全疏性多孔膜及其制造方法技术

形成拒液表面，其中拒液性仅由凹陷表面结构产生。所述拒液表面是多孔膜，其包含六边形堆积的微腔，每个微腔具有位于其顶部的窄开口。所述表面机械稳健，因为微结构以连续的方式相互连接。制造方法包括产生包含单分散微滴的均匀乳液，将所述乳液沉积在基底上，并通过蒸发连续相流体中的溶剂来固化乳液沉积物。

Fully Sparse Porous Membrane and Its Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】全疏性多孔膜及其制造方法专利
本专利技术大体上涉及拒液固体表面和制造方法。专利技术背景对水和低表面张力液体具有大于90°的表观接触角的全疏性（omniphobic）表面具有极多的潜在应用，例如自清洁、化学屏蔽、不结垢、水-油分离等。为了获得全疏性（omniphobicity），即排斥水(疏水性)和排斥油(疏油性)的能力，悬垂或凹陷结构是必需的。凹陷结构防止液体的完全润湿(Wenzel状态)，但保留了复合固体-液体-蒸气界面(Cassie状态)。凹陷形貌特征可以是良好控制的或随机的。前一种类型包括微峰林、反梯形、微盘、微柱和衬线-T结构，而后者包括胶体颗粒聚集体和电纺丝纤维的沉积物。相比于随机结构，良好控制的拓扑结构可以被系统地设计和优化以实现更好的全疏性。表面拓扑结构也显著地影响表面的机械耐久性。离散的表面结构(例如柱状悬垂结构)具有非常差的机械稳定性，因为带槽侧壁的悬垂部分不可避免地产生预定断裂点。与此相反，自支撑或连续结构(例如胶体颗粒聚集体和织物)显示出改善的机械耐久性。为了提高表面排斥性在实际使用中的寿命，具有稳健的机械稳定性的良好控制的全疏性表面是优选的。之前的制造技术已取得相当大的进展，但仍然非常需要改善来产生用于长期使用的明确限定的表面。基本上，制造技术被分类为自上而下和自下而上方法。自上而下方法，例如光刻，能够制造明确限定的表面形态，但表面机械稳定性差。与此相反，自下而上方法(包括电沉积、静电纺丝、旋涂、喷涂、溶胶-凝胶合成和模板辅助合成)可以产生具有较好的机械耐久性的自支撑表面，但表面结构通常是随机的。极少数的方法能够产生具有明确限定的结构的机械稳定的表面。专利技术概述本专利技术涉及具有导致表面全疏性的凹陷结构的拒水且拒油的多孔表面或多孔膜的新设计和制造具有良好控制的表面形态的表面的微流控乳液模板法。这种形态呈现出改善的机械稳定性。此外，该制造技术是简单、低成本、通用和可规模放大的。在本专利技术的一些示例性实施方案中，拒液表面包括具有薄饼状形状的六边形致密堆积（packed）的微腔的多孔膜。每个微腔在其顶部的中心处具有圆形窄开口。窄开口的尺寸和微腔的尺寸可独立地变化。窄开口的尺寸小于微腔，由此在所述表面的顶部产生凹陷结构。微腔的最小几何角度位于窄开口的边缘，为接近0°的值。凹陷结构和非常低的几何角度(≈0°)有助于排斥各种液体，称为全疏性。因为微腔通过它们的垂直侧壁彼此隔开，所以全疏性表面能够实现可逆的Cassie至Wenzel转变。另外，由于表面的微结构以连续的方式相互连接，所以改善了表面的机械稳定性。此外，由于表面是自立式的和柔性的，因此所述表面可以被转化成具有各种形状的物体，同时保留全疏性。此外，通过选择合适的材料，可以使所述表面光学透明和化学稳定。本专利技术涉及一种拒液表面，其包括：包含六边形堆积的微腔的多孔膜，所述微腔在其顶部的中心处具有窄开口，其中所述窄开口形成导致拒液性的凹陷结构。在本专利技术的一个实施方案中，所述微腔是薄饼状形状。在本专利技术的一个实施方案中，所述表面的微腔是相同的、或50-99％相同、或60-99％相同、或70-99％相同、或80-99％相同、或90％-99％相同。在本专利技术的一个实施方案中，所述微腔是堆积的。在本专利技术的一个实施方案中，所述微腔通过垂直侧壁彼此隔开。在本专利技术的一个实施方案中，所述侧壁的厚度小于所述微腔的半径。在本专利技术的一个实施方案中，所述微腔的半径为3微米-600微米，或6微米-300微米，或9微米-200微米。在本专利技术的一个实施方案中，所述窄开口具有圆形形状。在本专利技术的一个实施方案中，所述窄开口是相同的、或50-99％相同、或60-99％相同、或70-99％相同、或80-99％相同、或90％-99％相同。在本专利技术的一个实施方案中，所述窄开口的半径r为3微米-600微米，或6微米-300微米，或9微米-200微米。在本专利技术的一个实施方案中，所述窄开口的半径r与所述微腔的半径R之比r/R为0-1。在本专利技术的一个实施方案中，所述窄开口的半径r和所述微腔的半径R独立地变化。在本专利技术的一个实施方案中，所述表面的高度h大于所述微腔的半径R。在本专利技术的一个实施方案中，所述表面的高度h大于所述窄开口的半径r。在本专利技术的一个实施方案中，所述表面的高度h为3微米-600微米，或6微米-300微米，或9微米-200微米。在本专利技术的一个实施方案中，所述微腔的最小几何角度位于所述窄开口的边缘。在本专利技术的一个实施方案中，所述最小几何角度接近0°。在本专利技术的一个实施方案中，所述表面能够实现可逆的Cassie至Wenzel润湿转变。在本专利技术的一个实施方案中，所述表面是机械稳健的，因为它可以承受以0.5cm/s的恒定速度历经40个周期、在低于8.6kPa的载荷下在一个方向施加10cm和在正交90°的方向施加10cm的砂纸磨损试验而无显著损坏。在本专利技术的一个实施方案中，当所述表面由光学透明材料制成时，其是光学透明的，从而使得相比于原玻璃而言，对于380-780nm的可见光谱中的光波长，透明度降低不超过20％。在本专利技术的一个实施方案中，所述表面是柔性的。在本专利技术的一个实施方案中，所述表面是自立式的。在本专利技术的一个实施方案中，如果使用化学稳定的材料来形成微腔，则所述表面是化学稳定的。本专利技术还涉及制造拒液表面的方法，其包括：通过使用微流控技术产生包含单分散微滴和连续相流体的均匀乳液，其中所述连续相流体包含溶剂和可固化的溶质或可分散物质；将所述乳液沉积到基底上，以形成乳液沉积物；和通过蒸发所述连续相流体中的溶剂来固化所述乳液沉积物，以形成液滴模板。所述溶剂没有必要特别限定，并且可以包括挥发性溶剂。例如，所述挥发性溶剂可以是一种或多种挥发性溶剂(至少像水般挥发，包括水)。在本专利技术的一个实施方案中，所述挥发性溶剂可以包括乙醇、异丙醇、丙醇、二甲亚砜、二甲醚、二乙醚、丁烷、丙烷、异丁烯、乙酸乙酯、丙酮、水或其组合中的一员。在本专利技术的另一个实施方案中，所述挥发性溶剂可以包括乙酸异戊酯、变性酒精、甲醇、丙醇、异丙醇、异丁烯、戊烷、己烷、氯丁醇、松节油、环五硅氧烷、环二甲基硅酮、甲基乙基酮或其组合。所述挥发性溶剂可以包括任何以上实施方案中所阐述的挥发性溶剂的混合物或组合。优选的挥发性溶剂是乙醇、水或其组合。在本专利技术的一个实施方案中，本专利技术的全疏性表面或全疏性膜包含可固化的两亲性材料或溶质或可分散物质或由其制成。在本专利技术的一个实施方案中，可固化的两亲性材料或溶质或可分散物质可以选自磺化烃类及其盐、泊洛沙姆、聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯脱水山梨糖醇脂肪酸酯、短链甘油基单烷基化物、聚乙二醇化甘油酯（polyglycolizedglycerides）、多元醇的单-和二-烷基化酯、聚氧乙烯20脱水山梨糖醇单油酸酯、聚氧乙烯20脱水山梨糖醇单月桂酸酯、聚乙烯(40或60)氢化蓖麻油、聚氧乙烯(35)蓖麻油、聚乙烯(60)氢化蓖麻油、α生育酚聚乙二醇1000琥珀酸酯、PEG8辛酸/癸酸甘油酯、PEG32月桂酸甘油酯、聚氧乙烯脂肪酸酯和可固化聚合物，例如聚碳酸酯、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)共聚物和聚乙烯醇(PVA)及其混合物。在本专利技术的一个实施方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.拒液表面，其包括：包含六边形堆积的微腔的多孔膜，所述微腔具有位于其顶部的中心处的窄开口，其中所述窄开口形成导致斥液性的凹陷结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.拒液表面，其包括：包含六边形堆积的微腔的多孔膜，所述微腔具有位于其顶部的中心处的窄开口，其中所述窄开口形成导致斥液性的凹陷结构。2.权利要求1的拒液表面，其中所述微腔为薄饼状形状；或其中所述表面的微腔是相同的或50-99％相同；或其中所述微腔是堆积的；或其中所述微腔通过垂直侧壁彼此隔开；或其中所述侧壁的厚度小于所述微腔的半径；或其中所述微腔的半径为3微米-600微米，或6微米-300微米，或9微米-200微米；或其中所述窄开口具有圆形形状；或其中所述窄开口是相同的或50-99％相同或60-99％相同或70-99％相同或80-99％相同或90-99％相同；或其中所述窄开口的半径r为3微米-600微米，或6微米-300微米，或9微米-200微米；或其中所述窄开口的半径r与所述微腔的半径R之比r/R为0-1；或其中所述窄开口的半径r和所述微腔的半径R独立地变化；或其中所述表面的高度h大于所述微腔的半径R；或其中所述表面的高度h大于所述窄开口的半径r；或其中所述表面的高度h为3微米-600微米，或6微米-300微米，或9微米-200微米；或其中所述微腔的最小几何角度位于所述窄开口的边缘；或其中所述最小几何角度接近0°；或其中所述表面能够实现可逆的Cassie至Wenzel润湿转变；或其中所述表面是机械稳健的，因为它可以承受...

【专利技术属性】
技术研发人员：王立秋，朱平安，
申请(专利权)人：香港大学，
类型：发明
国别省市：中国香港,81