dòng)量的顆粒遠(yuǎn)離基材的表面從 而使它們不與表面碰撞。因此，大于確定尺寸D的顆粒獲得用于它們與基材碰撞的足夠動(dòng) 量，而小于所述尺寸D的顆粒不與基材碰撞。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，如果給進(jìn)到設(shè)備1的氣溶膠不含有大于尺寸Cl1的 顆粒，則沖擊噴嘴5和收集器基材6可以從設(shè)備1中省除。待供給到設(shè)備1的氣溶膠含有可以是任意形狀的顆粒3。優(yōu)選地，所述顆粒的形狀 與球形不同并且顆粒的表面提供有棱邊等。本申請(qǐng)中給出的數(shù)學(xué)等式來(lái)自William C. Hinds, AerosolTechnology, Properties, Behavior and Measurement of AirborneParticles,第 2 版，John Wiley & Sons, Inc. , New York,1999。沖擊噴嘴5的狹口的寬度是將大于尺寸Cl1的顆粒收集到收集器基材6上的重要 參數(shù)。收集器基材6的收集有效性Ef取決于斯托克斯數(shù)(Stokes number) (Stk)，對(duì)于沖擊 噴嘴的矩形狹口其通過(guò)下式確定 其中τ為馳豫時(shí)間，U為氣體速度，H為沖擊噴嘴6狹口的寬度，Pp為顆粒密度， dp為顆粒直徑，C。為Cunningham修正系數(shù)，η為粘度。氣體速度U基本上受室4和排放通 道10的壓力的影響。如果顆粒不是球形的，則等式1的顆粒尺寸必須通過(guò)動(dòng)力尺寸系數(shù)X (其通常為 1-2)修正。小于顆粒尺寸Cl1的顆粒進(jìn)入沖擊噴嘴7 (其中顆粒的速度加速)而大于尺寸d2的 顆粒與待結(jié)構(gòu)化的表面9碰撞。該方法的目的是，與待結(jié)構(gòu)化的表面9碰撞的顆粒彈離表面 9，在表面9上留下掩膜，該掩膜使表面結(jié)構(gòu)化，或者，替代地，變得貼附到表面9，在其上沉 積出結(jié)構(gòu)。對(duì)于較大的顆粒和較高的顆粒速度以及對(duì)于由硬材料構(gòu)成的顆粒，顆粒彈離表 面的現(xiàn)象更為可能。為了磨蝕表面9，優(yōu)選使用氧化物顆粒如氧化鋁、碳化物顆粒如碳化硅 或氮化物顆粒如氮化硼作為用于設(shè)備1的顆粒。另外，顆粒彈離表面受待結(jié)構(gòu)化表面的材 料和初始結(jié)構(gòu)的影響，在將該方法用于將平滑、堅(jiān)硬和潔凈的表面例如玻璃或金屬表面結(jié) 構(gòu)化時(shí)，最優(yōu)選使用該方法。因此，與待結(jié)構(gòu)化的表面碰撞的顆粒在待結(jié)構(gòu)化的表面上至少 產(chǎn)生納米結(jié)構(gòu)。換言之，在本發(fā)明中納米結(jié)構(gòu)通過(guò)給待結(jié)構(gòu)化的表面提供更多材料、或者通 過(guò)從待結(jié)構(gòu)化的表面除去材料、或者通過(guò)使顆粒與其碰撞使待結(jié)構(gòu)化的表面改性而產(chǎn)生。
如果顆粒速度沒(méi)有超過(guò)下式定義的臨界速度V。，則不發(fā)生顆粒彈起，其中b是常數(shù)，其取決于所用材料(顆粒和表面)和幾何形狀，并且其通常為 l-100X10_6m2/S，da為顆粒的空氣動(dòng)力學(xué)直徑。圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的單階段結(jié)構(gòu)化設(shè)備1的示意性橫截面。 優(yōu)選地，設(shè)備1包括用于將含有顆粒3的氣溶膠給進(jìn)到設(shè)備1中的裝置2、用于控制室4內(nèi) 氣溶膠壓力的裝置(圖中沒(méi)有描繪壓力控制裝置)、虛擬沖擊器11 (其使小于和大于尺寸d2 的顆粒分離)、用于將小于顆粒尺寸d2的顆粒從設(shè)備12輸送走的裝置、將氣溶膠輸送到待 結(jié)構(gòu)化表面9的裝置8、將氣溶膠從待結(jié)構(gòu)化表面9輸送走的設(shè)備10和用于控制氣溶膠排 放通道壓力的裝置(未顯示)。在最簡(jiǎn)單的情況下，氣溶膠的流速可充當(dāng)壓力控制器，但是 在必要時(shí)，可以使室4內(nèi)的壓力提高到高于正常的空氣壓力，和/或氣溶膠排放通道10可 具有低于正常的空氣壓力的壓力。根據(jù)該實(shí)施方案的設(shè)備提供了在小于顆粒尺寸d2的顆 粒與待結(jié)構(gòu)化的表面9碰撞之前可從氣流中除去小于顆粒尺寸d2的顆粒的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)樵?氣流的絕大部分通到通道12，使虛擬沖擊器的出口 13收縮以提高顆粒的速度。在所有實(shí)施 方案中，還可以例如借助于電場(chǎng)或以其它方式通過(guò)在沖擊噴嘴后提供另外的氣流來(lái)提高顆 粒的速度。通過(guò)實(shí)施例研究了根據(jù)本發(fā)明的方法在室溫玻璃或鋁表面上產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。通過(guò)穿 孔裝置由鋁箔制造具有25mm直徑的球形片件，并將該片件負(fù)載到Dekati Oy制造的沖擊 器(ELPI)內(nèi)，對(duì)于不同的沖擊器等級(jí)，在30納米-10微米尺寸范圍內(nèi)。另外，替代標(biāo)準(zhǔn)的 收集器基材，相同的沖擊器提供有定制的收集器基材并且在該收集器基材中安裝由鈉玻璃 制成的球形片件。通過(guò)根據(jù)芬蘭的專(zhuān)利No. 98832的液體火焰噴霧設(shè)備產(chǎn)生納米尺寸的氧 化鋁顆粒(Al2O3)。在液體火焰噴霧中，使用原料溶液(其中將64g硝酸鋁溶解于76g甲醇 中)。以17ml/min的速度將該溶液給進(jìn)到液體火焰噴霧中。類(lèi)似地，為了產(chǎn)生火焰，將氫 氣以50ml/min的體積流速和將氧氣以251/min的體積流速給進(jìn)到液體火焰噴霧中。使該 原料溶液在液體火焰噴霧中蒸發(fā)并氣化，產(chǎn)生小鋁顆粒。當(dāng)與液體火焰噴霧噴嘴的前表面 的收集距離為IOOmm時(shí)，則將所述顆粒中的一些收集到上述沖擊器中。在第一測(cè)量中，測(cè)定 顆粒尺寸分布的峰，該峰在約IlOnm處?；厥諟y(cè)量中所用的鋁基材用于SEM測(cè)量。接著， 將定制的基材和玻璃樣品放置在設(shè)定于尺寸分布峰的沖擊器處，并且使同一樣品穿過(guò)沖擊 器。在所述輪次后用餐具洗滌劑和水洗滌該樣品。然后通過(guò)掃描電子顯微鏡(放大倍率為 60000X并且加速電壓為IOkV)分析所述樣品。根據(jù)所述測(cè)試，觀察到的是，對(duì)于根據(jù)實(shí)施 例的參數(shù)，根據(jù)本發(fā)明的方法在玻璃表面上產(chǎn)生長(zhǎng)度約IOOnm和厚度為若干納米的刮痕。 納米尺寸的顆粒基本上沒(méi)有變得貼附到玻璃的表面。根據(jù)所述測(cè)試，觀察到通過(guò)與相對(duì)軟 的鋁表面緊密碰撞產(chǎn)生顆粒的方法所處理的鋁表面，在其上產(chǎn)生納米結(jié)構(gòu)。換言之，顆粒貼 附到鋁表面，在其上沉積出結(jié)構(gòu)。上述實(shí)施方案中公開(kāi)的溶液可以彼此組合，并且有可能與不同尺寸的設(shè)備串聯(lián)配 合使得第一設(shè)備在表面上產(chǎn)生微米結(jié)構(gòu)和第二設(shè)備在該微米結(jié)構(gòu)的上面產(chǎn)生納米結(jié)構(gòu)。本 發(fā)明的方法和設(shè)備不受所用顆粒的尺寸和/或?qū)虼Y(jié)構(gòu)化表面的顆粒的尺寸的限制，這是因?yàn)橛膳c其碰撞的顆粒引起的待結(jié)構(gòu)化表面的磨蝕或者沉積在所述表面上的結(jié)構(gòu)取決 于待結(jié)構(gòu)化表面的材料和性能以及取決于顆粒的材料和性能。因此，提供在各個(gè)待結(jié)構(gòu)化 表面上的結(jié)構(gòu)是與表面碰撞的顆粒的性能和待結(jié)構(gòu)化表面本身的性能組合作用的結(jié)果。在結(jié)構(gòu)化后，通過(guò)氣相沉積方法涂覆所述表面，其中對(duì)結(jié)構(gòu)化表面進(jìn)行起始材料 的交替表面反應(yīng)。一種這樣的氣相沉積方法是原子層沉積法。疏水性涂層可以通過(guò)原子層 沉積(ALD)法例如通過(guò)鋁化合物和氟化合物工藝如TMA(三甲胺)/氟烷基硅烷工藝制得。 在該過(guò)程中，反應(yīng)室(Beneq TFS500 ALD反應(yīng)器)的溫度為70°C，起始材料溫度對(duì)于氟烷 基硅烷(CF3 (CF2) 7CH2CH2Si (OCH3) 3)為50°C，對(duì)于TMA為20°C，對(duì)于水為20°C。過(guò)程循環(huán)如 下H2O 脈沖 60 秒N2沖洗脈沖60. 5秒20次循環(huán)包括〇TMA脈沖250毫秒〇N2沖洗脈沖5. 5秒〇H2O脈沖250毫秒〇N2沖洗脈沖5. 5秒TMA 脈沖 2 秒N2沖洗脈沖500毫秒氟烷基硅烷脈沖20分鐘N2沖洗脈沖500毫秒在涂覆后，產(chǎn)品具有通過(guò)本發(fā)明方法產(chǎn)生的極疏水性表面。后涂覆產(chǎn)品的疏水性可以通過(guò)在表面上設(shè)置一滴水來(lái)證明。圖3顯示了水滴相對(duì) 于該表面的接觸角使得該表面具有極疏水性。當(dāng)玻璃表面足夠硬時(shí)，可以將根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備用于通過(guò)磨蝕將玻璃表面 結(jié)構(gòu)化。當(dāng)玻璃溫度低于冷卻下限例如在鈉玻璃低于490°C的情形中時(shí)該條件得到滿(mǎn)足。 因此，可以將根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備整合到玻璃生產(chǎn)線(xiàn)(浮法玻璃生產(chǎn)線(xiàn))中或者在玻璃加工 線(xiàn)的玻璃溫度低于冷卻下限的位置處。應(yīng)注意的是當(dāng)玻璃表面是軟的時(shí)，該條件當(dāng)玻璃溫 度高于冷卻極限時(shí)得到滿(mǎn)足，根據(jù)本發(fā)明的方法可以用于提供具有結(jié)構(gòu)的玻璃表面，所述 結(jié)構(gòu)不是由表面磨蝕作用(如在硬玻璃的情形中)而是通過(guò)納米材料沉積作用引起的。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的方法還可以用于將例如金屬表面結(jié)構(gòu)化，如在生產(chǎn)用于指 紋拒絕(rejecting)金屬表面的納米結(jié)構(gòu)化的表面時(shí)。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，隨著技術(shù)進(jìn)展，本發(fā)明的基本思想可以按許多不 同方式實(shí)施。因此本發(fā)明及其實(shí)施方案不限于上述實(shí)施例，而是可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi) 改變。
權(quán)利要求
一種在材料上產(chǎn)生接觸角大于120度的極疏水性表面的方法，該方法包括將用于使表面結(jié)構(gòu)化的顆粒噴霧導(dǎo)向待結(jié)構(gòu)化的表面以便將該表面結(jié)構(gòu)化，并且用疏水性材料涂覆該結(jié)構(gòu)化表面，特征在于該方法包括至少以下步驟通過(guò)至少一個(gè)沖擊噴嘴(7、11)將大于確定尺寸d2的顆粒從顆粒噴霧分離，并將這些顆粒導(dǎo)向待結(jié)構(gòu)化的表面(9)從而使它們與待結(jié)構(gòu)化的表面(9)碰撞，在其上產(chǎn)生結(jié)構(gòu)；和通過(guò)氣相沉積方法涂覆該結(jié)構(gòu)化表面，其中對(duì)該結(jié)構(gòu)化表面進(jìn)行起始材料的交替表面反應(yīng)。
2.按權(quán)利要求1所要求的方法，其特征在于通過(guò)原子層沉積(ALD)法涂覆所述結(jié)構(gòu)化表面。
3.按權(quán)利要求1或2所要求的方法，其特征在于使用至少鋁化合物和氟化合物作為待 通過(guò)氣相沉積法或原子層沉積法沉積的涂層劑的起始材料。
4.按權(quán)利要求3所要求的方法，其特征在于氟化合物原料為氟烷基硅烷。
5.按前述權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)要求的方法，其特征在于通過(guò)至少一個(gè)沖擊噴嘴(7、 11)將大于確定尺寸d2的顆粒從顆粒噴霧分離，并將這些顆粒導(dǎo)向待結(jié)構(gòu)化的表面(9)從 而使它們與待結(jié)構(gòu)化的表面(9)碰撞，產(chǎn)生具有1-1000納米尺度的納米結(jié)構(gòu)和/或具有 1-1000微米尺度的微米結(jié)構(gòu)。
6.按前述權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)要求的方法，其特征在于將大于確定尺寸d2的顆粒導(dǎo) 向待結(jié)構(gòu)化的表面(9)從而使它們?cè)谄渖夏ノg出結(jié)構(gòu)。
7.按前述權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)要求的方法，其特征在于將大于確定尺寸d2的顆粒導(dǎo) 向待結(jié)構(gòu)化的表面(9)從而使它們中的至少一些變得貼附到待結(jié)構(gòu)化的表面(9)，在其上 沉積出結(jié)構(gòu)。
8.按前述權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)要求的方法，其特征在于在將大于尺寸d2的顆粒從顆 粒噴霧分離之前，將大于確定尺寸Cl1的顆粒從顆粒噴霧分離出，其中Cl1大于d2。
9.按前述權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)要求的方法，其特征在于在大于尺寸d2的顆粒與待結(jié) 構(gòu)化的表面碰撞之前，將小于確定尺寸d2的顆粒從顆粒噴霧分離出。
10.按前述權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)要求的方法，其特征在于通過(guò)虛擬沖擊器將小于尺 寸d2的顆粒分離。
11.按前述權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)要求的方法，其特征在于大于確定尺寸d2的顆粒的 平均速度高于這些顆粒和待結(jié)構(gòu)化表面的臨界速度特性，以低于臨界速度的速度運(yùn)動(dòng)的顆 粒變得貼附到待結(jié)構(gòu)化的表面。
12.按權(quán)利要求11所要求的方法，其特征在于通過(guò)增大沖擊噴嘴中或其后顆粒的速 度，將大于確定尺寸d2的顆粒的速度提高到高于臨界速度。
13.
14.按前述權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)要求的方法，其特征在于所用顆粒(3)為氧化物、碳 化物或氮化物顆粒。
15.按前述權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)要求的方法，其特征在于根據(jù)前述權(quán)利要求中任一 項(xiàng)的方法，其特征在于通過(guò)所述方法在待結(jié)構(gòu)化的表面(9)上首先產(chǎn)生微米結(jié)構(gòu)和隨后的 納米結(jié)構(gòu)。
16.按權(quán)利要求15所要求的方法，其特征在于通過(guò)第一沖擊噴嘴(5)將大于確定尺寸 d2的顆粒從顆粒噴霧分離出，并將這些顆粒導(dǎo)向待結(jié)構(gòu)化的表面(9)從而使它們與待結(jié)構(gòu) 化的表面(9)碰撞并在其上磨蝕出基本上微米結(jié)構(gòu)，通過(guò)第二沖擊噴嘴(7)將大于確定尺 寸山的顆粒從顆粒噴霧分離出，并將這些顆粒導(dǎo)向待結(jié)構(gòu)化的表面(9)從而使它們與待結(jié) 構(gòu)化的表面(9)碰撞并在其上磨蝕出基本上納米結(jié)構(gòu)，其中d4 < d2。
17.一種在材料上產(chǎn)生接觸角大于120度的極疏水性表面的設(shè)備，該設(shè)備包括用于將 顆粒噴霧導(dǎo)向待結(jié)構(gòu)化的表面(9)從而將該表面結(jié)構(gòu)化的裝置(1)和用于涂覆該結(jié)構(gòu)化表 面的涂覆裝置，其特征在于用于將顆粒噴霧導(dǎo)向待結(jié)構(gòu)化的表面(9)的裝置(1)包括至少 一個(gè)用于將大于確定尺寸Cl2的顆粒從顆粒噴霧分離的沖擊噴嘴(7)，并且該設(shè)備還包括用 于對(duì)結(jié)構(gòu)化表面進(jìn)行起始材料的交替表面反應(yīng)的氣相沉積裝置。
18.按權(quán)利要求17所要求的設(shè)備，其特征在于氣相沉積裝置包括用于涂覆結(jié)構(gòu)化表面 的原子層沉積反應(yīng)器。
19.按權(quán)利要求17或18所要求的設(shè)備，其特征在于裝置(1)包括至少一個(gè)用于將大于 確定尺寸Cl1的顆粒從顆粒噴霧分離的其它沖擊噴嘴(5)，Cl1 > d2。
20.按前述權(quán)利要求17-19中任一項(xiàng)要求的設(shè)備，其特征在于裝置(1)包括至少一個(gè)用 于將小于確定尺寸d2的顆粒從顆粒噴霧分離的虛擬沖擊噴嘴(11)。
21.按前述權(quán)利要求17-20中任一項(xiàng)要求的設(shè)備，其特征在于裝置(1)包括用于提高沖 擊噴嘴(5、7、11)中或其后的顆粒噴霧速度的裝置。
22.按前述權(quán)利要求17-21中任一項(xiàng)要求的設(shè)備，其特征在于將所述設(shè)備整合到處于 玻璃溫度低于玻璃冷卻下限位置的平板玻璃的制造或加工線(xiàn)中。
23.按前述權(quán)利要求15-19中任一項(xiàng)要求的設(shè)備，其特征在于將設(shè)備(1)整合到金屬產(chǎn) 品的制造或加工線(xiàn)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及在材料上產(chǎn)生疏水性表面的方法和設(shè)備。本發(fā)明包括將用于使表面結(jié)構(gòu)化的顆粒噴霧導(dǎo)向待結(jié)構(gòu)化的表面以便將該表面結(jié)構(gòu)化，并且用疏水性材料涂覆該結(jié)構(gòu)化表面。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)至少一個(gè)沖擊噴嘴(7、11)將大于確定尺寸d2的顆粒從顆粒噴霧分離出，并將所述顆粒導(dǎo)向待結(jié)構(gòu)化的表面(9)從而使它們與待結(jié)構(gòu)化的表面(9)碰撞，在其上產(chǎn)生結(jié)構(gòu)。接著，通過(guò)氣相沉積方法涂覆該結(jié)構(gòu)化表面，其中對(duì)該結(jié)構(gòu)化表面進(jìn)行起始材料的交替表面反應(yīng)。
文檔編號(hào)C23C16/455GK101909819SQ200880123810
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2008年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月10日
發(fā)明者J·考皮南, M·拉加拉, M·馬克拉 申請(qǐng)人:Beneq有限公司