具有高壓穩(wěn)定性、光學(xué)透明性以及自修復(fù)特征的光滑表面的制作方法
【專利摘要】本公開描述一種產(chǎn)生自修復(fù)、光滑注液多孔表面(SLIPS)的策略。粗糙化(例如，多孔)表面可以用于將在本文中稱為液體B的潤滑液鎖定就位，以便排斥在本文中稱為對象A(固體A或液體A)的范圍廣泛的材料。SLIPS勝過其它常規(guī)表面之處在于它的以下能力：排斥各種簡單和復(fù)雜的液體(水、烴、原油以及血液)，維持低接觸角滯后(<2.5°)，在物理損傷之后(在0.1至1s內(nèi))快速恢復(fù)液體排斥性，抵抗冰、微生物以及昆蟲粘附，并且在高壓(高達至少690atm)下起作用。其中SLIPS將適用的一些示例性應(yīng)用包括：節(jié)能流體處置與輸送、光學(xué)傳感、藥學(xué)、并且作為在極端環(huán)境下操作的自清潔且防積垢材料。
【專利說明】具有高壓穩(wěn)定性、光學(xué)透明性以及自修復(fù)特征的光滑表面[0001 ] 關(guān)于政府在聯(lián)邦贊助的研究中的權(quán)力的聲明
[0002]本發(fā)明是根據(jù)由國家科學(xué)基金會頒發(fā)的批準號DMR-1005022在政府支持下進行的。政府對本發(fā)明具有某些權(quán)利。
[0003]相關(guān)申請
[0004]本申請要求以下各項的優(yōu)先權(quán):2011年I月19日提交的美國專利申請?zhí)?1 /434,217 ;2011年3月22日提交的61 / 466，352 ;2011年4月I日提交的關(guān)國專利申請?zhí)?1 / 470, 973 ;2011年6月14日提交的美國專利申請?zhí)?1 / 496, 883 ;2011年7月19日提交的關(guān)國專利申請?zhí)?1 / 509,488 ;2011年8月31日提交的關(guān)國專利申請?zhí)?1 /529,734 ;2011年9月22日提交的美國專利申請?zhí)?1 / 538，100，其內(nèi)容是以引用的方式全部并入本文。
[0005]以引用的方式并入
[0006] 本文所引用的所有專利、專利申請以及公布特此以引用的方式全部并入，以便更全面地描述如本領(lǐng)域技術(shù)人員在截至本文所描述的發(fā)明的日期為止所已知的技術(shù)發(fā)展水平。
發(fā)明領(lǐng)域
[0007]本公開總體上涉及光滑表面、其形成方法以及其用途。
[0008]發(fā)明背景
[0009]液體排斥表面的當前發(fā)展受到動物、昆蟲以及植物上的許多天然表面的自清潔能力的啟發(fā)。這些天然表面上的水滴容易地滾落或滑落，從而將污垢或昆蟲與一起帶走。許多這些天然表面上的微/納米結(jié)構(gòu)的存在已經(jīng)被歸結(jié)為水排斥功能。在過去十年中，這些觀察已經(jīng)引起了對制造仿生水排斥表面的極大興趣，這是由于仿生水排斥表面從水排斥織物到摩擦減少表面的范圍的廣泛的潛在應(yīng)用。
[0010]概述
[0011]—方面,一種具有排斥表面的物品包括:襯底，所述襯底具有粗糖化的表面；和潤滑液，所述潤滑液潤濕并且粘附至粗糙化的表面以形成穩(wěn)定的液體上覆層，其中液體以足以在粗糙化的表面上形成液體上表面的厚度來覆蓋所述粗糙化的表面，其中粗糙化的表面和潤滑液對彼此具有親和力，以使得潤滑液基本上被固定在襯底上以形成排斥表面。
[0012]在一個或多個實施方案中，所述物品能夠排斥外源材料，或所述物品能夠減少外源材料到排斥表面的粘附。
[0013]在一個或多個實施方案中，潤滑液被選擇成對外源材料是化學(xué)惰性的。
[0014]在一個或多個實施方案中，粗糙化的表面對潤滑液的親和力大于粗糙化的表面對外源材料的親和力。
[0015]在任何前述實施方案中，外源材料是流體或固體。
[0016]在任何前述實施方案中，粗糙化的表面包括具有納米尺度至微米尺度的至少一個尺寸的凸起的特征。[0017]在任何前述實施方案中，襯底包括多孔材料。
[0018]在任何前述實施方案中，襯底和潤滑液的光學(xué)折射率是基本上類似的。
[0019]在任何前述實施方案中，襯底包括聚合物、金屬、藍寶石、玻璃、不同形式的碳，或陶瓷。
[0020]在任何前述實施方案中，粗糙化的表面包括纖維、顆粒、電化學(xué)沉積的聚合物、噴砂的表面，或濕式蝕刻或干式蝕刻的表面。
[0021]在任何前述實施方案中，粗糙化的表面包括化學(xué)官能化層，并且例如，所述化學(xué)官能化層包括氟化化合物，如全氟化碳油。
[0022]在任何前述實施方案中，潤滑液是疏水性油。
[0023]在任何前述實施方案中，所述物品滿足以下條件
[0024]Y BXcos θ Βχ- Axcos θ Αχ>0 (cl)
[0025]其中Yax是外源劑與周圍介質(zhì)的界面能；其中Ybx是潤滑液與周圍介質(zhì)的界面能；其中θΑχ是外源材料在浸潰在周圍介顧之下的平整固體表面上的平衡接觸角；并且其中θ Βχ是潤滑液的液體在浸潰在周圍介質(zhì)之下的平整固體表面上的平衡接觸角。
[0026]在任何前述實施方案中，當所述物品暴露于介質(zhì)X時，其中X是空氣/氣體/水/不混溶流體，所述物品滿足以下兩個條件:
[0027]R ( y BXcos θ Βχ- y Axcos θ Αχ) - y ^>0 (c2)
[0028]R ( Y BXcos θ βχ- Y AxCos θ 狀)+ Y αχ- Y bx〉Q (c3)
[0029]其中Yax是外源劑與周圍介質(zhì)的界面能；其中Ybx是潤滑液與周圍介質(zhì)的界面能；其中Yab是外源材料和潤滑液界面的界面能；其中ΘΑΧ是外源材料在浸潰在周圍介質(zhì)之下的平整固體表面上的平衡接觸角；其中θΒχ是潤滑液在浸潰在周圍介質(zhì)之下的平整固體表面上的平衡接觸角；并且R是粗糙化的表面的粗糙因子。
[0030]在任何前述實施方案中，當在超過5000Pa的壓力下與外源材料接觸時，所述物品維持其特性，或當在超過IO6Pa的壓力下與外源材料接觸時，所述物品維持其特性。
[0031]在任何前述實施方案中，所述物品能夠自清潔或所述物品能夠自修復(fù)。
[0032]在任何前述實施方案中，所述物品進一步包括儲器，所述儲器包括與潤滑層流體連通的一定量的潤滑液。
[0033]在任何前述實施方案中，多孔材料包括被選擇為具有以下特性中的一種或多種的固體襯底:導(dǎo)電性的、非導(dǎo)電性的、磁性的、非磁性的、彈性的、非彈性的、光敏性的、非光敏性的、溫度敏感性的，或非溫度敏感性的。
[0034]在任何前述實施方案中，襯底是平整襯底、圓形襯底、圓柱形襯底，或幾何學(xué)上復(fù)雜的襯底。
[0035]在另一個方面，流動通道、光學(xué)部件、標記或商業(yè)圖形、建筑材料、制冷系統(tǒng)(其中防止或減少冰、霜或冷凝物的累積是有利的)，像盤管、管道、鰭片、鰭片盒或壁或熱交換器)的兀件被提供成具有根據(jù)前述實施方案中任一項的光滑的、排斥性和/或非粘合表面。
[0036]在另一個方面，使至少一個表面暴露于風或水阻力的裝置(其中所述裝置選自由以下各項組成的組:風車、容器、太陽能電池，和航空電子裝置、船舶、屋頂材料、織物、耐指紋表面(例如透鏡、防護眼鏡、觸摸屏或窗中所含有的)以及水下裝置)被提供成具有根據(jù)前述實施方案中任一項的光滑的、排斥性和/或非粘合表面。
[0037]在另一個方面，流體輸送裝置被提供成使流體接觸表面的至少一部分具有根據(jù)前述實施方案中任一項所述的光滑的、排斥性和/或非粘合表面。
[0038]在一個方面，提供一種用于產(chǎn)生用于排斥外源材料或減少外源材料的粘附的光滑表面的方法。所述方法包括提供粗糙化的表面；并且引入潤滑液以便使所述潤滑液潤濕并且粘附至所述粗糙化的表面以形成外涂層，其中所述粗糙化的表面和所述潤滑液對彼此具有親和力，以使得潤滑液基本上被固定在襯底上以形成排斥表面。
[0039]在一個實施方案中，襯底包括多孔材料。
[0040]在任何前述實施方案中，外源材料是流體或固體。
[0041]在任何前述實施方案中，進行所述提供和引入以滿足以下條件:
[0042]y BXcos θ Βχ- y Axcos θ Αχ>0 (el)
[0043]其中Yax是外源劑與周圍介質(zhì)的界面能；其中Ybx是潤滑液與周圍介質(zhì)的界面能；其中θ Αχ是外源材料在浸潰在周圍介質(zhì)之下的平整固體表面上的平衡接觸角；并且其中θ Βχ是潤滑液的液體在浸潰在周圍介質(zhì)之下的平整固體表面上的平衡接觸角。
[0044]在任何前述實施方案中，當光滑表面暴露于介質(zhì)X時，其中X是空氣/氣體/水/不混溶流體，進行所述提供和引入以滿足以下兩個條件: [0045]R ( Y BXcos θ βχ- Y axCOS θ 狀)—Y αβ〉0 (e2)
[0046]R ( Y BXcos θ βχ- Y axCOS θ 狀)+ Y αχ- Y βχ〉0 (c3)
[0047]其中Yax是外源劑與周圍介質(zhì)的界面能；其中Ybx是潤滑液與周圍介質(zhì)的界面能；其中Yab是外源材料和潤滑液界面的界面能；其中ΘΑΧ是外源材料在浸潰在周圍介質(zhì)之下的平整固體表面上的平衡接觸角；其中θΒχ是潤滑液在浸潰在周圍介顧之下的平整固體表面上的平衡接觸角；并且R是粗糙化的表面的粗糙度因子。
[0048]在任何前述實施方案中，進一步包括提供包含一定量的潤滑液的儲器。
[0049]在任何前述實施方案中，在平整襯底、圓形襯底、圓柱形襯底，或幾何學(xué)上復(fù)雜的襯底上形成光滑表面。
[0050]在任何前述實施方案中，粗糙化的表面被提供在流動通道的表面上、在光學(xué)部件的表面上、在標記或商業(yè)圖形的表面上、在建筑材料的表面上、在冷卻元件的表面上、在熱交換器的表面上、在風車的表面上、在渦輪的表面上、在太陽能電池的表面上、在航天電子裝置的表面上、在船舶的表面上，或在水下裝置的表面上、在織物的表面上。
[0051]在另一個方面，一種在加壓條件下輸送流體的方法被描述為包括:為流徑提供粗糙化的表面和潤濕并且粘附至粗糙化的表面以形成外涂層的潤滑液；并且沿所述流徑傳送流體；其中與流體相比，粗糙化的表面對潤滑液具有更大的親和力；并且其中潤滑液和流體對彼此基本上是化學(xué)惰性的。
[0052]在一個或多個實施方案中，流徑是微流體通道或管道。
[0053]在任何前述實施方案中，流體是非極性流體、極性流體或其組合，或水、油或其它復(fù)雜流體。
[0054]在任何前述實施方案中，進一步包括提供另外的潤滑液以補充潤滑液在操作期間的任何損失。
[0055]在另一個方面，一種改進冷卻系統(tǒng)的除霜循環(huán)的方法包括:為冷卻元件提供粗糙化的表面和潤濕并且粘附至粗糙化的表面以形成外涂層的潤滑液；將所述冷卻盤管連接至所述冷卻系統(tǒng)的除霜系統(tǒng)中；加熱所述冷卻盤管以熔化在所述冷卻盤管上所形成的霜；并且其中與霜相比，粗糙化的表面對潤滑液具有更大的親和力；并且其中潤滑液和霜對彼此基本上是化學(xué)惰性的。
[0056]在一個或多個實施方案中，所述方法進一步包括在所述加熱期間或之后向所述冷
卻盤管提供空氣流。
[0057]在一個或多個實施方案中，所述方法進一步包括提供另外的潤滑液以補充潤滑液在操作期間的任何損失。
[0058]在另一方面，一種用于建筑排斥害蟲的建筑物的方法包括:為建筑物的一個或多個壁提供粗糙化的表面和潤濕并且粘附至粗糙化的表面以形成外涂層的潤滑液；其中粗糙化的表面具有小于或大于所述害蟲的抓握機構(gòu)的大小的特征大?。徊⑶移渲袧櫥汉退龊οx對彼此基本上是化學(xué)惰性的。
[0059]在一個或多個實施方案中，一個或多個壁基本上包圍建筑物的周界并且從建筑物的地面延伸至比害蟲的大小大數(shù)倍的高度。
[0060]在一個或多個實施方案中，所述方法進一步包括提供另外的潤滑液以補充潤滑液在操作期間的任何損失。
[0061]在另一個方面，一種用于清潔物品的表面的方法包括:為物品的表面提供粗糙化的表面和潤濕并且粘附至粗糙化的表面的潤滑液；并且提供對在所述物品的使用期間累積在物品上的污染物進行收集 的流體；其中與流體相比，粗糙化的表面對潤滑液具有更大的親和力；并且其中潤滑液和流體對彼此基本上是化學(xué)惰性的。
[0062]在一個或多個實施方案中，所述物品為建筑物、廣告牌、標記、織物、水槽或馬桶。
[0063]在一個或多個實施方案中，污染物包括污垢、煙霧、糞便物、噴漆、食物或其組合。
[0064]在另一個方面，一種防止輪船上的海洋生物積垢的方法包括:為船舶的表面提供粗糙化的表面和潤濕并且粘附至粗糙化的表面以形成外涂層的潤滑液；并且將所述船舶部署至海洋環(huán)境中；其中與海洋污染物和海洋環(huán)境相比，粗糙化的表面對潤滑液具有更大的親和力；其中潤滑液和海洋污染物對彼此基本上是化學(xué)惰性的；并且其中潤滑液和海洋環(huán)境對彼此基本上是化學(xué)惰性的。
[0065]在一個或多個實施方案中，海洋污染物包括貽貝、海鞘、藤壺、管蟲、管蟲幼蟲、硅藻，或其組合。
[0066]在一個或多個實施方案中，海洋環(huán)境包括咸水和淡水。
[0067]在一個或多個實施方案中，所述方法進一步包括:提供另外的潤滑液以補充潤滑液在操作期間的任何損失。
[0068]在另一個方面，一種產(chǎn)生自清潔、防粘接光學(xué)表面的方法包括:為光學(xué)裝置的表面提供粗糙化的表面和潤濕并且粘附至粗糙化的表面以形成外涂層的潤滑液；并且提供對在使用期間累積在所述光學(xué)裝置上的污染物進行收集的流體；其中與流體相比，粗糙化的表面對潤滑液具有更大的親和力；并且其中潤滑液的折射率基本上類似于粗糙化的表面的折射率；并且其中潤滑液和流體對彼此基本上是化學(xué)惰性的。
[0069]在一個或多個實施方案中，光學(xué)裝置是在移動通信裝置、指紋讀出器、自動轉(zhuǎn)移機、防護眼鏡、照相機、紅外成像系統(tǒng)、透鏡、觸摸屏或窗中。[0070]在一個或多個實施方案中，污染物包括污垢、煙霧、油、指紋、皮膚碎屑、塵霧、霜、冰，或其組合。
[0071 ] 在任何前述實施方案中，潤滑液是純液體、溶液或由液相和固相組成的復(fù)雜流體。
[0072]附圖簡述
[0073]在結(jié)合附圖考慮以下詳細描述時，本發(fā)明的以上和其它目標和優(yōu)點將是顯而易見的，在附圖中，相似的參考字符自始至終是指相似的部分，并且在附圖中:
[0074]圖1是根據(jù)某些實施方案的自修復(fù)光滑注液多孔表面(SLIPS)的示意圖；
[0075]圖2A示出根據(jù)某些實施方案在SLIPS上的液體A液滴，其中SLIPS的液體B暴露于液體A與不混溶的介質(zhì)X ；
[0076]圖2B示出根據(jù)某些實施方案接觸SLIPS的液體A，其中SLIPS的液體B基本上僅暴露于液體A ；
[0077]圖3示出根據(jù)某些實施方案的(A)平整表面和(B)納米結(jié)構(gòu)化的表面上的示例性氟化液體B的潤濕行為(插圖示出納米結(jié)構(gòu)的電子顯微照片)；
[0078]圖4是根據(jù)某些實施方案的結(jié)構(gòu)化表面的示意圖，在所述結(jié)構(gòu)化表面上面形成光滑表面；[0079]圖5A是根據(jù)某些實施方案的柱狀多孔材料的示意圖，在所述柱狀多孔材料上形成光滑表面；
[0080]圖5B是根據(jù)某些實施方案的倒置蛋白石多孔材料的示意圖，在所述倒置蛋白石多孔材料上形成光滑表面；
[0081]圖5C是根據(jù)某些實施方案無規(guī)則網(wǎng)狀多孔材料的圖像，在所述無規(guī)則網(wǎng)狀多孔材料上形成光滑表面；
[0082]圖是根據(jù)某些實施方案由溶劑干燥所誘導(dǎo)的自組裝聚合物微結(jié)構(gòu)的圖像；
[0083]圖6A示出具有類似于花椰菜的形態(tài)的電沉積聚合物的SEM圖像；
[0084]圖6B示出根據(jù)某些實施方案的具有納米纖絲形態(tài)的電沉積聚合物的SEM圖像；
[0085]圖6C示出根據(jù)某些實施方案具有桿狀形態(tài)的電沉積聚合物的SEM圖像；
[0086]圖6D示出根據(jù)某些實施方案具有過度生長的聚合物的形態(tài)的電沉積聚合物的SEM圖像；
[0087]圖6E示出根據(jù)某些實施方案在微立柱上形成電沉積聚合物、從而產(chǎn)生蘑菇樣形態(tài)的SEM圖像；
[0088]圖6F示出根據(jù)某些實施方案的纖維表面的SEM圖像，所述纖維表面制作在凸起的特征的陣列上，以便形成具有兩種不同長度尺度的粗糙度的分級結(jié)構(gòu)；
[0089]圖7A示出根據(jù)某些實施方案的數(shù)種不同的平坦表面和非平坦表面，可以在所述平坦表面和非平坦表面上形成SLIPS ；
[0090]圖7B示出根據(jù)某些實施方案在圓柱形固體核心上形成的SLIPS ；
[0091]圖7C示出根據(jù)某些實施方案在管線/管道等的內(nèi)部的側(cè)壁上形成的SLIPS ；
[0092]圖7D不出根據(jù)某些實施方案在管線/管道等的內(nèi)部與外部的側(cè)壁上形成的SLIPS ；
[0093]圖7E示出根據(jù)某些實施方案在液體B浸泡的多孔管線等上形成的SLIPS ；
[0094]圖8是示出根據(jù)某些實施方案的本公開的表面的高壓穩(wěn)定性的圖表，如由低表面張力液體在高壓液體沖擊(即，壓差> 5000Pa)之后在超低滑動角(即，< 2° )下的排斥性所證明(試驗液體=辛烷、癸烷、十三烷以及十六烷)；
[0095]圖9A示出根據(jù)某些實施方案聯(lián)接至可以補充蒸發(fā)或去除的液體B的液體B儲器的 SLIPS ；
[0096]圖9B示出根據(jù)某些實施方案在具有可以補充蒸發(fā)或去除的液體B的液體B儲器的圓柱形管的內(nèi)部形成的SLIPS ；
[0097]圖9C示出根據(jù)某些實施方案沿聯(lián)接至用于補充蒸發(fā)或去除的液體B的通道的任意形狀的流徑形成的SLIPS ；
[0098]圖9D示出根據(jù)某些實施方案示出圖9C中的底部襯底部分的形成的圖像；
[0099]圖10示出根據(jù)某些實施方案可以根據(jù)需要加以組合或修改的SLIPS的液體B的自補充機構(gòu)的實例的截面示意圖；
[0100]圖1la至圖1lf示出根據(jù)某些實施方案用以復(fù)制SLIPS表面的形態(tài)的復(fù)型過程，其中對應(yīng)的表面表征指示SLIPS的超平滑度；
[0101]圖12a至圖12c示出根據(jù)某些實施方案多孔膜中的液體B的蒸發(fā)特征；
[0102]圖13A示出根據(jù)某些實施方 案示范自修復(fù)特性的SLIPS的圖像，其中自修復(fù)時間尺度近似為IOOms ；
[0103]圖13B是示出根據(jù)某些實施方案在臨界物理損傷之后的液體排斥功能的恢復(fù)的圖表(測試液體=癸烷，Yw = 23.6±0.lmN/m)；
[0104]圖13C示出時間推移圖像，所述時間推移圖像示范根據(jù)某些實施方案與典型的疏水性平整表面(在圖13D中，油在所述表面上保持束縛在損傷部位處)相比，在物理損傷之后SLIPS液體排斥性恢復(fù)；
[0105]圖14A和圖14B示出根據(jù)某些實施方案與規(guī)則的⑶納米結(jié)構(gòu)化的表面相比，在可見光范圍中示范(A)液體光滑表面(SLIPS)的提高的光學(xué)透明度的本公開的表面的圖像；
[0106]圖14C示出根據(jù)某些實施方案基于環(huán)氧樹脂的SLIPS在可見光范圍(400_800nm)中的光透射測量值；
[0107]圖15A至圖15C示出根據(jù)某些實施方案金屬塊“H”的示意圖(圖15A)和在500C (圖15B)和-20°C (圖15C)下的近紅外范圍波長圖像(即，波長> 800nm)，所述金屬塊放置在溫控板的頂部上(左側(cè))，干燥多孔膜放置在“H”上(中央)，并且用全氟化液體潤濕的多孔膜(右側(cè))放置在“H”上(右側(cè))；
[0108]圖1?示出根據(jù)某些實施方案基于Teflon的SLIPS在近紅外范圍(800_2300nm)中的光透射測量值；
[0109]圖16A是根據(jù)某些實施方案本公開的表面與如A.Tuteja，ff.Choi, J.M.Mabry,G.H.McKinley 以及 R.E.Cohen，Proc.Natl.Acad.Sc1.USA105,18200 (2008)中所描述的當今技術(shù)水平的表面之間的液體排斥性能比較的圖表；
[0110]圖16B示出根據(jù)某些實施方案表面的癸烷Uw = 23.6±0.lmN/m)液體接觸角滯后隨著液體B的厚度變化的圖，其中在液體B的厚度低于表面紋理的高度時，液體光滑特性開始減??；
[0111]圖17A至圖17F示出根據(jù)某些實施方案本公開的表面在室外環(huán)境中在凍結(jié)溫度(即，_4°C，相對濕度為約45% )下的冰光滑行為的示范；
[0112]圖18示出根據(jù)某些實施方案本公開的表面與納米結(jié)構(gòu)化的表面之間的冰粘附比較的示范，其示出與納米結(jié)構(gòu)化的表面相比，冰粘附顯著減少；
[0113]圖19A和圖19B示出根據(jù)某些實施方案與鋁和Teflon涂覆的鋁表面相比，本公開的光滑表面對原油(即，石蠟輕質(zhì)原油)的改善的排斥性的圖像；
[0114]圖20A示出AlllOO合金表面的SEM圖像；
[0115]圖20B示出根據(jù)某些實施方案在Al表面上形成的多個隆起(二級結(jié)構(gòu))連同在每個隆起表面上的多個細小尺度凸出部(一級結(jié)構(gòu))的SEM圖像；
[0116]圖20C示出根據(jù)某些實施方案可以通過改變電沉積條件來發(fā)展的不同形態(tài)的不同SEM圖像；
[0117]圖21是商業(yè)上可獲得的潤滑劑和所得的SLIPS的熱重量分析，其指示排斥材料在超過200°C下的高溫穩(wěn)定性；
[0118]圖22不出根據(jù)某些實施方案與多孔Teflon表面相比,光滑表面對合成干燥粘合劑(即，SCOTCH膠帶)的防粘接特性的示范；
[0119]圖23示出一系列圖像，所述圖像示范根據(jù)某些實施方案與其它表面相比，光滑表面對水下粘合劑的防粘接特性；
[0120]圖24示出一系列圖像，所述圖像示范根據(jù)某些實施方案光滑表面對由木蟻所分泌的天然粘合劑和粘性流體(即，果醬)的防粘接特性；并且
[0121]圖25示出一系列圖像，所述圖像示范根據(jù)某些實施方案的光滑表面的防涂漆能力，其中Teflon或墻背景(Teflon和光滑表面附著至所述背景)不能抵抗基于油的噴漆的粘附并且被均勻地涂覆，而油漆聚結(jié)并且從所述光滑表面滑落；
[0122]圖26a至圖26b示出時間序列圖像，所述圖像示范根據(jù)某些實施方案將微粒污染物從SLIPS清除的能力。
[0123]圖27是示出用于鋁合金的表面處理以產(chǎn)生粗糙化鋁表面的實驗設(shè)置的全視圖(A)和放大圖(B)的照片。具體地說，顯示出反應(yīng)混合物完全覆蓋鋁板。
[0124]圖28是FC-70在Krytox-157FSH預(yù)處理的鋁樣片表面的表面上鋪展的圖像。
[0125]圖29示出從影片中取得的一系列靜止圖像，在所述影片中，在不同時間點，在SLIPS鋁合金表面(i)、平整未改性的鋁合金(ii)以及粗糙(噴砂的)未改性的鋁合金
(iii)上進行凍結(jié)測試。圖35中示出用于這個測試的設(shè)置。合金處于設(shè)定在_2°C、60%相對濕度下的濕度室中、在冷卻板上。水薄霧、液滴、霜以及冰逐漸在三個表面中的每一個上形成，并且在定格鏡頭中在O秒(A)、1000秒(B)、1300秒(C)、1800秒(D) ,2200秒(E)以及2600 (F)秒時觀察到并且捕獲到凍結(jié)行為。
[0126]圖30示出(a):納米結(jié)構(gòu)化的聚吡咯在鋁片材上的電化學(xué)涂層的示意圖(WE:A11100合金作為工作電極，RE:Ag/AgCl參考電極，CE =Pt網(wǎng)對電極)。(b):未處理的沖壓的鋁樣品(左側(cè))和部分涂覆的鋁樣品(右側(cè))的照片。PPy涂覆的區(qū)域在圖片中呈黑色。襯底大小=6cmX9cm。(c):對招的未處理的區(qū)域與PPy涂覆的區(qū)域進行比較的SEM圖像。插圖示出兩個區(qū)域的更高放大率SHM圖像。
[0127]圖31是未處理的鋁與SLIPS-Al的液滴保持圖。繪制出每個給定傾斜角下的臨界液滴大小(Dc)的倒數(shù)。由線連接的點指示束縛且在Al (圓形)與SLIPS-A1(正方形)上滑動的液滴的理論邊界。對應(yīng)于曲線以上的區(qū)域的小于臨界液滴大小的水滴將會保持束縛，而對應(yīng)于曲線以下的區(qū)域的大于所述臨界液滴大小的水滴將會滑動并且從襯底上去除。
[0128]圖32示出從在結(jié)霜/除霜測試期間所記錄的影片中取得的靜止圖像。未處理的AlllOO合金樣品(I)和SLIPS-Al樣品(II)被安裝在熱電冷卻器的并且傾斜75°的鋁固持器上。相對濕度保持在60%。在室溫下(a)、在以2°C /min的速率在_10°C的冷卻循環(huán)之后(b)，并且在以5°C/min的速率在除霜循環(huán)達到5°C之后(C)，觀察水滴行為。1(a)中代表1cm的黑色比例尺適用于圖像1(b)、圖像II (a)以及圖像11(b)。圖像I (c)中的比例尺還適用于圖像11(c)。每個框中的虛線指示不同表面之間的邊界。
[0129]圖33示出用于測定用于觀察聚吡咯生長的電沉積電勢的圖表(A)和示出在鋁的PPy涂覆過程中所記錄的值的計時電流圖(B)。
[0130]圖34是示出在0.1M SDBS溶液中在鋁襯底上的PPy涂層的循環(huán)伏安法的圖表。以0.1V/s在-0.85與+0.5V之間掃描最初75秒的電勢。
[0131]圖35是用于冰粘附測試的設(shè)置的示意圖。
[0132]圖36是示出SLIPS的液體排斥性對液體(此處是KrytoxlOO、103、以及105 (DuPont))的粘度的依賴性的圖表。對于恒定粘度的液體A (此處是25 μ L的甘油)來說，液體A的移動性隨著液體B的粘度的下降而增加。同樣,對于恒定粘度的液體B來說，液體A的移動性隨液體A的不斷減小的粘度而增加。這些結(jié)果指示:粘性耗散在SLIPS的液體移動性中起著主要作用。
[0133]圖37是示范原油在SLIPS上的高溫輸送的一系列照片。原油液滴保持束縛在超疏水性表面上，但是在高達200°C的環(huán)境溫度下在SLIPS是高度可移動的。
[0134]圖38是示出膜孔隙大小在流動條件下對SLIPS性能的影響的圖表。圓形表示由0.2μηι Teflon膜制成的樣品，并且正方形表示由1.0 μ m Tef 1n膜制成的樣品。干燥Teflon (非SLIPS)膜的性能由虛線表示。使用50 μ L水滴。
[0135]圖39是示出潤滑劑粘度在流動條件下對SLIPS性能的影響，并且具有更低粘度的潤滑液與具有更高粘度的潤滑液相比從SLIPS表面更快磨耗的圖表。
[0136]圖40是示出在7天時間內(nèi)在10mL/min的流速下，SLIPS的性能不存在退化的圖表。
[0137]圖41是從影片中提取的一系列靜止圖像，所述圖像示出在未處理的Al和SLIPS-Al上的聚積的冰的形態(tài)的差異。(a)至(d):在5°C /min下從室溫到_10°C的冷凝/凍結(jié)循環(huán)。(e)、(f):在約10°C /min下從-10°C到25°C的熔化(除霜)循環(huán)。冰通過從周圍的鋁襯底進行橋接主要在SLIPS-Al的邊緣周圍形成，而冰在遍及鋁襯底處均勻地形成。SLIPS-Al上的冰晶的大小比鋁上大得多，這使得SLIPS-Al上的單位質(zhì)量的冰的接觸面積比鋁上小得多，從而在除霜循環(huán)中促進冰的去除。SLIPS-Al的表面上的若干缺陷導(dǎo)致液滴在滑動時的束縛，這最終導(dǎo)致大的冰晶在SLIPS-Al上的形成。以75度傾斜角安裝樣品。襯底的寬度近似I英寸。
[0138]圖42是從影片中提取的一系列靜止圖像，其示出在未處理的Al和SLIPS-Al上聚積的冰的形態(tài)的差異。(a):在_2°C下在60% RH下的Al和SLIPS-Al (時間=0)，(b):在37分鐘之后，霜覆蓋Al的表面積的87.6%，而霜形成通過從冷卻板的周圍的鋁板進行橋接而僅從SLIPS-Al的邊緣進行(顯示為黃色虛線)。SLIPS-Al上由霜覆蓋的表面是僅4.5%,(C):在100分鐘之后，厚厚的霜覆蓋Al的表面的96.1%。盡管SLIPS-Al的表面的30.8%覆蓋有霜，但是它們主要是由于邊緣效應(yīng)。垂直地安裝所述襯底。所述襯底的大小近似為3英寸X3英寸。
[0139]圖43是隨時間推移霜覆蓋％的圖，其圖解圖42中霜在Al和SLIPS-Al上的相對
表面覆蓋率。
[0140]圖44是IOcmX IOcm的PPy涂覆的AlllOO樣品的照片，其示范涂層的均勻性和可縮放性。
[0141]圖45提供形成SLIPS的示例性制造技術(shù)。首先，通過可以以下來使固體材料粗糙化:A)噴涂；B)化學(xué)/物理蝕刻；C)材料到固體上的溶液/氣相沉積。在固體經(jīng)過粗糙化之后，可以將表面化學(xué)官能化以提高潤滑劑的化學(xué)親和力。
[0142]發(fā)明詳述
[0143]本公開描述在本文中稱為光滑液注多孔表面(SLIPS)的光滑表面。在某些實施方案中，本公開的光滑表面展現(xiàn)出防粘合和防積垢特性。本公開的光滑表面能夠防止范圍廣泛的材料的粘附。不會粘接到表面上的示例性材料包括液體、固體以及氣體(或蒸氣)。例如，可以排斥液體(如水)、油基漆、烴和它們的混合物、有機溶劑、復(fù)雜流體(如原油)、含蛋白質(zhì)的流體等。液體可以是純液體與復(fù)雜流體。在某些實施方案中，SLIPS可以設(shè)計為是憎惡一切物質(zhì)的(omniphobic)，其中SLIPS展現(xiàn)出疏水與疏油特性。舉另一個實例，可以排斥固體，像細菌、昆蟲、真菌等。舉另一個實例，可以排斥或清除固體，像冰、紙、便利貼或含無機顆粒的漆、塵粒。
[0144]可以防止粘接至本文所公開的光滑表面的所述材料在本文中稱為“對象A”。液體形式的對象A被稱為“液體形式的對象A”或“液化對象A”或“液體A”。固體形式的對象A被稱為“固化形式的對象A”或“固化對象A”或“固體A”。在某些實施方案中，對象A可以含有固體與流體的混合物。
[0145]本公開的光滑表面可以排斥范圍廣泛的材料。例如，對象A可以包括極性和非極性液體A和它們的固化形式，如烴和它們的混合物(例如，從戊烷直到十六烷和礦物油、石蠟超輕質(zhì)原油；石蠟輕質(zhì)原油；石蠟輕質(zhì)-中質(zhì)原油；石蠟-環(huán)烷型中質(zhì)原油；環(huán)烷型中質(zhì)-重質(zhì)原油；芳香族中間型中質(zhì)-重質(zhì)原油；芳香族-環(huán)烷型重質(zhì)原油、芳香族-浙青型原油等等)、酮(例如，丙酮等)、醇(例如，甲醇、乙醇、異丙醇、二丙二醇、乙二醇以及甘油等等)、水(具有范圍廣泛的鹽度，例如，O至6.1M的氯化鈉；0至4.6M的氯化鉀等等)、酸(例如，濃氫氟酸、鹽酸、硝酸等等)和堿(例如，氫氧化鉀、氫氧化鈉等等)，以及冰等等。對象A可以包括生物學(xué)對象，如昆蟲、小動物、原生動物、細菌、病毒、真菌、體液和組織、蛋白質(zhì)等。對象A可以包括懸浮在液體中的固體顆粒。對象A可以包括非生物學(xué)對象，如灰塵、膠體懸浮液、噴漆、食品、常見家居材料等。對象A可以包括粘合劑和粘合膜。列表旨在是示例性的，并且預(yù)期本公開的光滑表面成功地排斥許多其它類型的材料。
[0146]在某些實施方案中，本公開的光滑表面所具有的摩擦系數(shù)低于聚四氟乙烯(PTFE或TEFLON)表面的摩擦系數(shù)。在某些實施方案中，摩擦系數(shù)可以小于0.1、小于0.05，或甚至小于0.04。在某些實施方案中，可以通過使兩種不同的表面相對于彼此滑動來測量摩擦系數(shù)。系數(shù)的值將取決于施加至表面上的負荷、滑動速度以及表面的材料。例如，參考表面(如拋光鋼)可以用于相對于靶標表面(如Teflon)滑動，或本公開的SLIPS可以用于相對其自身(例如，SLIPS / SLIPS)滑動以獲得摩擦系數(shù)(靜態(tài)與動態(tài))。
[0147]圖1中圖解滑動液注多孔表面(SLIPS)的總設(shè)計的示意圖。如所顯示，物品包括固體表面100，所述表面具有提供一定的粗糙度(即，粗糙化的表面)的表面特征110、具有液體B120施加在其上。液體B使粗糙化的表面潤濕，從而填充粗糙化的表面的丘、谷和/或孔隙，并且在粗糙化的表面上形成超平滑表面130。由于由用液體B使粗糙化的表面潤濕而得到的極端平滑表面，對象A140不會粘附至表面。
[0148]在詳細地描述SLIPS的具體成分之前，SLIPS包括至少以下三個因素:1)潤滑液(液體B)可以灌注至、潤濕并且穩(wěn)定地粘附在粗糙化的表面內(nèi)；2)粗糙化的表面可以優(yōu)選地由潤滑液(液體B)、而不是待排斥的液體(對象A)來潤濕；并且3)潤滑液(液體B)和待排斥的對象或液體(對象A)是不混溶的并且彼此在化學(xué)上不會相互作用。
[0149]可以通過使用微或納米紋理化的粗糙襯底來滿足第一個因素，所述襯底的大的表面積與對液體B的化學(xué)親和力的組合促進潤滑液的完全潤濕和粘附。更具體地說，選定粗糙化的表面的粗糙度R以使得R > I / cos θ BX，其中R被定義為表面的實際面積與投影面積之間的比率，并且ΘΒΧ是液體B在浸潰在介質(zhì)X (X=水/空氣/其它不混溶流體介質(zhì))之下的平整固體襯底上的平衡接觸角。在某些實施方案中，R可以是大于或等于I的任何值，如1.5、2或甚至5。
[0150]為滿足第二個因素，粗糙化的表面可以優(yōu)選由潤滑液(液體B)、而不是想要排斥的不混溶液體/復(fù)雜流體/不需要的固體(對象Α)來潤濕。這可以確保對象A保留在液體B的穩(wěn)定潤滑膜的頂部上。
[0151]為滿足第三個因素，對象A與液體B之間的混合焓應(yīng)足夠高(例如，水/油；昆蟲/油；冰/油等)，以使得它 們在混合在一起時彼此相分離，和/或不會經(jīng)歷彼此之間的大量化學(xué)反應(yīng)。在某些實施方案中，對象A和液體B對彼此基本上是化學(xué)惰性的，這樣使得它們在物理上保持不同的相/材料，而二者之間沒有大量混合。
[0152]預(yù)期SLIPS可以并入以下環(huán)境:(I)其中液體B基本上僅暴露于對象A(例如，流動管道等)(參見圖2B);或(2)其中液體B暴露于對象A與另一個流體環(huán)境，如介質(zhì)X(例如，大氣、水等等)(參見圖2A)。圖2示出對象A處于液體形式、作為液體A。
[0153]當將SLIPS并入第一環(huán)境(例如，在管道/管線等等的內(nèi)部之中)中時(參見圖2B)，可以通過滿足等式(el)中所示的條件來選擇襯底表面/潤滑劑/不混溶測試流體的工作組合:
[0154]AE0= Y BXcos θ BX- y Axcos θ Αχ>0 (cl)
[0155]其中g(shù)ammaΑΧ和Ybx分別表示對象A-介質(zhì)X界面的界面能和液體B-介質(zhì)X界面的界面能。另外，ΘΑΧ和ΘΒΧ分別是對象A和液體B在浸潰在介質(zhì)X環(huán)境之下的平整固體表面上的平衡接觸角。
[0156]另一方面，當將SLIPS并入第二環(huán)境(例如，暴露于液體A與第二流體或空氣環(huán)境)中時(參見圖2A)，滿足以下兩個條件可以提供適合的SLIPS。
[0157]Δ E1=R ( Y BXcos θ Βχ- y Axcos θ Αχ) _ Y αβ>° (e2)
[0158]Δ E2=R ( Y BXcos θ Βχ- y Axcos 9 ΑΧ) + Y AX- Y ΒΧ〉0(e3)
[0159]其中Yab表示對象A-液體B界面的界面能。
[0160]另外，對象A與介質(zhì)X之間的密度差還可以對對象排斥性起作用。例如，為了使對象A在重力作用下從SLIPS滑落，對象A的密度Pa可以合意地大于介質(zhì)X的密度Px(即，P A> P x)。此外，對象A的大小可以近似為或大于其毛細管長度。具體地說，毛細管長度是量化對象上的重力對表面力的優(yōu)勢度(dominance)的特征長度尺度,可以定量地表達為(y/Pg)1/2，其中Y、P以及g分別是表面張力、液體的密度以及重力。
[0161]利用以下標準技術(shù)可以獲得或估算出(el)、(e2)以及(e3)中所提到的不同參數(shù)(即，θΑΧ、θΒΧ、Yax、Ybx、Yab、r)。雖然描述了以下標準技術(shù)，但是可以利用對本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的其它技術(shù)。
[0162]θΑχ、θΒχ:前進角和后退角、靜止角的測量
[0163]通過平衡接觸角來描述液體在表面上的行為。平衡接觸角Θ是液體/蒸氣界面接觸固體表面的角度，所述角度由三個界面(例如，固體/液體/蒸氣)上的相互作用來測定。在實驗上，液滴在真實固體表面上的最穩(wěn)定的平衡接觸角可能是難以達到的。安置在固體表面上的液滴展現(xiàn)出由兩個極端值所約束的多個接觸角。上限值被稱為表觀前進接觸角(θ Α)，而下限值被稱為表觀后退接觸角(θ κ)。這些值之間的差被稱為接觸角滯后(即，Λ Θ = ΘΑ-ΘΚ，其中ΘΑ≥Θ≥θκ)，所述接觸角滯后表征表面的液體排斥性。常規(guī)地，平衡接觸角可以通過前進角和后退角的平均值(即，θ =( θ Α+ θ R) / 2)或通過靜止接觸角Θ靜態(tài)(即，Θ = 9靜止)來進行粗略地估算。[0164]實際上，接觸角測量可以通過許多不同的已充分確立的技術(shù)(如固著液滴法和Wilhelmy法)來執(zhí)行。具體來說，固著液滴法是用于接觸角測量的最普遍的技術(shù)之一。在這種技術(shù)中，將液滴沉積在所靶向的固體表面上，其中通過測角儀的光學(xué)系統(tǒng)來捕獲液體輪廓并且在幾何學(xué)上進行擬合來獲得接觸角。從沉積在表面上的靜止液滴測量的接觸角被稱為靜止接觸角θ#±。使用相同的系統(tǒng)，當液滴的體積增加直到潤濕線開始前進時，可以測量前進接觸角ΘΑ?？梢酝ㄟ^減少液滴的體積并且就在潤濕線后退之前測定接觸角來測量后退接觸角θκ?；蛘?，液滴的前進角和后退角還可以通過逐漸傾斜固體表面直到液滴開始移動來測定。
[0165]流體-流體界面張力:ΥΑΧ> Y BX、Y AB的測量
[0166]流體-流體界面張力可以通過許多充分確立的技術(shù)進行測量，所述技術(shù)如Wilhelmy平板法、Du Noiiy環(huán)法以及懸滴法(例如，參見Drelich等，Encyclopedia ofSurface and Colloid Science 中第 3152 至 3166 頁，Marcel Dekker Inc, 2002，所述文獻的內(nèi)容是以引用的方式全部并入本文)。在所有技術(shù)之中，懸滴法是最普遍的和通用的技術(shù)之一，其可以容易地擴展至雙液系統(tǒng)。懸滴法測量流體-流體界面的形狀并且量化由于流體-流體界面張力與重力之間的競爭所引起的形狀扭曲。實際上，一滴更致密的流體(例如，對象A)通過注射針而懸浮在不混溶的介質(zhì)X(即，空氣/水/液體B)中。由于重力的影響，更致密的液滴將隨著液體體積的增加而變形。當液體體積增加至最大可能的大小時(即，在液滴從注射針分離之前)，液滴的形狀輪廓被光學(xué)系統(tǒng)捕獲并且隨后通過計算機軟件來進行分析。流體-流體界面的界面張力Y然后可以從公式Y(jié) = A PgD2 / H推導(dǎo)出，其中Λ P是兩種不混溶的流體之間的密度差，g是重力，D是液滴的赤道直徑，并且H是液滴形狀依賴性參數(shù)，所述參數(shù)是液滴的形狀輪廓的函數(shù)。
[0167]表面粗糙度R的測量
[0168]表面的粗糙度可以通過多種間接和直接方法來定量地估算。例如，量化表面粗糙度的最簡單的間接方法之一是使用Wenzel關(guān)系式來通過測量表面的表觀接觸角來估算粗糙度。具體地說，Wenzel關(guān)系式可以由式cos Θ *=Rcos Θ進行描述,其中Θ*和Θ分別是粗糙化的表面的所測量的表觀接觸角和大致上平整的表面(具有相同材料)的平衡接觸角。
[0169]對于直接測量，表面粗糙度可以通過使用原子力顯微鏡或通過掃描電子顯微鏡來定量地測量。具體地說，使用原子力顯微鏡(AFM)允許表面形態(tài)的簡單并且直接的3維映射。實際上，取決于表面特征的長寬比來選擇適合的AFM探針用于測量(注釋:長寬比被定義為表面特征的高度與寬度之間的比率)。根據(jù)經(jīng)驗，具有非常高的長寬比(即，>10)的銳AFM探針(即，尖端曲率半徑<10nm)將允許具有一般形態(tài)的表面的相對精確的測量。或者或另外，掃描電子顯微鏡的使用還可以用于表面形態(tài)的頂視圖和截面圖的測量，以用于估算表面粗糙度。
[0170]在某些實施方案中，3-D多孔材料的粗糙度可以通過測量多孔材料的最頂層的表面形態(tài)來進行估算。具體地說，當表面的完全濕潤主要是由與流體密切接觸的材料的表面層的粗糙度誘導(dǎo)時，估算可能是特別適合的。
[0171]粗糙度 還可以由通過氣體吸附試驗所執(zhí)行的表面積測量來估算。
[0172]粗糙化的表面
[0173]如本文所使用，術(shù)語“粗糙化的表面”包括三維多孔材料的表面以及具有某些形貌(不論它們具有規(guī)則、半規(guī)則還是無規(guī)則圖案)的固體表面。
[0174]在某些實施方案中，粗糙化的表面可以具有大于I的粗糙度因子R，其中粗糙度因子被定義為真實表面積與投影表面積之間的比率。為發(fā)生液體B的完全潤濕，需要使粗糙化的表面的粗糙度因子大于或等于由Wenzel關(guān)系式所定義的粗糙度因子(即，R > I /cos Θ，其中Θ是液體B在平整固體表面上的接觸角)。例如，如果液體B在特定材料的平整表面上具有50°的接觸角，那么需要相應(yīng)的粗糙化的表面具有大于約1.5的粗糙度因子。
[0175]在某些實施方案中，粗糙化的表面的存在可以促進液體B在粗糙化的表面上的潤濕和鋪展，如圖3中所示范。圖3A示出在由硅烷化的環(huán)氧樹脂制備的平整、非結(jié)構(gòu)化表面310上的液體B(FC-70，高沸點、不溶于水的全氟化三烷基胺)的液滴300。虛線表示襯底的上表面的位置。當液滴在表面上鋪展時，它保持其液滴形狀并且具有有限的接觸角。圖3B示出在相同組成的示例性粗糙化的表面上的相同液體B。粗糙化的表面的存在促進液滴鋪展、并且填充到粗糙化的表面的谷中。如所示，納米結(jié)構(gòu)大大地增強液體B在表面上的潤濕，從而在形貌上產(chǎn)生均勻涂布的光滑功能層。
[0176]在某些實施方案中，粗糙化的表面可以由任何適合的材料制造。例如，粗糙化的表面可以由以下各項制造:聚合物(例如，環(huán)氧樹脂、聚碳酸酯、聚酯、尼龍、Teflon等)、金屬(例如，鎢、鋁)、藍寶石、玻璃、不同形式的碳(如金剛石、石墨、炭黑等)、陶瓷(例如，氧化鋁、二氧化硅)等等。例如，可以利用含氟聚合物，如聚四氟乙烯(PTFE)、聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、氟化乙丙烯等等。另外，粗糙化的表面可以由如以下的功能特性材料制成:導(dǎo)電性/非導(dǎo)電性，和磁性/非磁性、彈性/非彈性、光敏性/非光敏性材料。范圍廣泛的功能材料可以制作SLIPS。
[0177]示例性粗糙化的表面
[0178]圖4和圖5示出一些示例性粗糙化的表面。在某些實施方案中，可以在任何所需要的形狀上形成粗糙化的表面。例如，通過提供某些凸起的結(jié)構(gòu)或凸出部410，可以在二維平整表面400上形成粗糙化的表面(參見圖4)。在另一個實例中，通過在二維平整表面上形成孔隙520來形成多孔材料，可以形成粗糙化的表面(參見圖5A)。在另一個實例中，可以利用具有規(guī)則或無規(guī)則孔隙的三維互連網(wǎng)狀物(參見圖5B和圖5C)。[0179]在某些實施方案中，粗糙化的表面是含有多個長度尺度的表面特征的分級表面。舉例來說，表面可以具有:具有微米尺度的尺寸的第一形貌特征和納米尺度的第二形貌特征。第一形貌特征支撐第二較小形貌特征。第二形貌特征被稱為“一級結(jié)構(gòu)”，因為它們意欲表示分級結(jié)構(gòu)的最小特征大小。一級結(jié)構(gòu)可以包括以下結(jié)構(gòu):如納米纖維、納米點等等。所述納米尺度的“一級結(jié)構(gòu)”可以具有在大小上為數(shù)至數(shù)十或數(shù)百納米的至少一種種類的特征大小，如小于5nm至200nm。例如，具有大約5、10、25、50、或甚至IOOnm的直徑的納米纖維。在這類情況下，當利用具有約IOOnm直徑的特征大小的“一級結(jié)構(gòu)”時，可以利用具有大于IOOnmJn 150nm、300nm、500nm、或lOOOnm、以及更大的特征大小的“二級結(jié)構(gòu)”。涵蓋各自具有比較低階結(jié)構(gòu)更大的特征大小的另外更高階結(jié)構(gòu)，如“三級結(jié)構(gòu)”等。
[0180]具體地說，圖6A至圖6F中所示的具有隆起、納米纖維、棒或球體、立柱、蘑菇等等的不同組合的分級結(jié)構(gòu)可以提供高度的三維多孔性，所述多孔性可能非常適用于用作本文所描述的多孔表面。適合用作粗糙化的表面的分級表面的詳細討論見于2011年7月19日提交的名稱為“Hierarchically structures surfaces to control wetting by liquids，，的國際申請?zhí)朠CT / USll / 44553，所述申請是以引用的方式全部并入本文。
[0181]作為粗糙化的表面的凸起的結(jié)構(gòu)
[0182]在某些實施方案中，粗糙化的表面可以具有表面凸出部(例如，立柱、峰等)的周期性陣列或任何無規(guī)則圖案或粗糙度(參見例如圖4)。在一些實施方案中，產(chǎn)生粗糙化的表面的特征的大小尺度在IOnm至100 μ m范圍內(nèi)，其中幾何形狀在規(guī)則的立柱/開放的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)至無規(guī)則定向的尖銳結(jié)構(gòu)的范圍內(nèi)。在一些實施方案中，凸起的結(jié)構(gòu)的寬度沿它們的高度是恒定的。在一些實施方案中，凸起的結(jié)構(gòu)的寬度隨著它們從遠端接近基底表面而增加。凸起的結(jié)構(gòu)可以是多種截面的凸起立柱，所述截面包括但不限于:圓形、橢圓形、或多邊形(如三角形、正方形、五邊形、六邊形、八邊形等)，從而形成圓柱形、金字塔形、圓錐形或棱柱形的柱。它們的表面可以是平滑的或以規(guī)則或不規(guī)則方式起皺，例如，如在Bosch法中所見的扇形結(jié)構(gòu)中。雖然以上描述的示例性襯底圖解出具有均勻形狀和大小的凸起立柱，但是給定襯底上的凸起立柱的形狀、定向和/或大小可以改變。
[0183]可以通過用于將凸起的結(jié)構(gòu)制作到襯底上的任何已知方法來產(chǎn)生凸起的結(jié)構(gòu)。非限制性實例包括:常規(guī)光刻、投影光刻、電子束寫入或光刻、聚焦離子束光刻、沉積納米線陣列、在襯底的表面上生長納米結(jié)構(gòu)、軟光刻、復(fù)制模制、溶液沉積、溶液聚合、電聚合、電鍍、無電沉積、氣相沉積、接觸印刷、蝕刻、轉(zhuǎn)印圖案化、微壓印、自組裝等等。
[0184]例如，具有立柱陣列的硅襯底可以通過光刻使用Bosch的反應(yīng)離子蝕刻法來制作(如在 Plasma Etching !Fundamentals and Applications, M.Sugawara 等，OxfordUniversity Press, (1998), ISBN-10:019856287X中所描述，其內(nèi)容是以引用的方式全部并入本文)。另外的示例性方法被描述于PCT/US09/48880中，所述文獻的內(nèi)容是以引用的方式全部并入本文。
[0185]還可以通過軟光刻方法(參見例如，J.Aizenberg和B.Pokroy, PCT/US2009/048880，其內(nèi)容是以引用的方式全部并入本文)來獲得圖案化表面作為復(fù)制物(例如，環(huán)氧樹脂復(fù)制物)。具有圖案化表面的聚合物膜可以通過本領(lǐng)域中已知的手段(例如，卷對卷壓印或壓花)來制作。
[0186]在某些實施方案中，粗糙化的表面可以(例如)通過B.Pokroy, A.K.Epstein,M.C.M.Persson-Gulda, J.Aizenberg, Adv.Mater.21,463 (2009)中描述的復(fù)制模制工序制成，所述文獻的內(nèi)容是以引用的方式全部并入本文。預(yù)先產(chǎn)生的圖案的復(fù)制陰?？梢酝ㄟ^將預(yù)聚合物與硬化劑的混合物(例如，10:1的比例)傾注在圖案上、接著在烘箱中熱硬化來由聚二甲基硅氧烷、PDMS (例如，Dow-Sylgardl84)制成。在冷卻之后，可以剝落PDMS陰模并且用于通過將所需要的材料(例如，UV可硬化環(huán)氧樹脂)傾注至所述陰模中來制作最終復(fù)制物。在使所述材料固化之后，可以剝落所述陰模，從而留下初始圖案的復(fù)制物。然后，可以用低表面能涂料使復(fù)制物的表面化學(xué)官能化，所述低表面能涂料如(十三氟-1，1，2，2-四氫辛基)-三氯硅烷或具有適當?shù)姆磻?yīng)性端基和直鏈或支鏈烴或氟碳鏈或它們的組合的其它試劑。
[0187]作為粗糙化的表面的三維多孔材料
[0188]在某些實施方案中，粗糙化的表面可以是具有任意形狀和厚度的襯底的多孔表面層。多孔表面可以是具有足夠厚度(如IOOnm以上的厚度)以便穩(wěn)定潤滑液或具有液體從固體材料所感覺到的有效范圍的分子間力的任何適合的多孔網(wǎng)狀物。厚度低于lOOnm，液體可能開始失去其液體特性。然而，襯底可以是相當更厚的，如金屬片材或管道。多孔表面可以具有使液體B穩(wěn)定的任何適合的孔隙大小，如約IOnm至約2_。通過在具有無限厚度的固相支撐物上產(chǎn)生表面圖案， 也可以產(chǎn)生所述粗糙化的表面。
[0189]在某些實施方案中，多孔材料的孔隙大小可以粗略地近似為液體B的毛細管長度或更小。所述大小可以允許液體B穩(wěn)定在多孔材料中。毛細管長度λ?？梢员欢x為
A- = 士//?，其中Y是液體B的表面張力，P是液體B的密度，并且g是重力。
[0190]采取利用氟化液體作為液體B的示例性情況，氟化液體的表面張力在約1800kg/m3或以上的典型密度下是在約10至20mN/m的范圍內(nèi)。典型的孔隙大小可以在約50nm至約100 μ m或多達約1_、如約750 μ m至1_的范圍內(nèi)。
[0191]在某些實施方案中，粗糙化的表面可以具有大小為納米觀的特征大小，如小于I μ m或小于lOOnm。所述特征大小可以特別適用于排斥利用所具有的大小在約5至10 μ m范圍內(nèi)的鉤爪來輔助在SLIPS上攀爬的昆蟲。另外，液體B的存在還可以有效地防止利用微/納米結(jié)構(gòu)來通過分子間力粘附至表面的昆蟲或動物(例如，甲蟲、蒼蠅、蜘蛛以及蛤蚧等)的附著。
[0192]在某些實施方案中，粗糙化的表面可以具有比得上或小于待排斥的對象A的孔隙。例如，小于昆蟲的鉤爪的大小(例如，在約5至ΙΟμ--范圍內(nèi))的孔隙大小可以進一步幫助抑制昆蟲在SLIPS上攀爬。
[0193]示例性多孔材料包括:具有孔(例如，高長寬比的孔、圓柱體、柱等)的固體襯底、孔和一種或多種材料的三維互連網(wǎng)狀物(例如，3D有序的膠體組裝、嵌段共聚物等)、纖維材料的無規(guī)則陣列(例如，濾紙、織物、電紡膜等)以及類似物。
[0194]許多多孔材料在商業(yè)上可獲得，或可以通過許多已充分確立的制造技術(shù)制成。例如，具有孔和PTFE纖絲的無規(guī)安排的三維互連網(wǎng)狀物的PTFE過濾材料在商業(yè)上可獲得。圖5A至圖圖解出適合的多孔材料的三個非限制性示例性實施方案。
[0195]例如，如圖5A中所示，多孔氧化鋁可以通過陽極氧化方法來制造，其中鋁襯底在恒定電勢下進行電化學(xué)氧化?？紫兜目紫洞笮?、孔隙間間距以及長寬比可以通過調(diào)整電化學(xué)氧化方法的操作參數(shù)來調(diào)節(jié)。所述方法在襯底中產(chǎn)生多孔貫通孔，其中多孔孔的大小近似為50nm，長寬比大于10000(參見，Lee等，Nature Mater.5，741-47，2006，所述文獻的內(nèi)容是以引用的方式全部并入本文)。
[0196]在一些實施方案中，機械或(電)化學(xué)方法可以用于使金屬表面粗糙化。可以將粗糙化的和非潤濕的材料直接噴涂至金屬表面上。通過在水中煮沸在鋁表面上的勃姆石(Y-AlO(OH))形成也可以用于使金屬表面如鋁粗糙化。疏水性聚合物納米纖維的旋轉(zhuǎn)噴射紡絲和適當?shù)囊锏姆謱映练e也可以用于使襯底粗糙化，以在SLIPS中使用。
[0197]在另一個實例中，如圖5B中所示，二氧化硅的長程有序的多孔結(jié)構(gòu)可以通過犧牲性聚合物膠體顆粒與水解硅酸鹽溶膠一凝膠前體溶液的蒸發(fā)性共組裝方法來產(chǎn)生。所述方法可能能夠產(chǎn)生厘米級或 更大的無裂紋多孔表面，孔隙大小為約IOOnm至約1000nm且孔隙率為約 75%。(參見，Hatton 等，Proc.Natl.Acad Sc1.107，10354—10359，2010，和于 2011年2月11日提交的關(guān)國專利申請?zhí)?3 / 058，611，所述文獻的內(nèi)容是以引用的方式全部并入本文)。
[0198]在另一個實例中，如圖5C中所示，為制造基于聚合物的多孔膜(如PTFE)，一種方法可以包括將PTFE粉末與潤滑劑(例如，石腦油)進行混合以形成糊劑。然后，可以通過如擠出模制的方法將糊劑模制成所希望的形狀。然后，可以將模制的PTFE膜加熱直到小于它的熔點以便驅(qū)散潤滑劑。此后，可以形成多孔PTFE膜。(參見，美國專利號5，476，589，所述專利的內(nèi)容是以引用的方式全部并入本文)。
[0199]在某些實施方案中，通過由干燥溶劑(例如，乙醇)所起始的蒸發(fā)誘導(dǎo)的組裝方法，凸起的結(jié)構(gòu)的聚合物復(fù)制物可以自組裝并且皺縮成多孔結(jié)構(gòu)的無規(guī)則網(wǎng)狀物(例如，類似于“絕緣套管”結(jié)構(gòu)的網(wǎng)狀物)(參見圖OT)。可以用液體B來浸潤所得組裝結(jié)構(gòu)以形成 SLIPS。
[0200]可以利用適用于獲得多孔粗糙化的表面的任何其它技術(shù)。在某些實施方案中，多孔粗糙化的表面可以是商業(yè)上可獲得的材料，如過濾材料。在某些實施方案中，多孔粗糙化的表面可以作為用于形成所需裝置或裝置的一部分的現(xiàn)存方法的一部分來形成。
[0201]因此，為有利于液體B對粗糙化的表面進行完全潤濕以形成在化學(xué)上均勻的并且在物理上平滑的外涂層，需要粗糙化的表面對液體B具有高化學(xué)親和力、具有高表面粗糙度或具有二者。給定已知液體B，它對粗糙化的表面的化學(xué)親和力可以通過接觸角Θ來測量。接觸角越小，液體B對粗糙化的表面的親和力越強。
[0202]根據(jù)慣例，當Θ <90°時，液體據(jù)稱對固體表面具有高化學(xué)親和力；否則，當Θ≥0°時，液體據(jù)稱具有低化學(xué)親和力。取決于液體的化學(xué)親和力，表面粗糙度需要相應(yīng)地進行工程化，以便形成完全潤濕的膜。給定液體在平整固體上的已知接觸角，形成完全潤濕的液體膜的固體的粗糙度要求R可以由Wenzel關(guān)系式來定義(即，R≥1/COS0)。美國專利申請?zhí)?1/434，217和61/466，352中已經(jīng)描述了粗糙化/多孔固體和相應(yīng)的化學(xué)官能化的詳細實例。
[0203]以下是關(guān)于制造適用于制作SLIPS的官能化粗糙化/多孔固體的另一些非限制性實例。
[0204]1.噴霧
[0205]在一個實例中，可以通過噴霧方法來產(chǎn)生粗糙化、多孔材料，其中將含有微小顆粒/納米顆粒的乳液噴霧至固體表面(平整/粗糙化)上。在溶劑干燥后，這些顆粒組裝成粗糙化固體層。一種適合的噴霧技術(shù)被描述在Poetes等,Phys Rev.Lett.105,166104(2010)中，其內(nèi)容是以引用的方式全部并入本文。然后，所述固體層可以由液體B(所述液體B還可以通過另外的噴霧來施加)浸潤。
[0206]2.電沉積 [0207]在另一個實例中，多孔材料可以通過電沉積方法(如STEP方法)(STEP =通過電沉積在圖案化襯底上結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，參見，于2010年7月19日提交的美國臨時專利申請序號61/365，615 和于 2011 年 7 月 19 日提交的 PCT/US11/44553 以及 Kim 等，Nano Lett.,DOI:
10.1021/nl200426g, (2011)，所述文獻的內(nèi)容是以引用的方式全部并入本文)在金屬表面
上原位產(chǎn)生。
[0208]在某些實施方案中，多孔表面可以通過使用電沉積方法來制備。可以控制電沉積條件，以使得可以在導(dǎo)電表面上形成導(dǎo)電聚合物的納米纖維?？梢赃M一步控制電沉積條件以便提供所需納米纖維直徑和間距。在某些實施方案中，可以控制電沉積條件以提供可以提供另外的使液體B穩(wěn)定的手段的任何其它所需形態(tài)。
[0209]導(dǎo)電有機聚合物的形態(tài)可以通過改變沉積條件(如單體的濃度、電解質(zhì)和緩沖液的類型、沉積溫度和時間)和電化學(xué)條件(如所施加的電勢)來控制。例如，增大電化學(xué)溶液中的單體的濃度、所施加的電勢和/或溫度通常導(dǎo)致更快的聚合速率和在生長過程中的許多寄生成核部位，從而產(chǎn)生類似于花椰菜的形態(tài)(參見圖6A)。相比之下，更低濃度的單體、更低的所施加的電勢以及更低的溫度可以導(dǎo)致具有基本上均勻的直徑的納米纖絲生長(參見圖6B)。單體的濃度或所施加的電勢的進一步降低可以導(dǎo)致具有低表面覆蓋率的聚合物納米纖維的短棒(參見圖6C)。在另一個實例中，增加電解質(zhì)和緩沖液的類型以獲得酸性更強的溶液可以導(dǎo)致花椰菜形狀的形成(參見圖6A)或聚合物的過度生長(參見圖6D)。在另一實例中，可以使所施加的電壓循環(huán)，從而導(dǎo)致不同氧化態(tài)的沉積的聚合物層，所述不同氧化態(tài)經(jīng)常顯示為顏色變化(例如，隨著所施加的電壓的增大，從深藍色到綠色然后到淡黃色)。在另一個實例中，所施加的電壓可以在恒定的電壓下脈沖以僅在下層微立柱結(jié)構(gòu)的尖端上形成聚合物，從而導(dǎo)致蘑菇狀形態(tài)(參見圖6E)。在另一個實例中，可以在凸起的特征的陣列上制作纖維表面，以便形成分級粗糙度(參見圖6F)。因此，可以從納米尺度到超過微米尺度來精細地控制導(dǎo)電有機聚合物的形態(tài)，并且可以通過簡單的修飾來產(chǎn)生具有精確控制的形態(tài)的表面涂層，所述涂層通過形態(tài)的設(shè)計和控制來保證不同表面特性的定制。
[0210]3.磨料噴射
[0211]可以通過磨料噴射的方法使許多固體表面粗糙化。在這種方法中，由高壓氣體/液體所推進的磨料顆粒流擊打到所靶向的固體表面上，從而通過物理轟擊將表面材料從固體去除。磨料噴射的一些實例是噴珠、噴砂、濕磨料噴射以及水力噴射。然后可以用其它方法如噴涂(描述于美國專利申請?zhí)?1/466，352，第12頁[0079]中)對通過磨料噴射處理的固體表面進行后處理，以便提高它們對特定潤滑劑的化學(xué)親和力。如由Steiner和同事所證明的具體實例(Poetes等，Phys Rev.Lett.105，166104 (2010))，通過噴珠法、隨后通過噴涂引物(DuPont459-804)和Teflon懸浮液(DuPont852_200)而使鋁襯底粗糙化。這種方法產(chǎn)生具有氟化表面化學(xué)(即，Teflon)的高度粗糙化的表面，所述表面將會對潤滑劑如全氟化流體(例如，3M? Fluorinert?或Dupont? KrytOX?油)顯現(xiàn)出強烈的化學(xué)親和力。
[0212]4.干式蝕刻
[0213]干式蝕刻技術(shù)利用反應(yīng)性等離子體/氣態(tài)種類來去除所靶向的固體材料。取決于操作條件(例如，壓力、氣流、功率等)，可以實現(xiàn)方向性(各向異性的)和非方向性(各向同性的)蝕刻。例如，與要求高真空環(huán)境的各向異性蝕刻相比，材料的各向同性蝕刻通常在低真空環(huán)境下進行。不同的反應(yīng)性氣態(tài)種類可用于蝕刻多種材料，如硅、玻璃、氮化硅、鋁、鎢以及聚合物等(參見例如，K.R.Williams等，J.MEMS，12，第761-778頁(2003))。通過各向異性蝕刻方法，可以產(chǎn)生具有明確定義的側(cè)壁輪廓(例如，垂直/傾斜側(cè)壁)的高長寬比結(jié)構(gòu)(即，高度/寬度>> I);而各向同性蝕刻技術(shù)可以用于產(chǎn)生具有底切或圓形側(cè)壁輪廓的低長寬比結(jié)構(gòu)(即，高度/寬度<約I)。各向異性蝕刻方法(如Bosch法)的實例已經(jīng)描述于美國臨時專利申請61/466，352中。對于各向同性蝕刻的實例，Tuteja等(Tuteja等，Science318,1618-1622 (2007))顯示:在低真空環(huán)境下使用圖案化二氧化硅作為掩蔽材料并且使用二氟化氙(XeF2)作為氣體蝕刻劑，可以在硅上制作出蘑菇樣紋理。使用適當?shù)奈g刻劑和掩蔽材料，可以在鋁或聚合物上產(chǎn)生類似結(jié)構(gòu)。
[0214]5.金屬泡沫/多孔金屬
[0215]金屬泡沫是多孔金屬襯底。通常通過預(yù)熔金屬與注射氣體/釋放氣體的發(fā)泡劑的混合物的固化過程，或通過將金屬粉末壓縮至專用工具中以形成不同的形狀和形式(例如，片材、圓柱體形狀、空心圓柱體等)，可以形成這些多孔襯底?？梢詫⒔饘倥菽圃斐砷]孔或開孔結(jié)構(gòu)(即，金屬的互連網(wǎng)狀物)。已經(jīng)通過各種方法產(chǎn)生不同材料(如鋁、鈦、鎳、鋅、銅、鋼、鐵或其它金屬和合金)的金屬泡沫，所述方法如已經(jīng)在J.Banhart, Prog.Mater.Sci46，559-632 (2001)中廣泛討論的直接發(fā)泡法和粉末壓實熔化法。這些泡沫廣泛應(yīng)用在汽車/航空航天工業(yè)、造船、鐵路工業(yè)以及生物醫(yī)學(xué)工業(yè)中。
[0216]6.聚合物纖維紡絲
[0217]通過電紡絲或旋轉(zhuǎn)噴射紡絲過程可以制造出多孔表面。具體地說，電紡絲使用電荷從液體如聚合物溶液中拉出微米尺度/納米尺度纖維。這些纖維可以直接拉至所靶向的固體襯底上以形成具有受控纖維密度的聚合物多孔表面。在這種方法中可以使用許多聚合物材料，如尼龍、聚氨酯、聚碳酸酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸酯、聚苯胺、聚苯乙烯、聚酰胺、膠原、聚丙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯等。在旋轉(zhuǎn)噴射紡絲中，將高速旋轉(zhuǎn)的聚合物溶液噴射流以形成對齊的纖維。通過改變噴嘴幾何形狀、旋轉(zhuǎn)速度以及聚合物溶液特性可以控制纖維形態(tài)、直徑以及網(wǎng)孔隙率，這已經(jīng)在Badrossamay等,Nano Lett.2010,10 (6),第2257-2261頁中廣泛討論。
[0218]圖45提供概述可以用來制備粗糙化的多孔襯底的各種制造方法的先前討論的示意圖。參見圖45A，粗糙化多孔表面可以通過噴霧方法來產(chǎn)生，在所述噴霧方法中，將由微小顆粒/納米顆粒組成的乳液噴霧至平整固體表面上。這些顆粒在溶劑干燥后組裝成粗糙化固體層。然后，所述固體層可以由潤滑液(所述潤滑液還可以通過另外的噴霧來施加)來浸潤?？梢試婌F至平整固體表面上以形成粗糙化多孔材料的微小顆粒/納米顆粒的非限制性實例包括:二氧化鈦、二氧化硅、納米金剛石、金屬(如銀、金、鉬、銅、金、鈀、鋅、以及鈦)、輕磷灰石(HAp)納米顆粒。
[0219]在一個或多個實施方案中，如圖45B中所示，使用蝕刻劑方法來產(chǎn)生粗糙化多孔襯底。所述襯底通過蝕刻來粗糙化。蝕刻劑由預(yù)成型的管道攜載并且沉積至襯底上以產(chǎn)生粗糙化的表面。所述表面被粗糙化后，將它用液體(未圖示)或硅烷蒸氣進行官能化，并且用潤滑液來浸潤。
[0220]在其它實施方案中，如圖45C中所示，粗糙化多孔襯底是通過使納米結(jié)構(gòu)化的材料在表面上生長來制成。使納米結(jié)構(gòu)化的材料在襯底的表面上生長以產(chǎn)生粗糙化的表面，所述粗糙化的表面用液體(未圖示)或硅烷蒸氣來官能化并且用潤滑液來灌注。這些納米結(jié)構(gòu)的非限制性實例包括PPy納米纖維、碳納米管等等。納米結(jié)構(gòu)就位后，所述表面可以通過硅烷化來化學(xué)官能化并且用潤滑液來浸潤。
[0221]多孔粗糙化的表面的某些優(yōu)點
[0222]三維多孔粗糙化的表面的使用可以提供數(shù)種優(yōu)點?？梢宰⒁獾街辽僖韵聝?yōu)點。
[0223]1.任意幾何形狀
[0224]首先，因為物理結(jié)構(gòu)已經(jīng)包埋在散裝材料內(nèi)，所以可能不需要對表面進行進一步結(jié)構(gòu)化。在所述情況下，多孔材料可以是自支撐的、獨立式的膜，所述膜可以附著/膠合/粘附至具有任何種類的幾何形狀的材料的外表面或內(nèi)表面(參見圖7A)。
[0225]在某些實施方案中，粗糙化的表面可以在多種平坦的或非平坦的表面上形成或施加至多種平坦的或非平坦的表面(參見圖7A和圖7B)。例如，圖7B示出附著至具有用于液體B的儲器720的圓柱形固體核心710的外表面的SLIPS700。或者，SLIPS還可以附著至管、管道以及其它不規(guī)則形狀的襯底的內(nèi)表面。例如，如圖7C中所示，可以將SLIPS700施加至圓柱形管710的內(nèi)表面，以用于液體A730的低阻力流動。另外,如圖7D中所示，可以用相同/不同種類的潤滑劑(在圖7D中表示為液體B和B')將SLIPS施加至管/針的內(nèi)表面與外表面上，以用于液體A的低阻力流動，并且保持光滑/不粘接至管/針所暴露的外部環(huán)境。此外，如圖7E中所示，可以將SLIPS施加至液體B浸泡的多孔管線上，用于液體A的低阻力流動，并且保持光滑/不粘接至多孔管/針所暴露的外部環(huán)境。具有任何任意截面(恒定的或變化的)的管狀結(jié)構(gòu)也可以用于以上實例中所描述的相同背景中。
[0226]在某些實施方案中，可以在如以下的任何適合的材料和幾何形狀上制造多孔表面:冰箱盤管、大金屬片材、墻面板、側(cè)板、球體、滾珠軸承、醫(yī)學(xué)裝置、戶外標記和路標、管道(例如，金屬或金屬化水或油管；塑料管道)的內(nèi)部，針的內(nèi)部和外部、瓶子或容器的內(nèi)部和外部、窗、透鏡、屏幕(例如，在移動裝置、指紋讀出器、計算機顯示器或自動柜員機上)、管線、空心金屬結(jié)構(gòu)、圖案化電極、網(wǎng)狀物、金屬線、多孔導(dǎo)電表面、織物、衣物、鞋子，等等。
[0227]2.高壓穩(wěn)定性
[0228]在某些實施方案中，SLIPS可以在不損失本文所描述的SLIPS的任何有益特性的情況下提供高壓穩(wěn)定性。在某些實施方案中，SLIPS可以在不損失本文所描述的SLIPS的任何有益特性的情況下提供對壓力變化的抵抗性。
[0229]在某些實施方案中，使用多孔材料用于粗糙化的表面可以提供極端高壓穩(wěn)定性。例如，使用多孔材料(例如，Teflon膜)可能能夠耐受高達約6.8 X IO7Pa的絕對壓力，而同時維持其光滑特征。不希望受理論約束，3D多孔材料的改善的壓力耐受性可以歸因于潤滑層的不可壓縮性以及液體刺穿至多孔結(jié)構(gòu)中的阻力。
[0230]圖8示出所施加的壓力(左軸)和作為表面張力的函數(shù)的對象A(測試液體是辛烷、癸烷以及十六烷)從SLIPS滑落的滑動角(右軸)。如所示，在大于1X 1O3或1X 104，或在加壓環(huán)境下達到1X 105、1X1O6、1 X 1O7或甚至6.8 X 1O7Pa時與測試液體(如圖8中所示)接觸時，SLIPS保持其平滑功能。
[0231]在某些實施方案中，當所施加的壓力低于液體B的固化壓力(例如，對于全氟三-正戊胺來說為GPa級)時，可以實現(xiàn)這些壓力穩(wěn)定性。例如，通過選擇所具有的固化壓力大于在應(yīng)用期間所預(yù)期的施加壓力的流體，液體B可以被選擇成具有高壓穩(wěn)定性的特征。
[0232]在某些實施方案中，粗糙化的表面可以被選擇成使得下層粗糙化的表面結(jié)構(gòu)不會強加尖銳點，其中應(yīng)力集中在那些尖銳特征周圍。尖銳點的存在可以引入應(yīng)力集中點，這樣使得在對象A以高壓撞擊在SLIPS上時，液體B還由于所述尖銳點而局部地移位，對象A然后在液體B有機會對其本身進行修復(fù)之前與所述尖銳點相遇、分裂并且使下層粗糙化的表面潤濕。
[0233]在某些實施方案中，使用多孔材料用于粗糙化的表面可以提供對可能發(fā)生的壓力變化的極端高抵抗性。例如，盡管使用圖4中所示的多個凸起的納米結(jié)構(gòu)作為粗糙化的表面可能能夠承受近似1O5Pa /秒的最大速率的壓力變化，使用多孔材料(例如，Teflon膜，圖5C)可能能夠耐受高達約6X 1O6Pa /秒的壓力變化，而不使液體B發(fā)生移位。不希望受理論約束，對壓力變化的改善的抵抗性可以歸因于復(fù)雜的、大表面積3D多孔網(wǎng)狀物與液體B之間的增強的毛細管相互作用。
[0234]在某些實施方案中，液體B和粗糙化的表面可以被選擇成使得它們可以承受快速的壓力變化。例如，本公開的平滑表面可能能夠經(jīng)受大于1Χ105、5Χ105、1Χ106、5Χ106或甚至大于6X1O6Pa /秒的壓力變化。
[0235]3.液體B的容易補充性
[0236]使用多孔材料的另一個有利特征可以是散裝材料內(nèi)毛細管網(wǎng)的存在，所述毛細管網(wǎng)可以進一步增強液體B穿過孔隙的運輸。多孔結(jié)構(gòu)可以在表面處提供補充流體并且可能適用于解決液體B從SLIPS表面的蒸發(fā)或其它材料損失。例如,在一部分液體B由于蒸發(fā)、突然壓力凈化、物理損傷等在材料的表面處減少的情況下，液體B可以通過這些網(wǎng)狀物中的毛細管作用進行補充。補充液體B是通過毛細管芯吸抽吸穿過襯底的多孔本體以便更新SLIPS的上表面。在某些實施方案中，多孔材料本身可以用作流體儲器，以便儲存液體B用于隨后毛細管再填充目的。
[0237]在某些實施方案中，如圖9A中所示，為了進一步延長本公開的光滑表面的壽命，可以將多孔材料905連接至安置在固體襯底901上的外部流體儲器903，其中多孔材料905內(nèi)的毛細管網(wǎng)可以幫助將液體B從流體儲器903轉(zhuǎn)移(例如，經(jīng)由芯吸)至多孔材料905。
[0238]圖9B示出替代實施方案，其中具有多孔材料905作為粗糙化的表面的SLIPS是在圓柱形管的內(nèi)表面中形成。如所示，圓柱形管901具有用作液體B的流體儲器的第一環(huán)形區(qū)域903，然后是具有多孔材料905的SLIPS的內(nèi)環(huán)形區(qū)域，所述內(nèi)環(huán)形區(qū)域圍繞著用于液體A的流動的空心區(qū)域907。在操作中，環(huán)形區(qū)域903中的液體B轉(zhuǎn)移(例如，經(jīng)由芯吸)至多孔材料905中以便形成SLIPS，并且液體A可以流動穿過所述空心區(qū)域，其中在905與907之間的界面處有少量至沒有阻力。
[0239] 圖9C示出另一個實施方案，其中SLIPS是在任意形狀的流動路徑的內(nèi)表面中形成。如所示，底部襯底901具有用作液體B的流體補充源的通道903，所述通道聯(lián)接至SLIPS的多孔材料905。多孔材料905是通過將具有相接合的凹陷區(qū)域的底部襯底901與具有形成在其上的大致上平整的多孔材料911的頂部襯底909相組合形成。所述頂部與底部襯底部分的組合形成用于液體A的流動的空心區(qū)域907。
[0240]圖9D示出關(guān)于如何能夠形成圖9C的底部襯底901和SLIPS905的一些光學(xué)照片。如所示，可以將具有孔隙的三維無規(guī)則的網(wǎng)狀物的TEFLON濾紙930放置在界定任意流動路徑的陽模940與陰模950之間，并且可以將陽模940和陰模950按壓在一起以便在TEFLON濾紙930上復(fù)制所述流動路徑圖案?？梢詫⒛０錞EFLON濾紙930放置在陰模950內(nèi)部，所述陰?，F(xiàn)在用作圖9C的底部襯底901，并且可以將用作SLIPS911的具有另一個大致上平整的TEFLON濾紙的大致上平整的襯底施加至其上(未圖示)，以便形成圖9C中所示的流動路徑907。陰模950可以進一步包括用于根據(jù)需要補充液體B的通道903 (未圖示)。
[0241]圖10示出SLIPS的數(shù)個其它非限制性實施方案和如何可以將液體B補充至這些實施方案的每個中的SLIPS。左欄對應(yīng)于以下系統(tǒng)，其中SLIPS暴露于介質(zhì)X與液體A (作為液滴示出)。右欄對應(yīng)于以下系統(tǒng)，其中SLIPS大致上僅暴露于液體A (作為兩個SLIPS之間的填料(plug)示出)在任一系統(tǒng)中，可以根據(jù)需要將液體B補充至SLIPS。頂排示出存在有限量的液體B的情景。中間一排示出存在大的液體B源(例如，從補充SLIPS所需的液體B的量的觀點來看實際上無限的源)的情景。底排示出可以根據(jù)需要手動或自動地噴霧液體B來補充液體B的情況。如所示，許多不同的構(gòu)造和它們的派生物是可能的。
[0242]應(yīng)注意雖然本文描述的實施方案是指多孔材料，但是可以利用本文描述的任何其它適合的粗糙化的表面。
[0243]其它實施方案
[0244]在某些實施方案中，固體表面可以是基本上平整的。當平整表面的臨界表面能高于功能液體B的表面張力時，這種情況可能是適用的。例如，基本上平整的表面由于表面力可能能夠粘附液體B的薄層。
[0245]對象A
[0246]對象A相對于其毛細管長度的物理大小
[0247]在某些實施方案中，假定呈液體形式或呈固化形式的對象A的大小大于特征大小，當表面相對于水平面以一定角度傾斜時，對象A可以通過重力從SLIPS滑落。具體地說，當對象A的大小比液體A的毛細管長度大得多時，重力對所述對象的作用可能是更顯著的。具體地說，毛細管長度是量化對象上的體積力對表面力的優(yōu)勢度的特征長度尺度，可以定量地表達為U/Pg)1/2，其中Y、P以及g分別是液體的表面張力和密度，以及重力。例如，固體A或液體A的大小可以比液體A的毛細管長度大至少3倍。
[0248]如先前所述，本公開的光滑表面可以排斥范圍廣泛的材料。例如，對象A可以包括極性和非極性液體A和它們的固化形式，如烴和它們的混合物(例如，從戊烷直到十六烷和礦物油、石蠟超輕質(zhì)原油；石蠟輕質(zhì)原油；石蠟輕質(zhì)-中質(zhì)原油；石蠟-環(huán)烷型中質(zhì)原油；環(huán)烷型中質(zhì)-重質(zhì)原油；芳香族中間型中質(zhì)-重質(zhì)原油；芳香族-環(huán)烷型重質(zhì)原油、芳香族-浙青型原油等)、酮(例如，丙酮等)、醇(例如，甲醇、乙醇、異丙醇、二丙二醇、乙二醇以及甘油等)、水(具有范圍廣泛的鹽度，例如，O至6.1M的氯化鈉；0至4.6M的氯化鉀等)、酸(例如，濃氫氟酸、鹽酸、硝酸等)和堿(例如，氫氧化鉀、氫氧化鈉等)、酒、醬油等、番茄醬等、橄欖油等、油脂、肥皂水、表面活性劑溶液，以及霜或以及冰等。對象A可以包括生物學(xué)對象，如昆蟲、血液、小動物、原生動物、細菌(或細菌生物膜)、病毒、真菌、體液和組織、蛋白質(zhì)等等。對象A可以包括懸浮在液體(例如，雨、水、露水等)中的固體顆粒(例如，灰塵、煙霧、污垢等)。對象A可以包括非生物學(xué)對象，如灰塵、膠狀懸浮液、噴漆、指紋、食品、常見家居用品，等等。對象A可以包括粘合劑和粘合膜。列表旨在是示例性的，并且本公開的光滑表面預(yù)期成功地排斥許多其它類型的材料。
[0249]在某些實施方案中，可以排斥多于一種的不同的對象A。在某些實施方案中，與僅一種對象A相比，可以更容易地一起排斥兩種或更多種對象A的組合。
[0250]液體B [0251]液體B (貫穿本說明書，或者稱為“潤滑劑”)可以選自許多不同的材料，并且相對于固體表面和對象A是化學(xué)惰性的。液體B容易地流入粗糙化的表面的表面凹處中并且通常在提供在粗糙化的表面上時具有形成超平滑表面的能力。在某些實施方案中，液體B在提供在粗糙化的表面上時具有形成基本上在分子上平整的表面的能力。所述液體可以是純液體、液體的混合物(溶液)或復(fù)雜流體(即，液體成分+固體成分)。例如，圖11示出復(fù)制SLIPS表面的形態(tài)的復(fù)型過程。首先，用液體B(例如，全氟化流體)浸潤多孔固體。然后，使聚二甲基硅氧烷(PDMS)在液體B層上硬化以獲得所述SLIPS表面的復(fù)制陰模。然后，環(huán)氧樹脂(例如，UV0114)用于使用PDMS復(fù)制陰模來獲得復(fù)制陽模。然后，用原子力顯微鏡進行計量分析。如所示，復(fù)制陽模表面的平均粗糙度小于lnm，其中粗糙度表示在液體B的實際粗糙度達到平整PDMS和UV0114環(huán)氧樹脂的物理粗糙度極限時，液體B的實際粗糖度的上界(參見 Xu 等,J.Am.Chem.Soc.127, 854-855，2005 ；Matsunaga 等,J.Am.Chem.Soc.133，5545-5553，2011)。盡管如此，從粗糙度分析明顯的是液體B外覆多孔固體的表面形貌，從而形成幾乎在分子上平滑的表面。
[0252]在某些其它實施方案中，液體B具有在提供在粗糙化的表面上時形成基本上在分子上或甚至在原子上平整的表面的能力。
[0253]材料
[0254]液體B可以選自許多不同液體。例如，可以利用全氟化烴或有機硅酮化合物(例如，硅酮彈性體)等等。具體來說，以下各項可以用于這些應(yīng)用:全氟烷基叔胺(如全氟三-正戊胺、3M的FC-70、全氟三-正丁胺FC-40等)、全氟烷基硫化物和全氟烷基亞砜、全氟烷基醚、全氟環(huán)醚(像FC-77)和全氟聚醚(如DuPont的KRYTOX家族的潤滑劑)、全氟烷基膦和全氟烷基膦氧化物以及它們的混合物，以及它們與全氟化碳和所提及的類別中的任何和所有成員的混合物。另外，長鏈全氟化羧酸(例如，全氟十八酸和其它同系物)、氟化膦酸和磺酸、氟化硅烷以及其組合可以用作液體B。這些化合物中的全氟烷基可以是直鏈的或支鏈的，并且一些或所有直鏈和支鏈基團可以僅部分地氟化。
[0255]密度
[0256]在某些實施方案中，液體B具有高密度。例如，液體B具有大于1.0g / cm3、1.6g /cm3或甚至1.9g / cm3的密度。在某些實施方案中，液體B的密度大于對象A的密度以增強液體排斥性。高密度流體減少任何沖擊液體“沉降”在液體B的表面以下并且變成夾帶在其中的傾向。對于小于其毛細管長度的對象A(假設(shè)對象A呈液體形式)來說，液體B所具有的密度有可能低于對象A的密度，其中由液體B形成的SLIPS可以保持功能性。
[0257]固化溫度
[0258]在某些實施方案中，液體B具有低凍結(jié)溫度，如小于-5 °C、-25 °C、或甚至小于-80°C。具有低凍結(jié)溫度將會允許液體B在降低的溫度下維持其光滑行為并且排斥多種液體或固化的流體(如冰等等)，以用于如防冰表面的應(yīng)用。
[0259]蒸發(fā)速率
[0260]在某些實施方案中，液體B可以具有低蒸發(fā)速率,如小于lnm/s、小于0.lnm/s、或甚至小于0.0 lnm/s 0將液體B的典型厚度取為約10 μ m并且取約0.0 lnm/s的蒸發(fā)速率，表面可以在無任何再填充機制的情況下保持高度液體排斥性，持續(xù)較長一段時間。
[0261]在某些實施方案中，可以通過使用如以上參考圖9A至圖9D和圖10所描述的自填充機制，進一步延長表面的壽命。
[0262]液體B的粘度
[0263]在實驗上，觀察到當液體B的運動粘度小于Icm2 / s時，液體A可以變得在液體B的表面上高度可移動。因為液體粘度是溫度的函數(shù)(即，液體粘度隨著溫度的增加而減小)，所以需要選擇在特定溫度范圍中在上述粘度(即，〈lcm2 / s)下操作的適當?shù)臐櫥瑒＞唧w地說，在小于_80°C至大于260°C范圍的溫度下，在所指定的粘度下可以找到各種不同的商業(yè)上可獲得的液體B，如 全氟化油(例如，3M?Fluorinert?和DuPont? Kiytox?油)。例如，DuPont Krytox油的液體粘度的溫度依賴性作為具體實例在表A中示出(注釋:數(shù)據(jù)由DuPont Krytox油的制造商提供)。
[0264]表A.DuPont Krytox油的液體粘度的溫度依賴性
【權(quán)利要求】
1.一種具有排斥表面的物品，所述物品包括: 襯底，所述襯底包括粗糙化的表面；和 潤滑液，所述潤滑液潤濕并且粘附至所述粗糙化的表面以形成穩(wěn)定的液體上覆層，其中所述液體以足以在所述粗糙化的表面上形成液體上表面的厚度覆蓋所述粗糙化的表面，其中所述粗糙化的表面和所述潤滑液對彼此具有親和力，以使得所述潤滑液基本上固定在所述襯底上以形成排斥表面。
2.如權(quán)利要求1所述的物品，其中所述物品能夠排斥外源材料。
3.如權(quán)利要求1所述的物品，其中所述物品能夠減少所述外源材料對所述排斥表面的粘附。
4.如權(quán)利要求2所述的物品，其中所述潤滑液被選擇成對所述外源材料是化學(xué)惰性的。
5.如權(quán)利要求2所述的物品，其中所述粗糙化的表面對所述潤滑液的親和力大于所述粗糙化的表面對所述外源材料的親和力。
6.如權(quán)利要求1所述的物品，其中所述外源材料是流體。
7.如權(quán)利要求1所述的物品，其中所述外源材料是固體。
8.如權(quán)利要求1所述的物品，其中所述粗糙化的表面包括具有納米尺度至微米尺度的至少一個尺寸的凸起的特征。
9.如權(quán)利要求1所述的物品，其中所述襯底包括多孔材料。
10.如權(quán)利要求1所述的物品，其中所述襯底與所述潤滑液的光學(xué)折射率基本上是類似的。
11.如權(quán)利要求1所述的物品，其中所述襯底包括聚合物、金屬、藍寶石、玻璃、不同形式的碳，或陶瓷。
12.如權(quán)利要求1所述的物品，其中粗糙化的表面包括纖維。
13.如權(quán)利要求1所述的物品，其中粗糙化的表面包括顆粒。
14.如權(quán)利要求1所述的物品，其中粗糙化的表面包括電化學(xué)沉積的聚合物。
15.如權(quán)利要求1所述的物品，其中粗糙化的表面包括噴砂的表面。
16.如權(quán)利要求1所述的物品，其中粗糙化的表面包括濕式蝕刻或干式蝕刻的表面。
17.如權(quán)利要求1所述的物品，其中粗糙化的表面包括化學(xué)官能化層。
18.如權(quán)利要求17所述的物品，其中化學(xué)官能化層包括氟化化合物。
19.如權(quán)利要求1所述的物品，其中所述潤滑液是全氟化碳油。
20.如權(quán)利要求1所述的物品，其中所述潤滑液是疏水性油。
21.如權(quán)利要求1所述的物品，其中所述物品滿足以下條件:
YBXc0s 9 BX- Y AXc0s 9 AX〉0(el) 其中Yax是所述外源劑與周圍介質(zhì)的界面能； 其中Ybx是所述潤滑液與所述周圍介質(zhì)的界面能； 其中ΘΑΧ是所述外源材料在浸潰在所述周圍介質(zhì)之下的平整固體表面上的平衡接觸角；并且 其中ΘΒΧ是所述潤滑液的液體在浸潰在所述周圍介質(zhì)之下的平整固體表面上的平衡接觸角。
22.如權(quán)利要求1所述的物品，其中當所述物品暴露于介質(zhì)X時，其中X是空氣/氣體/水/不混溶流體，所述物品滿足以下兩個條件:
R ( Y BXc0s 9 BX- Y AXc0s 9 AX) _ Y AB〉0(e2)
R( Y BXC0S 9 BX_ Y AXc0s 9 AX)十 Y ΑΧ_ Y ΒΧ〉0(c3) 其中YAX是所述外源劑與周圍介質(zhì)的界面能； 其中YBX是所述潤滑液與所述周圍介質(zhì)的界面能； 其中Yab是所述外源材料與所述潤滑液界面的界面能； 其中θΑχ是所述外源材料在浸潰在所述周圍介質(zhì)之下的平整固體表面上的平衡接觸 角； 其中ΘΒΧ是所述潤滑液在浸潰在所述周圍介質(zhì)之下的平整固體表面上的平衡接觸角；并且 R是所述粗糙化的表面的粗糙度因子。
23.如權(quán)利要求1所述的物品，其中當在超過5000Pa的壓力下與所述外源材料相接觸時，所述物品維持其特性。
24.如權(quán)利要求1所述的物品，其中當在超過IO6Pa的壓力下與所述外源材料相接觸時，所述物品維持其特性。
25.如權(quán)利要求1所述的物品，其中所述物品能夠自清潔。
26.如權(quán)利要求1所述的物品，其中所述物品能夠自修復(fù)。
27.如權(quán)利要求1所述的物品，其中所述物品進一步包括儲器，所述儲器包含與所述潤滑層流體連通的一定量的潤滑液。
28.如權(quán)利要求1所述的物品，其中多孔材料包括被選擇成具有以下特性中的一種或多種的固體襯底:導(dǎo)電性的、非導(dǎo)電性的、磁性的、非磁性的、彈性的、非彈性的、光敏性的、非光敏性的、溫度敏感性的，或非溫度敏感性的。
29.如權(quán)利要求1所述的物品，其中所述襯底是平整襯底、圓形襯底、圓柱形襯底，或幾何學(xué)上復(fù)雜的襯底。
30.一種流動通道，其包括如權(quán)利要求1至29所述的物品。
31.一種光學(xué)部件，其包括如權(quán)利要求1至29所述的物品。
32.一種標記或商業(yè)圖形，其包括如權(quán)利要求1至29所述的物品。
33.一種建筑材料，其包括如權(quán)利要求1至29所述的物品。
34.一種制冷系統(tǒng)的元件，在所述制冷系統(tǒng)中防止或減少冰、霜或冷凝物的聚積是有利的，所述元件像盤管、管道、鰭片、鰭片盒、或壁，包括如權(quán)利要求1至29所述的物品。
35.一種熱交換器，其包括如權(quán)利要求1至29所述的物品。
36.一種裝置，其使至少一個表面暴露于風或水阻力，其中所述暴露的表面包括如權(quán)利要求I至29所述的物品。
37.如權(quán)利要求36所述的裝置，其中所述裝置選自由以下各項組成的組:風車、太陽能電池，和航空電子裝置、船舶、屋頂材料，以及水下裝置。
38.一種織物，其包括如權(quán)利要求1至29所述的物品。
39.一種耐指紋表面，其包括如權(quán)利要求1至29所述的物品。
40.如權(quán)利要求29所述的耐指紋表面，其中所述表面包括在透鏡、防護目鏡、觸摸屏或窗中。
41.一種流體輸送裝置，其中流體接觸表面的至少一部分包括如權(quán)利要求1至29所述的物品。
42.一種容器，其中容器表面的至少一部分包括如權(quán)利要求1至29所述的物品。
43.—種用于產(chǎn)生用于排斥外源材料的光滑表面的方法,所述方法包括: 提供粗糙化的表面；并且 引入潤滑液以便使所述潤滑液潤濕并且粘附至所述粗糙化的表面以形成外涂層；其中所述粗糙化的表面和所述潤滑液對彼此具有親和力，以使得所述潤滑液基本上固定在所述襯底上以形成排斥表面。
44.如權(quán)利要求43所述的方法，其中所述襯底包括多孔材料。
45.如權(quán)利要求43所述的方法，其中所述外源材料是流體。
46.如權(quán)利要求43所述的方法，其中所述外源材料是固體。
47.如權(quán)利要求43所述的方法，其中進行所述提供和引入以滿足以下條件: YBXc0s 9 BX- Y AXc0s 9 AX〉0(Cl) 其中YAX是所述外源劑與周圍介質(zhì)的界面能； 其中YBX是所述潤滑液與所述周圍介質(zhì)的界面能； 其中θΑχ是所述外源材料在浸潰在所述周圍介質(zhì)之下的平整固體表面上的平衡接觸角；并且 其中θΒχ是所述潤滑液的液體在浸潰在所述周圍介質(zhì)之下的平整固體表面上的平衡接觸角。
48.如權(quán)利要求43所述的方法，其中在所述光滑表面暴露于介質(zhì)X時，其中X是空氣/氣體/水/不混溶流體，進行所述提供和引入以滿足以下兩個條件:
R ( Y BXc0s 9 BX- Y AXc0s 9 AX) _ Y ΑΒ〉0(。2)
R ( Y BXc0s 9 BX- Y AXc0s 9 AX) + Y AX- Y ΒΧ〉。(。3) 其中ΥΑΧ是所述外源劑與周圍介質(zhì)的界面能； 其中ΥΒΧ是所述潤滑液與所述周圍介質(zhì)的界面能； 其中Yab是所述外源材料與所述潤滑液界面的界面能； 其中θΑχ是所述外源材料在浸潰在所述周圍介質(zhì)之下的平整固體表面上的平衡接觸角； 其中θΒχ是所述潤滑液在浸潰在所述周圍介質(zhì)之下的平整固體表面上的平衡接觸角；并且 R是所述粗糙化的表面的粗糙度因子。
49.如權(quán)利要求43所述的方法，其中所述粗糙化的表面與所述潤滑液的光學(xué)折射率基本上是類似的。
50.如權(quán)利要求43所述的方法，其中當在超過5000Pa的壓力下與所述外源材料相接觸時，所述光滑表面維持其特性。
51.如權(quán)利要求43所述的方法，其中當在超過106Pa的壓力下與所述外源材料相接觸時，所述光滑表面維持其特性。
52.如權(quán)利要求43 所述的方法，其中所述光滑表面能夠自清潔。
53.如權(quán)利要求43所述的方法，其中所述光滑表面能夠自修復(fù)。
54.如權(quán)利要求43所述的方法，其進一步包括提供包含一定量的潤滑液的儲器。
55.如權(quán)利要求43所述的方法，其中所述光滑表面是在平整襯底、圓形襯底、圓柱形襯底，或幾何形狀復(fù)雜的襯底上形成。
56.如權(quán)利要求43所述的方法，其中所述粗糙化的表面被提供在流動通道的表面上、在光學(xué)部件的表面上、在標記或商業(yè)圖形的表面上、在建筑材料的表面上、在冷卻兀件的表面上、在熱交換器的表面上、在風車的表面上、在渦輪的表面上、在太陽能電池的表面上、在航天電子裝置的表面上、在船舶的表面上，或在水下裝置的表面上、在織物的表面上。
57.—種在加壓條件下輸送流體的方法,所述方法包括: 為流徑提供粗糙化的表面和潤濕并且粘附至所述粗糙化的表面以形成外涂層的潤滑液；和 沿所述流徑傳送流體； 其中與所述流體相比，所述粗糙化的表面對所述潤滑液具有更大的親和力；并且 其中所述潤滑液和所述流體對彼此基本上是化學(xué)惰性的。
58.如權(quán)利要求57所述的方法，其中所述流徑是微流體通道或管道。
59.如權(quán)利要求57所 述的方法，其中所述流體是非極性流體、極性流體，或其組合。
60.如權(quán)利要求57所述的方法，其中所述流體是水、油，或其它復(fù)雜流體。
61.如權(quán)利要求57所述的方法，其進一步包括提供另外的潤滑液以補充所述潤滑液在操作期間的任何損失。
62.—種改進冷卻系統(tǒng)的除霜循環(huán)的方法，所述方法包括: 為冷卻元件提供粗糙化的表面和潤濕并且粘附至所述粗糙化的表面以形成外涂層的潤滑液； 將所述冷卻盤管連接至所述冷卻系統(tǒng)的除霜系統(tǒng)； 加熱所述冷卻盤管以熔化在所述冷卻盤管上所形成的霜；并且 其中與霜相比，所述粗糙化的表面對所述潤滑液具有更大的親和力；并且 其中所述潤滑液和霜對彼此基本上是化學(xué)惰性的。
63.如權(quán)利要求62所述的方法，其進一步包括: 在所述加熱期間或之后，向所述冷卻盤管提供空氣流。
64.如權(quán)利要求62所述的方法，其進一步包括: 提供另外的潤滑液以補充所述潤滑液在操作期間的任何損失。
65.一種用于建筑排斥害蟲的建筑物的方法，所述方法包括: 為建筑物的一個或多個壁提供粗糙化的表面和潤濕并且粘附至所述粗糙化的表面以形成外涂層的潤滑液； 其中所述粗糙化的表面具有小于或大于所述害蟲的抓握結(jié)構(gòu)的大小的特征大小并且 其中所述潤滑液和所述害蟲對彼此基本上是化學(xué)惰性的。
66.如權(quán)利要求65所述的方法,其中所述一個或多個壁基本上包圍所述建筑物的周界并且從所述建筑物的地面延伸至比所述害蟲的大小大數(shù)倍的高度。
67.如權(quán)利要求65所述的方法，其進一步包括提供另外的潤滑液以補充所述潤滑液在操作期間的任何損失。
68.一種用于清潔物品的表面的方法，所述方法包括: 為物品的表面提供粗糙化的表面和潤濕并且粘附至所述粗糙化的表面的潤滑液；并且 提供流體，所述流體收集在所述物品的使用期間聚積在所述物品上的污染物； 其中與所述流體相比，所述粗糙化的表面對所述潤滑液具有更大的親和力；并且 其中所述潤滑液和所述流體對彼此基本上是化學(xué)惰性的。
69.如權(quán)利要求68所述的方法，其中所述物品是建筑物、廣告牌、標記、織物、水槽或馬桶。
70.如權(quán)利要求68所述的方法，其中所述污染物包括污垢、煙霧、糞便物、噴漆、食物，或其組合。
71.如權(quán)利要求68所述的方法，其進一步包括提供另外的潤滑液以補充所述潤滑液在所述物品的使用期間的任何損失。
72.一種防止輪船上的海洋生物積垢的方法，所述方法包括: 為船舶的表面提供粗糙化的表面和潤濕并且粘附至所述粗糙化的表面以形成外涂層的潤滑液；并且 將所述船舶部署至海洋環(huán)境中； 其中與海洋污染物和所述海洋環(huán)境相比，所述粗糙化的表面對所述潤滑液具有更大的親和力； 其中所述潤滑液和所述海洋污染物對彼此基本上是化學(xué)惰性的；并且 其中所述潤滑液和所述海洋環(huán)境對彼此基本上是化學(xué)惰性的。
73.如權(quán)利要求72所述的方法，其中所述海洋污染物包括貽貝、海鞘、藤壺、管蟲、管蟲幼蟲、硅藻，或其組合。
74.如權(quán)利要求72所述的方法，其中所述海洋環(huán)境包括咸水和淡水。
75.如權(quán)利要求72所述的方法，其進一步包括:
76.提供另外的潤滑液以補充所述潤滑液在操作期間的任何損失。
77.—種產(chǎn)生自清潔、防粘接光學(xué)表面的方法，所述方法包括: 為光學(xué)裝置的表面提供粗糙化的表面和潤濕并且粘附至所述粗糙化的表面以形成外涂層的潤滑液；和 提供流體，所述流體收集在使用期間聚積在所述光學(xué)裝置上的污染物； 其中與所述流體相比，所述粗糙化的表面對所述潤滑液具有更大的親和力；并且 其中所述潤滑液的折射率基本上與所述粗糙化的表面的折射率類似；并且 其中所述潤滑液和所述流體對彼此基本上是化學(xué)惰性的。
78.如權(quán)利要求77所述的方法，其中所述光學(xué)裝置是在移動通信裝置、指紋讀出器、自動轉(zhuǎn)印機、防護目鏡、照相機、紅外成像系統(tǒng)中。
79.如權(quán)利要求77所述的方法，其中所述污染物包括污垢、煙霧、油、指紋、皮膚碎屑、塵霧、霜、冰，或其組合。
80.如權(quán)利要求77所述的方法，其進一步包括: 提供另外的潤滑液以補充所述潤滑液在使用期間的任何損失。
81.如權(quán)利要求77所述的方法，其中所述光學(xué)裝置是透鏡、觸摸屏或窗。
82.如權(quán)利要求1所述的物品，其中所述潤滑液是純液體、溶液或由液相和固相組成的復(fù)雜流體。
83.如權(quán)利要求43所述的方法，其中所述潤滑液是純液體、溶液或由液相和固相組成的復(fù)雜流體。
84.一種具有低粘附表面的物品，其包括: 具有粗糖化的表面的固體襯底； 粘附至并且優(yōu)選地潤濕所述襯底以便形成液體上表面的潤滑液，所述液體上表面被構(gòu)造并且安排成與所感興趣的外源材料相接觸， 其中所述潤滑液與外源材料是不混溶的，并且 其中所述外源材料對所述物品展現(xiàn)出很少或沒有粘附。
【文檔編號】C09D5/16GK103649240SQ201280012205
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年1月19日
【發(fā)明者】J·艾森貝格, M·艾森貝格, S·H·姜, P·金, K·Y·唐, T·S·王 申請人:哈佛學(xué)院院長等