基于含金属的化合物的光滑面制造技术

一种制备具有光滑面的物体的方法包括提供含金属表面，化学修饰该含金属表面以粗化所述含金属表面，和在粗化的含金属表面上配置润滑层，其中所述润滑层充分稳定在粗化的含金属表面上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于含金属的化合物的光滑面相关申请本申请要求在2012年7月13日提交的美国临时专利申请号61/671,645和61/671,442以及2012年7月19日提交的美国临时专利申请号61/673,705的优先权，这些专利的全部内容通过引用并入本文。本专利技术还涉及以下在与此同日提交的共同未决的申请：题为“SELECTIVEWETTINGANDTRANSPORTSURFACES”的国际申请和题为“MULTIFUNCTIONREPELLENTMATERIALS”的国际申请，这些申请的全部内容通过引用并入本文。政府权利声明本专利技术在由美国国防部授予的N66001-11-1-4180和美国海军部门授予的N00014-11-1-0641和美国能源部授予的DE-AR0000326的政府支持下进行。所述政府在本专利技术中具有确定的权利。
本申请的领域通常涉及光滑面、形成它们的方法和它们的用途。
技术介绍
当前发展的抗液体表面是受动物、昆虫和植物的多种自然表面的自清洁能力的启发。在这些自然表面上的水滴容易滚落和滑落，带走灰尘或昆虫。在许多这些自然表面上存在的微/纳米结构被归因于防水功能。由于其广泛的潜在应用，从防水纤维织物到摩擦下降的表面，这些观察已引起制造仿生防水表面的巨大兴趣。创造可以抗各种物体的憎一切物质的表面并能够在任一材料上产生该表面有时候是有利的。
技术实现思路
描述了具有选择性润湿和运输性能的抗液体表面及其在多种领域中的应用。在一个方面，公开的主题包括制备具有光滑表面的物体的方法，所述方法包括提供含金属表面、化学修饰该含金属表面以粗糙化该含金属表面，并在粗化的含金属表面上配置润滑层，其中所述润滑层充分稳定在粗化的含金属表面上。在一些实施方案中，该方法还包括粗化的含金属表面的功能化，以增强粗化的含金属表面对润滑层的亲和力。在一些实施方案中，所述金属选自Li、Be、B、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Cs、Ba、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Tl、Pb、Bi、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或它们的组合。在一些实施方案中，所述含金属表面包括铝且所述粗化的含金属表面包括勃姆石。在一些实施方案中，所述提供步骤包括提供基本纯的金属或金属合金基底。在一些实施方案中，所述提供步骤包括在任意基底上沉积含金属薄膜以形成含金属表面。在一些实施方案中，所述提供步骤包括在一种基质上沉积含金属的溶胶-凝胶前驱体以形成含金属表面。在一些实施方案中，所述化学修饰步骤包括使含金属表面与环境反应以形成多孔的含金属的化合物层。在一些实施方案中，所述多孔的含金属的化合物层的厚度在10nm-1000μm范围内。在一些实施方案中，所述多孔的含金属的化合物层是光学透明的。在一些实施方案中，所述多孔的含金属的化合物层在200nm-400nm的波长内是光学透明的。在一些实施方案中，所述多孔的含金属的化合物层在400nm-700nm的波长内光学透明的。在一些实施方案中，所述多孔的含金属的化合物层在700nm-1000nm的波长内是光学透明的。在一些实施方案中，所述多孔的含金属的化合物层包含选自金属氧化物、金属氢氧化物、金属羟基氧化物、金属盐类、有机和无机酸、金属硫化物、金属硒化物、金属碲化物、金属氮化物、金属磷化物、金属锑化物，金属砷化物，有机金属或配位化合物或者它们的混合物的化合物。在一些实施方案中，所述多孔的含金属的化合物层包含金属氧化物纳米棒、纳米管、纳米纤维或纳米线。在一些实施方案中，所述多孔的含金属的化合物层包含纯的或混合的金属脂肪酸盐、金属羧化物或金属有机膦酸酯。在一些实施方案中，所述多孔的含金属的化合物层包含氧化钨。在一些实施方案中，所述化学修饰步骤包括溶剂分解和热处理中的至少一中以产生粗化的含金属表面。在一些实施方案中，所述溶剂分解包括水解、醇解、以酸为基础的反应、以碱为基础的反应、氧化反应、水热反应或溶剂热反应。在一些实施方案中，以酸为基础的反应至少使用有机酸或者无机酸中的一种。在一些实施方案中，所述含金属的溶胶-凝胶前驱体包含致孔剂。在一些实施方案中，所述方法进一步包括在含金属溶胶-凝胶前驱体在基底上沉积后，将致孔剂从含金属表面脱除。在一些实施方案中，所述方法还包括预处理基底以改善基底和含金属溶胶-凝胶层的粘附。在一些实施方案中，所述预处理步骤包括等离子体处理所述基底。在一些实施方案中，所述预处理步骤包括用强氧化剂处理所述基底。在一些实施方案中，所述预处理步骤包括在基底上应用助粘剂。在一些实施方案中，所述助粘剂包括多巴胺或聚多巴胺。在一些实施方案中，所述助粘剂包括Ti或Cr。在一些实施方案中，所述含金属的溶胶-凝胶前驱体是光可固化的。在一些实施方案中，所述含金属的溶胶-凝胶前驱体是溶胶-凝胶氧化铝前驱体且所述粗化的含金属表面包含勃姆石。在一些实施方案中，所述功能化步骤包括将粗化的含金属表面暴露于至少一种形式为(T)n-A-(R)a(OR)b(O)c(H)d(OH)e的有机衍生物，其中T是暴露在表面上的末端官能团，A是选自B、C、N、Si、P、S的中心原子，R是烷基，OR是烷氧基，O与中心原子A双重键合的氧或硫，H是氢，OH是与中心原子双重键合的羟基或硫醇基或仲胺基团，下标n、a、b、c、d、e是等于或大于0的整数，且下标n、a、b、c、d、e和与中心原子的氧化值匹配。在一些实施方案中，至少一种有机衍生物是硫醇、硅烷、磺酸、羧酸、膦酸、次膦酸、磷酸或它们的酯。在另一方面，公开的主题包括制备具有光滑面的物体方法，所述方法包括提供含金属表面，使所述表面经受水解以在其上形成金属氢氧化物层，通过热处理将所述金属氢氧化物层转化为具有高比表面的金属氧化物或金属羟基氧化物层，功能化所述金属氧化物或羟基氧化物层以增强其对润滑层的亲和力，和在所述金属氧化物或羟基氧化物层上配置润滑层，其中所述润滑层充分稳定在所述金属氧化物或羟基氧化物层上以形成抗性表面。在一些实施方案中，所述金属包括铝且所述金属氧化物层包括勃姆石。在另一个方面，公开的主题包括制备光滑面的方法，所述方法包括通过在表面上流动助粘剂处理表面，通过在所述表面上流动含金属的溶胶-凝胶前驱体将含金属的溶胶-凝胶前驱体涂覆在所述表面上，化学修饰所述表面以在所述表面上形成多孔含金属层，通过在所述表面上流动功能化剂使所述多孔含金属层功能化以增强所述多孔含金属层与润滑剂层的亲和力，和通过在所述表面上流动润滑剂将润滑层施加于所述多孔含金属表面层上，其中所述润滑层在所述多孔含金属层内和上充分稳定以形成抗性表面。在一些实施方案中，所述化学修饰步骤包括使所述表面经受水解以在其上形成金属氢氧化物层，并通过热处理将所述金属氢氧化物层转化为多孔含金属层。在一些实施方案中，所述助粘剂包含多巴胺或聚多巴胺，所述含金属的溶胶-凝胶前驱体是溶胶-凝胶氧化铝前驱体，且所述多孔含金属层包括勃姆石。在一些实施方案中，所述表面是流体通道的内表面。在一些实施方案中，所述表面是复杂弯曲的表面。在一些实施方案中，所述表面是物体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备具有光滑面的物体的方法，所述方法包括：提供含金属表面；化学修饰该含金属表面以粗化所述含金属表面；和在粗化的含金属表面上配置润滑层，其中所述润滑层充分稳定在粗化的含金属表面上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.07.13 US 61/671,645;2012.07.13 US 61/671,442;1.一种制备具有排斥目标气体、颗粒或液体的表面的物体的方法，所述方法包括：提供含金属表面；化学修饰该含金属表面以粗化所述含金属表面；化学功能化所述粗化的含金属表面，以增强粗化的含金属表面对润滑液的亲和力；和在粗化的含金属表面上配置润滑液，其中所述润滑液浸入并稳定附着于粗化的含金属表面并且所述润滑液在含金属表面上形成排斥目标气体、颗粒或液体的疏水、疏油或憎一切物质的层；其中所述疏水、疏油或憎一切物质的层具有至少0.4μm的厚度；其中所述功能化包括将粗化的含金属表面暴露于至少一种形式为(T)n-A-(R)a(OR)b(O)c(H)d(OH)e的有机衍生物，其中T是暴露在表面上的末端官能团；A是选自B、C、N、P、S的中心原子；R是烷基；OR是烷氧基；O与中心原子A双重键合的氧或硫；H是氢；OH是与中心原子双重键合的羟基或硫醇基或仲胺基团；下标n、a、b、c、d、e是等于或大于0的整数；下标n、a、b、c、d、e的和与中心原子的氧化值匹配。2.根据权利要求1所述方法，其中所述金属选自Li、Be、B、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Cs、Ba、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Tl、Pb、Bi、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或它们的组合。3.根据权利要求1所述方法，其中所述含金属表面包括铝且所述粗化的含金属表面包括勃姆石。4.根据权利要求1所述方法，其中所述提供步骤包括提供基本纯的金属或金属合金基底。5.根据权利要求1所述方法，其中所述提供步骤包括在任意基底上沉积含金属薄膜以形成含金属表面。6.根据权利要求1所述方法，其中所述提供步骤包括在基底上沉积含金属的溶胶-凝胶前驱体形成含金属表面。7.根据权利要求1所述方法，其中所述化学修饰步骤包括使含金属表面与环境反应以形成多孔的含金属的化合物层。8.根据权利要求7所述方法，其中所述多孔的含金属的化合物层的厚度在10nm-1000μm范围内。9.根据权利要求7所述方法，其中所述多孔的含金属的化合物层是光学透明的。10.根据权利要求9所述方法，其中所述多孔的含金属的化合物层在200nm-400nm的波长内是光学透明的。11.根据权利要求9所述方法，其中所述多孔的含金属的化合物层在400nm-700nm的波长内是光学透明的。12.根据权利要求9所述方法，其中所述多孔的含金属的化合物层在700nm-1000nm的波长内是光学透明的。13.根据权利要求7所述方法，其中所述多孔的含金属的化合物层包含选自金属氧化物、金属氢氧化物、金属羟基氧化物、金属盐类、有机和无机酸、金属硫化物、金属硒化物、金属碲化物、金属氮化物、金属磷化物、金属锑化物，金属砷化物、有机金属化合物或配位化合物和它们的混合物的化合物。14.根据权利要求7所述方法，其中所述多孔的含金属的化合物层包含金属氧化物纳米棒、纳米管、纳米纤维或纳米线。15.根据权利要求7所述方法，其中所述多孔的含金属的化合物层包含纯的或混合的金属脂肪酸盐、金属羧化物或金属有机膦酸酯。16.根据权利要求7所述方法，其中所述多孔的含金属的化合物层包含氧化钨。17.根据权利要求1所述方法，其中所述化学修饰步骤包括溶剂分解和热处理中的至少一种以产生粗化的含金属表面。18.根据权利要求17所述方法，其中所述溶剂分解包括水解、醇解、以酸为基础的反应、以碱为基础的反应、氧化反应、水热反应或溶剂热反应。19.根据权利要求18所述方法，其中所述以酸为基础的反应至少使用有机酸或者无机酸中的一种。20.根据权利要求6所述方法，其中所述含金属的溶胶-凝胶前驱体包含致孔剂。21.根据权利要求20所述方法，进一步包括在所述含金属的溶胶-凝胶前驱体沉积在基底上后，将致孔剂从含金属表面脱除。22.根据权利要求6所述方法，进一步包括预处理所述基底以改善所述基底和含金属的溶胶-凝胶层的粘附。23.根据权利要求22所述方法，其中所述预处理步骤包括等离子体处理所述基底。24.根据权利要求22所述方法，其中所述预处理步骤包括用强氧化剂处理所述基底。25.根据权利要求22所述方法，其中所述预处理步骤包括将助粘剂应用在所述基底上。26.根据权利要求25所述方法，其中所述助粘剂包括多巴胺或聚多巴胺。27.根据权利要求25所述方法，其中所述助粘剂包括Ti或Cr...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔安娜·艾森贝格，迈克尔·艾森贝格，菲尔赛奥克·金，
申请(专利权)人：哈佛学院，
类型：发明
国别省市：美国;US