厚度限制式电喷雾沉积制造技术

自限制性电喷雾组合物，其包括非电荷耗散性组分和/或电荷耗散性组分。自限制性电喷雾组合物，其包括多种电荷耗散性组分并且不包括非电荷耗散性组分。用于形成具有自限制性厚度的层的方法。用于确定材料电导率的方法。用于修复物体表面上的层中的缺陷的方法。修复物体表面上的层中的缺陷的方法。修复物体表面上的层中的缺陷的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】厚度限制式电喷雾沉积
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2018年6月12日提交的标题为THICKNESS-LIMITED ELECTROSPRAY DEPOSITION OF THERMORESPONSIVE MATERIALS(热响应材料的厚度限制式电喷雾沉积)的美国临时专利申请号62/683,869的权益，将其以其全文通过援引并入本文。

技术介绍

[0003]在涂层领域，最长期存在的工程挑战之一是材料质量浪费的问题。对于许多应用，包括保护性(例如防污、防腐蚀、抗静电和紫外线(UV)屏障)和活性(例如催化和传感)涂层，只必要薄的最顶层来赋予具体的表面功能，诸如，例如具体的外观、反射率、防腐蚀性能、防水性能等。当在涂层中采用高效纳米材料或其他先进材料时，浪费的材料质量可能尤其成问题，导致大量未使用的材料的成本。
[0004]微米/纳米级保形涂层可以以分子或浓缩状态施加。分子沉积技术，诸如电沉积、真空沉积、原子层沉积或化学气相沉积，通常需要流体浴或高真空来施加，并且还可能需要高温前体处理。这抵消了它们的成本效益考虑，并限制了可能要涂覆的部件的大小。浓缩沉积技术，诸如喷涂、浸涂、旋涂以及刷涂或刮涂，受困于3D表面，且导致毛细管效应或遮蔽效应。
[0005]电喷雾沉积(ESD)是一系列静电驱动的材料沉积过程之一，其中，使用高压电场(通常>100千伏/米，kV/m)来形成流体液滴或挤压线。ESD描述了将稀释的(通常<5vol％)喷雾溶液置于电场下而通过狭窄的毛细管发射的条件。该场在流体表面上产生电荷，该电荷进而将流体吸引到泰勒(Taylor)锥中，泰勒锥发射液滴。这些带电的液滴被分裂成其中在一代或若干代窄分散的液滴中表面力和静电力平衡的大小。当这些液滴中的每一个到达接地的或相反极性的靶标时，其将递送其中包含的材料，从而沉积材料的涂层。然而，尽管这种技术，但是已经发现需要一种ESD方法来形成具有自限制性厚度的层，其包括形成这样的自限制性厚度，该自限制性厚度足以允许该层阻碍材料的喷雾进一步积聚在导电靶标上。

技术实现思路

[0006]各种实施方式涉及厚度限制式电喷雾沉积的方法，所述方法可以减少浪费的材料质量并且还提供具有自限制性厚度的粘附良好的保形涂层。
[0007]各种实施方式涉及包括非电荷耗散性组分和电荷耗散性组分的自限制性电喷雾组合物。
[0008]各种实施方式涉及自限制性电喷雾组合物，其包括多种电荷耗散性组分并且不包括非电荷耗散性组分。根据这样的实施方式，所述多种电荷耗散性组分中的每一种在没有所述多种电荷耗散性组分中的至少一种其他成员的情况下和/或在没有非电荷耗散性组分的情况下当电喷雾时可能无法形成具有自限制性厚度的层。
[0009]各种实施方式涉及用于形成具有自限制性厚度的层的方法。所述方法可以包括在存在电场的情况下将导电靶标暴露于喷雾，其中，所述喷雾包括根据本文所述的任何其他
实施方式的自限制性电喷雾组合物。所述方法可进一步包括允许所述喷雾积聚在所述导电靶标的表面上以形成所述具有自限制性厚度的层，其中，所述自限制性厚度足以允许所述层阻碍所述喷雾进一步积聚在所述导电靶标上。可以涉及多种机制来阻碍喷雾的积聚。本文描述的实施方式可以利用任何或所有这样的机制。
[0010]各种实施方式涉及厚度限制式电喷雾沉积的方法。所述方法可以包括在存在电场的情况下，将导电靶标暴露于包括热响应聚合物溶液的入射喷雾。导电靶标可以具有表面温度。热响应聚合物溶液可以包括非导电聚合物。热响应聚合物溶液可以具有溶液温度。所述方法可进一步包括允许所述溶液温度朝着所述表面温度偏离至所述非导电聚合物不能移动的沉积温度。所述方法可进一步包括允许所述非导电聚合物积聚在所述导电靶标上以形成层，所述层具有的厚度足以排斥所述入射喷雾。
[0011]各种实施方式涉及用于确定材料电导率的方法。所述方法可包括在存在电场的情况下将材料暴露于喷雾，其中，所述喷雾包括自限制性电喷雾组合物；允许所述喷雾积聚在所述材料的表面上以形成具有自限制性厚度的层，其中，所述自限制性厚度足以允许所述层阻碍所述喷雾进一步积聚在所述材料上；测量所述层的自限制性厚度；以及通过将所述自限制性厚度与通过在存在电场的情况下将具有已知电导率的测试材料暴露于所述喷雾而获得的厚度进行比较来确定所述材料的电导率。可以采用根据本文所述的任何其他实施方式的任何自限制性电喷雾组合物。
[0012]各种实施方式涉及用于修复物体表面上的层中的缺陷的方法。所述方法可包括向所述层施加电荷；在存在电场的情况下将所述缺陷暴露于喷雾，其中，所述喷雾包括自限制性电喷雾组合物；以及允许所述喷雾积聚在所述缺陷上以形成具有自限制性厚度的修复层，其中，所述自限制性厚度足以阻碍所述喷雾进一步积聚在所述修复层上。可以采用根据本文所述的任何其他实施方式的任何自限制性电喷雾组合物。
[0013]根据下面的详细描述，仅通过说明许多具体的实施方式和实现方式(包括为进行本专利技术而设想的最佳模式)，但是其他方面、特征和优点将是显而易见的。其他实施方式也能够具有其他的和不同的特征和优点，并且可以在各种明显的方面修改其若干细节，所有都不脱离本专利技术的精神和范围。因此，附图和描述本质上应被认为是说明性的而不是限制性的。
附图说明
[0014]在附图的图中，通过举例而非限制的方式说明了实施方式，其中，类似的附图标号指相似的要素，并且其中：
[0015]图1A是说明根据各种实施方式的用于形成具有自限制性厚度的层的方法的实施例的流程图；
[0016]图1B是说明根据各种实施方式的用于确定材料的电导率的方法的实施例的流程图；
[0017]图1C是说明根据各种实施方式的自限制性电喷雾沉积(SLED)方法的实施例的流程图；
[0018]图1D是说明根据各种实施方式的修复物体表面上的层中的缺陷的实施例的流程图；
[0019]图2A是说明根据各种实施方式的自限制性电喷雾沉积(SLED)的实施例的示意图；
[0020]图2B是说明根据各种实施方式的保形涂覆结构的实施例的示意性截面图；
[0021]图3A是根据各种实施方式的示意图，其说明根据各种实施方式使用的固体分数相对于聚合物溶液行为的温度的相图的实施例；
[0022]图3B是成角度的扫描电子显微镜图像，其说明了根据各种实施方式的由高流速的35k MW PS-丁酮喷雾产生的破裂的壳的实施例；
[0023]图3C是成角度的扫描电子显微镜图像，其说明了根据各种实施方式的由7k MW PNIPAM-水/乙醇喷雾产生的塌陷的壳的实施例，其还说明了通过SLED的可能的宽范围的粒径；
[0024]图3D是成角度的扫描电子显微镜图像，其说明了根据各种实施方式的由低聚溶胶凝胶-丁酮喷雾产生的球体的实施例；
[0025]图3E是成角度的扫描电子显微镜图像，其说明了根据各种实施方式的由PS/PI-丁酮喷雾产生的填充壳的实施例；
[0026]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种自限制性电喷雾组合物，其包括非电荷耗散性组分和电荷耗散性组分，其中，所述非电荷耗散性组分在电喷雾沉积条件下是非挥发性的，并且其中，所述电荷耗散性组分在电喷雾沉积条件下是非挥发性的。2.根据权利要求1所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述非电荷耗散性组分选自由以下组成的组：非电荷耗散性聚合物、非电荷耗散性有机硅化合物、非电荷耗散性多糖、非电荷耗散性多肽、非电荷耗散性胶原衍生物、非电荷耗散性纤维素衍生物、包含环氧官能团的非电荷耗散性化合物、非电荷耗散性尿烷及其组合。3.根据权利要求2所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述非电荷耗散性组分包括所述非电荷耗散性聚合物，并且其中，所述非电荷耗散性聚合物选自由以下组成的组：聚(苯乙烯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(乙烯基吡咯烷酮)、温度响应性聚合物、聚(N,N-二乙基丙烯酰胺)、聚(N-乙烯基己内酰胺)、聚(乙烯醇)、聚(四氟乙烯)、聚(丙烯酸)、聚(环氧丙烷)、聚(甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯)、聚(N-(L)-(1-羟甲基)丙基甲基丙烯酰胺)、聚酰胺、聚酰亚胺、聚(噁唑啉)、聚(丙烯)及其组合。4.根据权利要求2所述的自限制性电喷雾组合物，其中，非电荷耗散性有机硅化合物选自由以下组成的组：聚(倍半硅氧烷)、低聚倍半硅氧烷及其组合。5.根据权利要求2所述的自限制性电喷雾组合物，其中，非电荷耗散性多糖选自由以下组成的组：右旋糖酐、琼脂糖、壳聚糖及其组合。6.根据权利要求2所述的自限制性电喷雾组合物，其中，非电荷耗散性多肽是弹性蛋白的聚(五肽)。7.根据权利要求2所述的自限制性电喷雾组合物，其中，非电荷耗散性胶原衍生物是明胶。8.根据权利要求2所述的自限制性电喷雾组合物，其中，非电荷耗散性纤维素衍生物选自由以下组成的组：甲基纤维素、乙酸纤维素、硝基纤维素、羟丙基纤维素及其组合。9.根据权利要求2所述的自限制性电喷雾组合物，其中，包含环氧官能团的非电荷耗散性化合物选自由以下组成的组：环氧化物、环氧树脂胶、环氧乙烷、环氧树脂、环氧基树脂及其组合。10.根据权利要求2所述的自限制性电喷雾组合物，其中，非电荷耗散性尿烷选自由以下组成的组：氨基甲酸乙酯、聚氨酯、氨基甲酸酯及其组合。11.根据权利要求1所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述电荷耗散性组分选自由以下组成的组：电荷耗散性聚合物、电荷耗散性固化剂或光引发剂、电荷耗散性有机化合物、电荷耗散性离子化合物、电荷耗散性硫属玻璃、电荷耗散性油、电荷耗散性糖、电荷耗散性表面活性剂、电荷耗散性聚合物、电荷耗散性蛋白质、核酸及其组合。12.根据权利要求11所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述电荷耗散性聚合物选自由以下组成的组：聚(乙烯)、聚(环氧乙烷)、聚(异戊二烯)、聚(丁二烯)、聚(乙烯基甲醚)、聚(二甲基硅氧烷)、聚(乙二醇)、聚(丙烯)、聚(丙二醇)、聚(己内酯)、环氧树脂胶及其组合。13.根据权利要求11所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述电荷耗散性固化剂或光引发剂选自由以下组成的组：异丙基噻吨酮、过氧化苯甲酰、聚酰胺及其组合。14.根据权利要求11所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述电荷耗散性有机化合物
选自由以下组成的组：萜品醇、肉桂醛、柠檬酸、1-(2,5-二甲基-4-(2,5-二甲基苯基)苯基二氮烯基)偶氮萘-2-醇、碳酸氢钠、氯化钠、氢氧化钾、苯基-C61-丁酸甲酯、可聚合单体及其组合。15.根据权利要求11所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述电荷耗散性离子化合物选自由以下组成的组：柠檬酸、1-(2,5-二甲基-4-(2,5-二甲基苯基)苯基二氮烯基)偶氮萘-2-醇、硝酸银、硝酸钙、碳酸钙、碳酸钠、六氯金酸金、氮化铁、氯化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、三苯基锍盐、金属有机骨架及其组合。16.根据权利要求11所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述电荷耗散性硫属玻璃选自由以下组成的组：GeSbTe、AgInSbTe、InSe、SbSe、SbTe、InSbSe、InSbTe、GeSbSe、GeSbTeSe、AgInSbSeTe及其组合。17.根据权利要求11所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述电荷耗散性油选自由以下组成的组：植物油、硅油、环氧化大豆油、十六烷、丁基缩水甘油醚及其组合。18.根据权利要求11所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述电荷耗散性糖选自由以下组成的组：海藻糖、蔗糖、右旋糖、果糖、葡萄糖及其组合。19.根据权利要求11所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述电荷耗散性表面活性剂选自由以下组成的组：月桂基单乙醇、枞酸及其组合。20.根据权利要求11所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述电荷耗散性聚合物选自由以下组成的组：聚(3,4-亚乙基二氧基噻吩)、聚(吡咯)、聚(乙炔)、聚(环氧乙烷)、聚(3-己基噻吩)及其组合。21.根据权利要求11所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述电荷耗散性蛋白质选自由以下组成的组：卵磷脂、血红蛋白、结构蛋白、信号转导蛋白、调节蛋白、转运蛋白、感觉蛋白、马达蛋白质、防御蛋白、贮存蛋白、酶及其组合。22.根据权利要求11所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述核酸选自由以下组成的组：DNA、RNA及其组合。23.根据权利要求1所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述自限制性电喷雾组合物进一步包括溶剂。24.根据权利要求23所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述溶剂选自由以下组成的组：水、醇、乙醇、异丙醇、2-丁酮、丙酮、乙酸乙酯、烷烃、环烷烃、醚、苯、二甲苯、甲苯、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、氯仿、氯苯、二氯苯、二氯乙烷、三氯苯、氯氟烃、离子液体、氟化油、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、二氯甲烷、吡啶、环己基氯、苯甲醚、苯甲醛及其组合。25.根据权利要求24所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述离子液体选自由以下组成的组：二氰胺、1-烷基-3-甲基咪唑鎓及其组合。26.根据权利要求1所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述自限制性电喷雾组合物进一步包括多个填料颗粒。27.根据权利要求26所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述多个填料颗粒是导电的。28.根据权利要求26所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述自限制性电喷雾组合物包括按体积计约50至约90％的所述多个填料颗粒。29.根据权利要求26所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述多个填料颗粒选自由以
下组成的组：无机化合物、碳同素异形体、陶瓷、细菌、病毒、花粉、细胞、蛋白质、聚合物颗粒、结晶粉末、金属及其组合。30.根据权利要求29所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述无机化合物选自由以下组成的组：MXene、氧化锌、硒化镉、氮化硼、二硫化钼、二硫化银、二氧化钛、羟基磷灰石、氧化铝、钛酸钡、氧化铁、氧化镁、氧化锌、二氧化硅、二氧化硅化合物、二氧化硅干凝胶、硅酸盐及其组合。31.根据权利要求29所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述碳同素异形体选自由以下组成的组：石墨、石墨烯、碳纳米管、活性炭、碳泡沫及其组合。32.根据权利要求29所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述细胞选自由以下组成的组：人细胞、动物细胞、植物细胞及其组合。33.根据权利要求29所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述蛋白质选自由以下组成的组：蛋白质粉末、抗体、酶、激素及其组合。34.根据权利要求29所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述聚合物颗粒选自由以下组成的组：聚合物粉末、聚乙烯珠、聚苯乙烯珠、橡胶及其组合。35.根据权利要求29所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述结晶粉末选自由以下组成的组：糖晶体、盐晶体、金属有机骨架晶体及其组合。36.根据权利要求29所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述金属选自由以下组成的组：铝、铜、金、银、铁及其组合。37.一种自限制性电喷雾组合物，其包括多种电荷耗散性组分并且不包括非电荷耗散性组分，其中，所述多种电荷耗散性组分中的每一种在没有选自由以下组成的组的组分的情况下当电喷雾时不能形成具有自限制性厚度的层：所述多种电荷耗散性组分中的至少一种其他成员、所述非电荷耗散性组分及其组合。38.根据权利要求37所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述多种电荷耗散性组分中的每一种选自由以下组成的组：电荷耗散性液体、电荷耗散性结晶材料、电荷耗散性蛋白质、核酸、溶致材料及其组合。39.根据权利要求38所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述电荷耗散性液体选自由以下组成的组：水、硫酸、萜品醇、聚(乙烯)、聚(环氧乙烷)、聚(异戊二烯)、聚(丁二烯)、聚(乙烯基甲醚)、聚(二甲基硅氧烷)、聚(乙二醇)、聚(丙烯)、聚(丙二醇)、聚(己内酯)、环氧树脂胶、表面活性剂及其组合。40.根据权利要求38所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述电荷耗散性结晶材料选自由以下组成的组：柠檬酸、1-(2,5-二甲基-4-(2,5-二甲基苯基)苯基二氮烯基)偶氮萘-2-醇、硝酸银、硝酸钙、碳酸钙、碳酸钠、六氯金酸金、氮化铁、氯化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、三苯基锍盐、金属有机骨架、海藻糖、蔗糖、右旋糖、果糖、葡萄糖及其组合。41.根据权利要求38所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述电荷耗散性蛋白质选自由以下组成的组：牛血清白蛋白、卵磷脂、血红蛋白、结构蛋白、信号转导蛋白、调节蛋白、转运蛋白、感觉蛋白、马达蛋白质、防御蛋白、贮存蛋白、酶及其组合。42.根据权利要求38所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述核酸选自由以下组成的组：DNA、RNA及其组合。
43.根据权利要求38所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述溶致材料选自由以下组成的组：植三醇、DNA、嵌段共聚物、合成芳族聚酰胺及其组合。44.根据权利要求37所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述自限制性电喷雾组合物进一步包括溶剂。45.根据权利要求44所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述溶剂选自由以下组成的组：水、醇、乙醇、异丙醇、2-丁酮、丙酮、乙酸乙酯、烷烃、环烷烃、醚、苯、二甲苯、甲苯、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、氯仿、氯苯、二氯苯、二氯乙烷、三氯苯、氯氟烃、离子液体、氟化油、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、二氯甲烷、吡啶、环己基氯、苯甲醚、苯甲醛及其组合。46.根据权利要求45所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述离子液体选自由以下组成的组：二氰胺、1-烷基-3-甲基咪唑鎓及其组合。47.根据权利要求37所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述自限制性电喷雾组合物进一步包括多个填料颗粒。48.根据权利要求47所述的自限制性电喷雾组合物，其中，所述多个填料颗粒是导电的。49.根据权利要求47所述的自限制性...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳森，
申请(专利权)人：新泽西鲁特格斯州立大学，
类型：发明
国别省市：