TWI835750B - 用於動態流體釘扎之裝置 - Google Patents

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TWI835750B
TWI835750B TW107134491A TW107134491A TWI835750B TW I835750 B TWI835750 B TW I835750B TW 107134491 A TW107134491 A TW 107134491A TW 107134491 A TW107134491 A TW 107134491A TW I835750 B TWI835750 B TW I835750B
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麥可 彌巴克
魯卡斯 布魯契
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瑞士商Ｂｖｗ控股公司
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Abstract

本揭示提供了微結構疏水性表面和用於夾持濕可變形表面的裝置。本文揭示的表面和裝置利用***接觸Wenzel-Cassie機構來發展多層Wenzel-Cassie結構。Wenzel-Cassie結構以對應於濕變形表面的至少一個皺摺特徵模式的空間周期分開，微結構或裝置設計成與該可變形表面接觸，從而允許可變形表面的夾持而沒有滑動。本發明的微結構專門設計用於在剪切力施加到可變形表面時防止形成Shallamach波。本揭示的多級Wenzel-Cassie狀態在時間上發展，並且因此在滑動的情況下，以及更重要的是在定位的情況下其特徵在於分層流體釘扎。多層Wenzel-Cassie狀態的這個時間態樣延遲或阻止了從可變形表面中的起皺特徵模式狀態到可變形表面中的皺屈狀態的轉變。

Description

用於動態流體釘扎之裝置
本揭示一般關於微結構化表面和包含該表面的裝置。本文揭示的表面可用於防止或最小化微結構化表面與可變形表面之間的液體界面處的滑動。微結構化表面可以在疏水性表面上具有微觀特徵的分層排列，並採用動態流體釘扎來增加接觸角滯後，從而提供黏合而非排斥的表面。
潤濕是液相和固相之間的關係，並且潤濕對於流體釘扎是必要的。潤濕是藉由在於液體和固體表面之間界面處的接觸角特徵化。接觸角代表液體和固體之間的分子間相互作用，其中相互作用的能量被最小化。接觸角還可以與黏合力和內聚力之間的力平衡相關聯。潤濕對於兩種材料的鍵合或黏合很重要。
有兩種類型的潤濕：非反應性(靜態)潤濕和活性(動態)潤濕。液體和固體之間的黏合力導致液滴在固體表面上擴散(Wenzel潤濕)。液體內的黏合力導致液滴落下並避免與表面接觸(Cassie-Baxter潤濕)。黏合力和內聚力的並列導致流體釘扎，這基本上是流體在表面上黏合地擴散的趨勢以及流體抵抗附著並在表面上擴散的趨勢之間的平衡。
接觸角是相關相的表面紋理和化學組成的複合函數。當表面紋理上的液體的接觸角小時，液-固界面稱為Wenzel狀態。當對於表面紋理上的液體的接觸角大時，液-固界面被認為處於Cassie-Baxter狀態。當液體的一部分處於Wenzel狀態並且液體的另一部分處於Cassie-Baxter狀態時，組合狀態被稱為處於Wenzel-Cassie狀態。
Wenzel-Cassie表面紋理誘導在前進和後退接觸角(接觸角滯後)之間具有大的差異的狀態。Wenzel-Cassie狀態是表面上的複合狀態，其中在表面的一個位置處存在至少一個Wenzel狀態並且在表面的另一個位置處存在至少一個Cassie-Baxter狀態。Wenzel狀態(潤濕狀態)的特徵在於小的接觸角。Cassie-Baxter狀態(去潤濕狀態)的特徵在於大的接觸角。並列這兩種狀態的相反性質導致流體釘扎。
流體釘扎是與微結構化表面接觸的流體定位的狀態。流體釘扎是一個通用術語，在此，當特異性對於理解一個賦能態樣很重要時，Wenzel-Cassie表面上的流體釘扎將被稱為Wenzel-Cassie釘扎。
在具有多個空間尺度水平的微結構化表面上發展成分層Wenzel-Cassie狀態。每個水平可以單獨誘導Wenzel或Cassie-Baxter狀態或聯合誘導，或者Wenzel和Cassie-Baxter狀態對可以在空間尺度水平之間的組合中發展。
Wenzel-Cassie狀態是三相現象，並且通常由表面紋理的維度所媒介的固體、液體和氣體接觸組成。較不常見的是，Wenzel-Cassie狀態可包括固體、含水液體和脂質相。Wenzel-Cassie狀態的特徵在於具有高表面能的微結構和具有低表面能的微結構的空間並列。或者，微結構的並列可以藉由一個微結構相對於另一個微結構更疏水性、或親脂和其它親水性來特徵化。
表面能的概念對於潤濕現象的分析是重要的。與大批量的固體或液體相比，固體或液體表面的原子或分子與相鄰原子的鍵較少。在產生表面時，能量被用於破壞鍵。結果，表面上的原子具有更高的能量。如果將液滴放置在固體表面上，則液體和固體表面在稱為靜態接觸角的特徵角下在平衡下聚集在一起。接觸角與固體-疏水性、固體-親水性和-親水性-疏水性界面的表面能有關。
動態Wenzel-Cassie微結構是分層紋理，其中在分層紋理上多個Wenzel和Cassie-Baxter狀態對在時間上發展。Cassie-Baxter和Wenzel指出，當暴露在液體環境中時，微結構表面會發展。典型地，在微結構化裝置和可變形表面之間的界面處的液體環境。
當流體釘扎在時間上演變時，無論是處於非平移狀態還是處於無限小的平移狀態，結果都是分層釘扎。分層釘扎與Wenzel-Cassie釘扎區分開來。Wenzel-Cassie釘扎是熱力學平衡中的靜態。分層釘扎是一種動態狀態，即使在沒有無限小的平移的情況下也不處於熱力學平衡狀態；或者，分層釘扎是藉由施加導致無限小平移的力而脫離熱力學平衡。在前者中，水-空氣或水-脂質界面的蒸發可以在沒有施加力的情況下在時間上演變流體釘扎結構。實際上，甚至液體界面內的布朗運動也可以負責流體釘扎結構的修改。這些動態態樣，即分層釘扎的特徵，是由於環境相互作用，無論相互作用是有意的還是週遭的。
Cassie-Baxter和Wenzel狀態通常不是動態的。然而，大多數固體潤濕是動態的。因此，這些狀態僅存在於某些非常簡單的情況中。在一般情況下，接觸角取決於三重線。三重線與界面表面接觸，但不能像接下來的其餘部分一樣停留在界面表面上。為了滿足純粹的Cassie-Baxter理論或Wenzel理論，三重線必需包含非物理的不連續性。為了理論上將Cassie-Baxter方程式與三重線必需遵循最小化能量狀態的原理對準，必需假設該狀態存在動態態樣。
該狀態的動態態樣有時被稱為前體膜。這種亞微米厚度的膜在液滴運動之前(或兩個表面之間的界面)前進並且在三重線附近發現。重要的是，前體膜允許三重線彎曲並採取避免不連續的不同構形。隨著前體膜概念的引入，三重線可以遵循能量可行的構形，從而對應於Cassie-Baxter模型的預測。前體薄膜理論中的一個重要成分是毛細管作用，其特徵在於時間性質。
在多級微結構上，界面存在於分層定義的區域之間，其中一個區域是親水性的而另一個區域是疏水性的或親油的。親水性區域是與水-脂肪酸混合相平衡的水潤濕表面，而疏水性區域是與相同的混合水-脂肪酸相平衡的飽和脂肪酸潤濕表面。
在前體膜理論的背景下，這裡適用於分層微結構化表面，通常的部分潤濕狀態由與薄Wenzel-Cassie釘扎脂肪酸液膜相關的宏觀脂肪酸液滴組成，其中Wenzel-Cassie的Wenzel部分釘住的是水。另一態樣，Wenzel-Cassie狀態的完全潤濕狀態對應於宏觀飽和脂肪酸液體層，均勻地分佈在水面上。受抑制潤濕的中間狀態由介觀脂肪酸膜組成，在其上可形成具有有限接觸角的脂肪酸滴。在文獻中已知，從部分到完全潤濕的轉變不是在一個步驟中發生的。發生兩種不同的轉變，其在溫度和壓力上很好地被分開。一個轉變類似於通常的具有滯後的一階潤濕轉變，另一個轉變是連續的。
受抑制潤濕是指在一個分層結構上形成的中觀厚膜，其形成由分層水平之間的疏水性和親水性界面之間的相互作用自由能的長程尾部介導。取決於分層水平的相對尺寸和它們的疏水性，促進或抑制宏觀上厚的潤濕層的形成。當親水性區域較大時，界面對脂肪酸的宏觀潤濕具有拮抗作用。因此，拮抗凡得瓦力抑制完全潤濕，而所有其他力貢獻的效果促進完全潤濕。
相關現像是接觸表面受抑制。在這種現像中，接觸表面處於亞穩態，通常由分層拓撲施加的邊界條件產生。在一種狀態下，形成有利於疏水性相的接觸表面，並且在另一種狀態下，形成有利於親水性相的接觸表面。當界面被氣動、熱或藉由施加剪切力擾動時，接觸表面可以不連續地從一種狀態轉變到另一種狀態。均衡的亞穩態配置可以在狀態之間經歷長時間的振盪。界面不能達到平衡狀態提供了增強的流體釘扎的所需效果。接觸表面受抑制保持能量屏障，在沿著平移方向組織裝置表面界面之前必需克服該能量屏障。
親水性表面與一滴純水的接觸角小於90度。超疏水性表面是具有與水的接觸角大於140度的表面。親水性的概念也具有動力學解釋。根據Washburn模型，親水性與毛細管的填充率有關。例如，針對內徑為5nm的玻璃毛細管的填充率約為2mm/分鐘對應於80度的接觸角。
親水性也與表面能相關。通常，高表面能對應於親水性表面，低表面能對應於疏水性表面。表面能是化學和表面幾何形狀的複合組合。
有四種通常認可的潤濕狀態：1)Wenzel、2)Cassie或Cassie-Baxter、3)Wenzel-Cassie，和4)半毛細管作用。分層表面可包括這些潤濕狀態的任何組合。考慮包括具有第一水平A和末端水平B的基板的表面，以及覆蓋基板的區域C的水滴。並非區域C中的所有基板都需要與水接觸。Wenzel狀態是潤濕狀態，其中純水接觸水平A和水平B的整個表面，因此覆蓋區域C中的基板的整個表面。Cassie狀態是濕潤狀態，其中水接觸僅限水平B。最後，Wenzel-Cassie狀態是潤濕狀態，其中水與一個水平接觸並且僅部分地與區域C中的另一個水平接觸。半毛細管作用狀態是上述三種潤濕狀態中的任何一種，其中水接觸區域C以外的區域。
Wenzel潤濕狀態是一種這樣的狀態，其中最初藉由吸引到基板與濕表面相互作用，然後是水飽和並且吸引力消失。Cassie潤濕狀態是一種藉由排斥它與濕表面相互作用的狀態。Wenzel-Cassie潤濕狀態既吸引又排斥濕表面，因此在不施加壓縮能量的情況下不能飽和。因此，半濕透的Wenzel-Cassie狀態在與活組織接觸的表面中特別有用。
所有這些潤濕狀態都是由水的偶極性質與基板的偶極性質以及水的表面張力和基板表面的幾何形狀之間的相互作用的複合相互作用產生的。在完全液體的環境中，例如在人體中發現的那些完全液體的環境中，水表面張力可以由位於基板的親水性區域上的水與位於基板的親脂區域上的脂質相互作用產生。因此，在傳統上上述四種潤濕狀態定義在氣-水-固體系統中的同時，在脂-水-固體系統中獲得類似的潤濕狀態。在大多數情況下，分層表面上的疏水性區域在置於活體中時對應於親脂區域。
需要超疏水性分層接觸表面，其特別適用於醫療植入物、醫療裝置和其他接觸指示。這樣的表面將提供適當的組織黏合。此外，需要具有改進的機械特徵的超疏水性分層表面，使得它們不包含易於變形或結垢的幾何特徵。本揭示解決了這些需求。
在一個實施例中，本揭示提供…在分層微結構化表面上潤濕狀態的動態態樣的重要結果是接觸線對於建立流體釘扎狀態是重要的而不是接觸區域。在與可變形表面接觸的分層微結構化表面上，接觸線是動態重整的，有時涉及微結構尺度的一個子集，並且在其他時候涉及微結構尺度的另一子集，這取決於施加到裝置-表面界面的不斷變化的應力。因此，本發明的微結構化裝置對剪切平移被異常地穩定。
申請人透過涉及空氣-水和脂-水界面實驗的一組實驗來實現這一觀點，所述實驗涉及與濕變形表面接觸的分層微結構化裝置。這些實驗的結果與接觸表面積、摩擦等是確定流體釘扎狀態穩定性的主要輸入之傳統觀點相反。
此外，當多層Wenzel狀態由Cassie-Baxter狀態錨定在分層微結構化表面和可變形濕表面的界面處時，Wenzel狀態與Cassie-Baxter狀態之間的接觸線的動態態樣是實際上是確定流體釘扎狀態強度的唯一輸入。流體釘扎的大小，以及接觸角滯後的大小，僅由三相接觸線處的液體和固體的相互作用確定，並且接觸周邊內的界面區域是無關的。
分層微結構化表面是獨特的，因為在接觸界面內多個接觸表面可以存在，主要在分層水平之間。對於與可變形表面接觸的非紋理化表面，接觸表面僅存在於兩個表面的邊緣處。重要的是要意識到，分層微結構化表面將具有藉由微結構化裝置和可變形表面之間的水層的內聚能量耦合在一起的極其複雜的接觸線組。
長期以來認為Cassie-Baxter模型將接觸角滯後與液-固和液-氣界面的面積比相關聯。Cassie-Baxter模型假設前進和後退接觸角代表熱力學平衡中的靜態。Cassie-Baxter模型作為對本發明的界面狀態的描述而失敗，因為接觸線是分層的並且恆定地變化。
事實上，申請人的假設是，接觸線的運動方程式由高度非線性方程式描述，因此與布朗運動產生的擾動一樣小的擾動可能在分層微結構化裝置在濕變形表面上的定位的穩定性和強度中起作用。然而，本發明的機制不取決於該假設，因為在實踐中，微結構化裝置和可變形表面之間的力從不是靜態的。實際上，試圖相對於可變形表面移動微結構化裝置的行為用於穩定微結構裝置以防止平移。
令人驚訝的是，Cassie-Baxter模型關於後退接觸角特別不準確。該觀察對於本發明特別重要，因為後退接觸線的超黏性特性導致微結構化裝置的前進邊緣在可變形表面上前進，而微結構化裝置的後退邊緣不在無限小位移的作用下在可變形表面上前進。前進和後退接觸角典型地與裝置和表面之間的液滴邊緣或接觸邊緣相關聯。在分層界面中，接觸表面以及因此前進和後退接觸角可以存在於裝置-表面界面的體積內。
雖然在微結構研究領域中是合潮流的，但由於製造技術的顯著進步，為了測試每個可想到的微結構，這樣做不會導致本文揭示的發明。申請人揭示了材料和微結構的微結構尺寸、縱橫比、表面能、親水性和親油性的比率、以及接觸表面的拓撲結構，其精確且獨特地組合起作用以產生本發明的防滑功能。
與微結構化裝置接觸的可變形表面的機械變形通常被認為對可變形表面上的裝置定位是有害的。已經出乎意料地發現，當微結構化裝置上的微結構具有與可變形表面的一個或多個皺摺特徵模式匹配的周期性結構時，裝置定位得到增強。如果微結構化裝置上的周期性結構是分層的，更佳地是自相似的，其中微結構化裝置的每個分層水平的周期近似耦合到可變形表面的對應皺摺特徵模式，則定位進一步增強。
實際上，具有與可變形表面的一些皺摺特徵模式匹配的分層結構的正確組合的微結構化裝置用於增強一個或多個皺摺特徵模式狀態。破壞這種特徵模式鎖定狀態並引起滑移所需的剪切應力顯著高於當可變形表面處於皺屈狀態時引起滑動所需的剪切應力。
在乾燥的可變形表面上，微結構化裝置和可變形表面之間的應力是微結構化裝置上的微結構特徵與可變形表面上的不規則物之間的典型地機械嚙合。機械嚙合還可以藉由局部摩擦點和微結構化裝置上的微結構對可變形表面的破壞性刺穿來傳遞。在乾燥可變形表面上的定位機制中，該機制對應於與可變形表面的應力誘導的皺摺特徵模式交織之微結構化裝置的微結構。預測可變形表面的特徵模式，並且將該特徵模式建立為微結構化裝置上的周期性微結構導致在可變形表面上顯著更高的裝置定位。這種情況類似於兩個齒輪的互鎖齒。
雖然本發明的主要目的是在濕表面上定位分層微結構化裝置，但是關於皺摺特徵模式的適應不排除乾燥情況。
在濕可變形表面上，本發明的微結構化裝置與濕變形表面之間的應力可包括機械嚙合，但更重要的是包括流體釘扎。當空間交替的Wenzel和Cassie-Baxter狀態同時存在於微結構化裝置和可變形表面之間的界面處時，流體釘扎發生在Wenzel-Cassie狀態中。將微結構化裝置的表面周期性與可變形表面的皺摺特徵模式匹配導致微結構化裝置相對於可變形表面的剪切平移的出乎意料的高阻力。
當本發明的微結構化表面是具有對應於可變形表面的多個皺摺特徵模式的多個周期性和縱橫比之分層時，發現微結構化裝置的定位變得在跨越剪切應力範圍對寬廣的平移具有顯著的抵抗力。。
在裝置必需與可變形表面接合的應用中，可變形表面的機械不穩定性典型地被認為是不希望的特性。相反地，自然界利用這些不穩定性來提高生物系統的性能；例如，指尖上的皮膚起皺，以便能夠精確地操縱物體。從可以利用可變形表面的不穩定性的觀點來看，發現了迄今尚未被認識到的新穎的機械現象。
本發明旨在促進可變形表面的皺摺不穩定性，同時抑制皺屈不穩定性。當可變形表面的內應力超過臨界閾值時，起伏發生在表面上。這種起伏的周期性和振幅取決於可變形表面的機械性質、可變形表面和微結構化裝置之間的界面以及應力狀態。當起伏大致匹配微結構化裝置的周期性時，裝置保持與可變形表面接觸，並且不穩定性是皺摺不穩定性。當起伏與微結構化裝置的周期性不匹配時，可變形表面皺屈，導致微結構化表面從可變形表面遠離而抬起的區域。當微結構化表面的周期性與可變形表面的至少一個皺摺特徵模式匹配時，皺屈顯著減小。
與直覺相反，微結構化裝置的高表面積並不總是與增強的裝置定位相關。例如，與具有較低縱橫比的相同尺寸的裝置相比，高縱橫比微結構化表面具有更大的表面積。高縱橫比微結構是微結構，其中高度尺度(面外)大於橫向(面內)尺寸。對於高縱橫比微結構化裝置，可變形表面的皺屈容易由外部負載引發。皺屈導致微結構化裝置相對於可變形表面平移所需的剪切應力的顯著降低。
藉由基於總彎曲能量和彈性能量求解幾何非線性特徵值問題來獲得不同媒介的起皺的波長和振幅。微結構化裝置和可變形表面之間的線性界面(雙層)響應是特徵值問題的特徵模式，其僅取決於可變形表面的材料特性。
直觀地，將平坦的鄰接接觸表面分成多個接觸點應該減小與可變形表面接觸的總面積。事實上，恰恰相反。黏合機制稱為接觸***。它是使壁虎具有驚人攀爬能力的主要機制。
在本發明中，藉由使微結構化裝置表面分層來實現接觸***。在這樣的佈置中，微結構裝置上的最高點首先接觸濕可變形表面，其中實現第一黏合劑Wenzel-Cassie狀態。該第一黏合狀態使裝置與可變形表面更緊密地接觸。微結構化裝置和可變形表面之間的更近端接觸嚙合第二分層水平並形成第二黏合劑Wenzel-Cassie狀態。本發明採用至少兩個分層水平，更佳地採用三個分層水平。
每個分層水平限定了周期性，該周期性最佳地黏合到可變形表面的一系列皺摺特徵模式。因此，不是單個接觸幾何形狀，而是多個接觸幾何形狀使得剪切阻力在寬範圍的剪切力下有效。
在隨機剪切力下的淨效應是顯著改善的抗剪切平移性。失效點通常與皺屈事件相關聯。在皺屈事件中，裝置表面脫離不能傳播。必需在每個分層水平重新啟動皺屈事件，限制皺屈傳播，允許Wenzel-Cassie狀態在完全接觸失敗之前重新建立黏合。
然而，應該認識到，本發明的微結構化表面的***接觸Wenzel-Cassie狀態不是本領域公認的機械***接觸狀態。***接觸Wenzel-Cassie狀態是本發明的賦能發現。
在張力或壓縮下的彈性膜的研究中，已經觀察到膜的一個皺摺特徵模式與膜的另一個皺摺特徵模式之間的轉變是不連續的。這種行為可以用皺屈和皺摺特徵模式形成之間的權衡來解釋。
對於處於張力下的無約束膜，皺摺特徵模式中的振幅建立，直到特徵模式中的能量足以轉變為具有較低振幅的較高特徵模式。當膜受到約束時，更高的特徵模式不能形成，膜轉變為皺屈狀態。
在皺屈狀態下，微結構化裝置和可變形表面之間的界面轉變到滑動狀態。Shallamach微結構表現出從一種皺摺特徵模式跳到另一種皺摺特徵模式的趨勢，同時伴隨著滑動，這主要是因為能量輸入超過了轉變為皺屈狀態的能量。特徵運動是在皺摺特徵模式狀態下抓取並在皺屈狀態下滑動。一旦在滑動期間釋放多餘的能量，新的特徵模式狀態開始發展。
藉由促進皺摺特徵模式，希望不是轉變到皺屈狀態而延遲皺屈的開始，並最終抑制低摩擦滑動。
本發明的一個目的是藉由在微結構化裝置上放置分層微結構來完全防止Shallamach處理，使得至少一個分層微結構的周期性與至少一個皺摺特徵模式的頻率匹配。分層微結構旨在促進皺摺特徵模式的形成而不是皺屈狀態。
重要的是要注意，Shallamach微結構的頻率不對應於可變形表面的皺摺特徵模式的頻率。Shallamach微結構的頻率是滑動速度的連續函數，因此不量化，因為皺摺特徵模式被量化。事實上，在Shallamach狀態下，完整的皺摺特徵模式永遠不會在可變形表面上完全發展。部分形成的皺摺特徵模式的長度與滑動速度成比例。皺屈滑動和部分皺摺特徵模式狀態的組合導致具有空間周期與滑動速度成比例之空間Shallamach微結構。
本發明的另一個目的是提供分層微結構化設備的實施例，其中分層結構被堆疊。
另一個目的是提供分層微結構化裝置的實施例，其中微結構在多種尺寸比例上產生Wenzel-Cassie流體釘扎狀態。
另一個目的是提供分層微結構設備的實施例，其中分層水平產生***內容Wenzel-Cassie狀態。
另一個目的是提供分層微結構設備的實施例，其中分層水平產生受抑制的潤濕狀態。
另一個目的是提供分層微結構化設備的實施例，其中分層水平產生受抑制的接觸表面。
另一個目的是提供分層微結構化設備的實施例，其中分層水平在至少一個分層水平上產生亞穩態潤濕狀態。
另一個目的是提供分層微結構化裝置的實施例，其中分層水平具有能夠在剪切力施加到實施例裝置時能夠適應目標可變形表面的皺摺特徵模式的周期性。
另一個目的是提供分層微結構化裝置的實施例，其中當剪切力施加到實施例裝置時，分層水平抑制目標可變形表面中的皺屈狀態的演變。
另一個目的是提供分層微結構化裝置的實施例，其中當剪切力施加到實施例裝置時，分層水平在與可變形表面接觸時抑制裝置的平移。
另一個目的是提供分層微結構化裝置的實施例，其中一個或多個圖案分層水平被光滑的化學表面代替，其具有與被代替的分層微結構相同的親水性、疏水性或疏油性。
本發明的實施例可以滿足前述目標中的一個或任何組合
以下描述是本揭示的原理的示例，並且不旨在將本揭示限制於本文所示的特定實施例。
本案的微結構化表面和裝置形成與濕滑表面的黏合，其防止或減少剪切平移。本發明的微結構化裝置是在裝置的至少一個面上具有分層微結構化表面的裝置。每個分層微結構將被設計用於特定應用，如本文所揭示的，用於設計用於特定應用的多個特定實施例，用於設計用於防止濕滑表面上的滑動的裝置。當兩個固體表面形成液體界面時，表面紋理在一個表面相對於另一個表面的移動性中起很大作用。微結構化表面和可變形表面之間的相互作用的尺度由微結構化裝置的表面紋理限定。
微結構典型地是分層的，並且由至少兩個空間尺度特徵化，一個在1-20微公尺(微米)的量級，另一個在10-1000微米的量級。在一些實施例中，微結構包括三個空間尺度，一個約為1-20微公尺(微米)，另一個約為10-500微米，另一個約為100-10000微米寬。在一些實施例中，空間尺度為1-10微公尺(微米)，另一個為10-250微米，另一個為200-5000微米寬。在一些實施例中，空間尺度的寬度為1-10微公尺(微米)，另一個寬度為10-250微米，另一個寬度為200-1000微米。在一些實施例中，微結構包括三個空間尺度，一個約為1-20微公尺(微米)，另一個約為10-500微米，另一個約為100-10000微米高。在一些實施例中，空間尺度為1-10微公尺(微米)，另一個為10-250微米，另一個為200-5000微米高。在一些實施例中，空間尺度為1-10微公尺(微米)，另一個為10-250微米寬，另一個為200-1000微米高。
在某些實施例中，微結構分別具有1-20微公尺(微米)的間距，另一個約10-500微米的間距，以及100-10000微米的另一個。在一些實施例中，空間尺度為1-10微公尺(微米)，另一個為10至250微米，另一個為200-5000微米。在一些實施例中，空間尺度為1-10微公尺(微米)，另一個為10-250微米寬，另一個為200-1000微米。
應當理解，在本揭示中，分層意味著不同空間尺度的微結構。在二維表面上定義分層微結構，其特徵在於尺寸x和y，以及面外尺寸z。每個微結構尺度可以由駐留在由函數f(x，y)描述的二維表面上的特徵尺寸x’，y’和z’來定義。函數f(x，y)不一定是平面的。分層微結構是一組縮放的微結構，每個微結構的特徵在於(x’，y’，z’)，(x”，y”，z”)，等等；其中，第一微結構位於由(x，y，z1)限定的區域中，第二微結構位於由(x，y，z2)限定的區域中，等等。範圍z1跨越由zmin＜z1＜zmax定義的z值範圍，依此類推。分層微結構是三維微結構，其中大部分第一微結構位於區域z1中，並且大部分第二微結構位於區域z2中，依此類推，使得z1＞ z2＞…關於任意一組歐幾里德坐標(x，y，z)。例如，分層微結構可包括高度10和直徑2的一組圓柱體，其佈置在圓柱體的頂表面上，圓柱體佈置在高度100和直徑20的平面中。
如果特徵尺寸的比例按常數因子縮放，則分層微結構是自相似的。自相似性可以出現在所有比例維度或比例維度的任何子集中。在圓柱體的示例中，如果間距滿足常數比率p1/p2 = p2/p3 =...= c，其中c是常數，則在各種空間尺度的圓柱體之間的間距p1，p2，p3，...…自相似。間距定義為兩個相似結構的中心之間的距離。在大多數情況下，對於給定類型的結構，間距是恆定的。縱橫比是一個相關的度量，它被定義為結構高度與寬度的比值。
當在微結構化裝置和濕可變形表面之間形成Wenzel-Cassie狀態並施加剪切力時，可變形表面變形為稱為皺摺特徵模式的形狀。術語特徵模式是指扭曲表面可能採用的可能幾何形狀的離散性。如果剪切力足夠，則可變形表面的皺摺特徵模式形狀轉變為皺屈狀態，並且微結構化裝置相對於可變形表面平移(滑動)。本發明的一個目的是當分層微結構裝置放置在濕變形表面上時，禁止或抑制轉變到皺屈狀態。
***接觸Wenzel-Cassie狀態是指在不同尺寸比例的微結構化表面上形成的多種Wenzel-Cassie狀態。***接觸抑制了可變形表面中從皺摺特徵模式狀態到皺屈狀態的轉變。
皺摺特徵模式穩定是指微結構設計，其抑制可變形表面中從皺摺特徵模式狀態到皺屈狀態的轉變。皺摺特徵模式穩定是重要的賦能態樣，並且本發明的目的是允許人們將微結構化裝置的微結構結構與目標可變形表面或目標可變形表面類相匹配。這種有意設計稱為設計至應用。
前體膜與分層微結構的相互作用導致接觸結構中的一級轉變，固體表面上的關鍵或連續潤濕轉變，其具有長程範圍和短程範圍特徵。分層微結構的潤濕的特徵在於介於通常的部分潤濕和完全潤濕狀態之間的中間潤濕狀態。
在非紋理化表面的背景下，文獻將這些中間潤濕狀態稱為“受抑制的完全潤濕”。申請人已經發現，受抑制的潤濕以及相關的受抑制的接觸角是微結構分層紋理化表面中的共同特徵。特別是，吸附在水上的飽和脂肪酸導致假部分潤濕。受抑制的潤濕狀態是在分層水平上所釘扎的對抗長程凡得瓦力的結果。倫敦分散力(London dispersion forces；LDF)和德拜偶極-非極性力以微妙的方式在分層定義的區域之間的界面上競爭，導致與水接觸的飽和脂肪酸的動態潤濕轉變。飽和脂肪酸不是在分層表面上建立受抑制的潤濕方式所必需的，但它們在固-脂-水界面中比在固-液-空氣界面中更常見。
為了有意地設計特定用途，本發明的目的，必需理解使用***接觸Wenzel-Cassie幾何形狀負責Wenzel-Cassie釘扎、分層釘扎和皺摺特徵模式穩定的理論態樣。在下文中，詳細描述了每個理論態樣。後退邊緣相對於與濕可變形表面接觸的微結構化裝置的前進邊緣的剪切平移磁阻在圖1中示出。在圖1的描述中，接觸角透過脂質相擷取。因此，僅在本說明書中，與用於描述固-水-空氣界面的慣例相反，小的接觸角等同於疏水性。
無限小位移100牽涉微結構化裝置102、可變形表面104和由親水性相108和疏水性相110組成的濕界面106。親水性相108典型地是由水組成的水相。疏水性相110可包含空氣或疏水性液體，例如脂質。在該實施例中，疏水性相是脂質。
微結構化裝置102相對於可變形表面104在方向112上平移。由於位移112，與微結構化裝置114的前進接觸角增加，並且與微結構化裝置116的後退接觸角減小。相反地，與可變形表面118的前進接觸角減小，並且與可變形表面120的後退接觸角增加。界面106與表面102和表面104兩個中的任一個之間的黏合性與接觸角成比例地相關。較大的接觸角對應於不太可能在剪切方向112上平移的接觸邊緣。
微結構化裝置上的接觸角114和接觸角116分別小於可變形表面上的對應接觸角118和接觸角120。然而，所有四個接觸角的最小接觸角是可變形表面104上的前進接觸角118。因此，接觸邊緣120將相對於可變形表面104前進，而其他接觸邊緣將不前進。接觸角118是最小接觸角的事實是Wenzel-Cassie流體釘扎在界面106、界面108與微結構化裝置102之間的結果。
在可變形表面104和界面106之間沒有Wenzel-Cassie流體釘扎。因此，微結構化裝置102側上的接觸長度122在無限小平移112下保持近似恆定。另一方面，接觸邊緣120是用無限小平移112平移。接觸邊緣126不用無限小平移112平移。因此，可變形表面104側上的接觸長度124在無限小平移112下增加。
現在考慮當無限小平移112返回到零時對可變形表面104的影響。前進的接觸角118返回到大約等於接觸角120的潤濕值。然而，現在微結構化裝置接觸長度112小於可變形表面接觸長度124。112和124之間的差異產生壓縮力並且可變形表面104開始起皺。這是皺摺特徵模式形成的機制；替代地在極端情況下，皺屈狀態形成，並且微結構裝置102與可變形表面104分離。
應該注意，接觸角按照慣例透過更密集的相測量。在圖1中，透過疏水性相測量接觸角。但是，如果疏水性相是空氣，則透過水相測量接觸角。在氣-水界面情況下，接觸角與黏合性成反比。在圖1中，黏合性成比例地相關。
因此，可變形表面在與微結構化裝置接觸的區域中經受壓縮。藉由無限小位移壓縮可變形表面激發可變形表面中的皺摺特徵模式。如果在褶皺的可變形表面和微結構化裝置之間的界面處存在空間以適應可變形表面的起皺，則微結構化裝置保持定位在可變形表面上。如果微結構化裝置的垂直橫截面不適應這些皺摺特徵模式，則皺摺迅速演變為皺屈狀態。皺屈狀態導致微結構化裝置從可變形表面脫離，並且抗剪切平移顯著降低。
由於這個原因，本發明的較大比例的微結構對於穩定本發明的微結構化裝置是至關重要的，較大比例的微結構例如，振幅在100或更大微米的二維正弦微結構。裝置的分層結構中的較小結構大約為1至100微米。較小的結構對於形成負責使後退接觸邊緣比前進的接觸邊緣更具黏性之動態接觸線是至關重要的，因此產生較大比例微結構所容納的皺摺特徵模式。這些分層微結構在一個裝置上的作用是協同作用以產生對本發明的裝置剪切平移的意外阻力。
參照圖2，描繪了一個實施例，即微結構化裝置上的Wenzel-Cassie釘扎狀態200。Wenzel-Cassie微結構202包括基板204和圓柱形柱206，其上設置有鰭片208。Wenzel-Cassie微結構202是分層結構，其中鰭片208的尺寸厚度和間隔(間距)小於鰭片208的尺寸厚度和間距。一滴水相210被Wenzel-Cassie釘扎到202。注意，Cassie-Baxter狀態214是水相210不突出到圓柱形柱206之間的間隙空間212中的狀態。Wenzel狀態216是水相210與Wenzel-Cassie微結構202的所有表面接觸的狀態。Wenzel-Cassie狀態是與潤濕和去濕表面的混合物相關的接觸狀態。穩健的Wenzel-Cassie狀態是與兩個分層微結構相關聯的接觸狀態，這兩個微結構都是潤濕的，但是分層結構防止了基板204的潤濕。例如，如果圓柱形柱頂218和鰭片208基本上與水相210接觸，則200是穩健的Wenzel-Cassie狀態。圓柱形柱206和基板204的表面之間的空間與疏水性相接觸，例如脂質或空氣。疏水性相捕獲或抵抗水相210的突起220的剪切平移222。在Wenzel-Cassie狀態中疏水性相和親水性相的並列導致Wenzel-Cassie釘扎。
參照圖3，在一個實施例中，在沒有無限小平移的情況下描繪了分層Wenzel-Cassie釘扎狀態300。堆疊的分層Wenzel-Cassie微結構302包括基板304、第一圓柱形柱306、第二圓柱形柱308和第三正弦曲線310。潤濕從時間上從第一Wenzel-Cassie狀態312演變到第二Wenzel-Cassie狀態314 、以及第三Wenzel-Cassie狀態316。
從較大結構到較小結構，或相反地，或任何組合的進展順序取決於許多因素，包括結構的組成，它們的形狀、它們的間隔、界面的組成等等。在一個實施例中，親水性相和疏水性相之間的接觸透過這種界面演變在時間上發展。即使當達到所描繪的接觸狀態的配置時，熱波動、流體運動等也可以連續地改變親水性相和疏水性相之間的接觸表面。
在此將接觸狀態的時間演變以及因此在每個分層水平的接觸角定義為接觸角混淆。接觸角混淆區分了分層流體釘扎與Wenzel-Cassie流體釘扎。當施加力時，接觸角在施加力的方向上對準。在Wenzel-Cassie釘扎中，一旦開始剪切平移，接觸角就會改變，以促進連續的剪切平移。然而，在分層釘扎的情況下，接觸角不能在所施加的力的方向上有效地組織，因此接觸角的隨機變化抑制了連續的剪切平移。在某些情況下，透過平移提供能量的行為可以增加繼續剪切平移所需的力量。
參照圖4，一個實施例在存在無限小平移的情況下描繪了分層Wenzel-Cassie釘扎狀態400。分層Wenzel-Cassie微結構402包括基板404、第一圓柱形柱406、第二圓柱形柱408和第三正弦曲線410。假設圖3的潤濕狀態演變處於準穩定的濕潤狀態，由第一Wenzel-Cassie狀態412、第二Wenzel-Cassie狀態414和第三Wenzel-Cassie狀態416描繪。力沿方向418施加。Wenzel-Cassie狀態的無限小平移412打破了靜態Wenzel-Cassie釘扎，且Wenzel-Cassie狀態412轉換為Wenzel-Cassie狀態418。Wenzel-Cassie釘扎與分層釘扎相比相對較弱。從狀態412到狀態418的轉變需要相對較少的接觸表面和相關角度的重組。然而，將Wenzel-Cassie狀態412平移為Wenzel-Cassie狀態420有效地破壞了Wenzel-Cassie狀態412。所產生的成分進入混合相，其吸收由無限小平移418所供給的一些動能。混合相最終再次分離進入Wenzel-Cassie狀態，但這改變了所有的接觸角度。由於只有一組接觸角對準促進剪切平移，因此淨效應是抑制連續剪切平移。
Wenzel-Cassie狀態在空間上不同的水平上形成的條件稱為Wenzel-Cassie***接觸，並且在某些方式上類似於負責將壁虎腳黏合到表面的機械***接觸。顯然，當Wenzel-Cassie***接觸是分層的時，剪切轉換被強有力地抑制。例如，Wenzel-Cassie狀態416的破壞吸收了大量的平移能量。然而，如果剪切力足夠大以破壞所有靜態Wenzel-Cassie釘扎狀態，則黏合力基本上喪失。
參照圖5，描繪了涉及與可變形表面504接觸的微結構化裝置502的皺摺特徵模式穩定模式500的實施例。通常，壓縮下的可變形表面將被壓縮，直到壓縮能量足以使可變形表面504進入其皺摺特徵模式506中的一個。如果分層周期508和振幅510不足以容納皺摺特徵模式506，則皺摺特徵模式506將迅速演變為皺屈狀態。當分層周期508或振幅510在調節要求和平坦狀態(自發皺屈或自發滑動)之間時，獲得Shallamach條件，這導致時間序列的滑動和抓取事件。在Shallamach波產生的情況下，皺摺特徵模式穩定512在多個步驟中進行。隨著壓縮在可變形表面504中建立，可變形表面連續變形為空間514和空間516(更高的特徵模式)。隨著壓縮透過可變形表面504擴散時，更高的皺摺特徵模式被激發。其中特徵模式的階級是激發的皺摺數。由於產生皺屈狀態所需的壓縮高於激勵特徵模式所需的壓縮，因此微結構化設備502主動抑制至皺屈狀態的轉變。
對於大多數可變形表面，僅將微結構化裝置的大比例微結構調整到目標可變形表面的皺屈空間周期就足夠了。用於確定皺屈空間周期的方法在本領域中使用脈衝激發技術是已知的。一個實施例是分層微結構裝置，其中最大尺度的微結構被調諧到皺摺特徵模式。
特別感興趣的是皮膚的皺屈波長，其範圍為50至200微米，假定皮膚的楊氏模量範圍為25-100kPa。因此，任何間距大於200微米的大尺寸微結構足以穩定微結構化裝置以防止在皮膚上皺屈。假設大尺度微結構的振幅在50-200微米的範圍內，則對於接近50微米的間距將發生更大的分層釘扎。
一個實施例是分層微結構裝置，其中最大尺度的微結構被調諧到皮膚的皺摺特徵模式。 拓撲設計考慮因素
術語分層微結構採用幾種不同的拓撲形式。在圖6和7中示出了可用於本發明的堆疊分層形式。Wenzel-Cassie潤濕狀態對於分層結構是獨特的。在簡單的1級微結構上，潤濕狀態僅限於Wenzel或Cassie-Baxter潤濕狀態。因此，廣義Wenzel-Cassie潤濕狀態包括Wenzel和Cassie-Baxter狀態在任何不同分層水平上的組合。
在圖6和7中，示出了一般實施例，Wenzel，Cassie-Baxter和Wenzel-Cassie潤濕狀態的2級微結構，其中理解為涉及至少一個Wenzel和這些潤濕狀態的任何組合。至少有一種Cassie-Baxter潤濕狀態足以成為Wenzel-Cassie狀態。
存在兩類通用的2級微結構。第一類，如圖6所示，包括微結構，其中第一和第二尺度微結構的長軸共平行。第二類，如圖7所示，微結構包括微結構，其中第一和第二標尺微結構的長軸正交定向。
參見圖6，I類600的分層微結構採取四種主要形式。形式602是Wenzel潤濕狀態。形式604是Wenzel-Cassie潤濕狀態，在第1級具有Wenzel狀態，在第2級具有Cassie-Baxter狀態。形式606是Wenzel-Cassie潤濕狀態，在第1級具有Cassie-Baxter狀態並且在第2級具有Wenzel狀態。形式608是Cassie-Baxter潤濕狀態。
參見圖7，I類700的分層微結構採用四種主要形式。形式702是Wenzel潤濕狀態。形式704是Wenzel-Cassie潤濕狀態，在1級具有Wenzel狀態，在2級具有Cassie-Baxter狀態。形式706是Wenzel-Cassie潤濕狀態，在1級具有Cassie-Baxter狀態並且在第2級具有Wenzel狀態。形式708是Cassie-Baxter潤濕狀態。 接觸角設計注意事項
通常，靜態Wenzel-Cassie釘扎強度是水平1和水平2處的接觸角之間的差的函數。利用圓柱形柱的Cassie-Baxter 1級微結構的接觸角可以藉由支柱的間距和直徑特徵化。Cassie-Baxter潤濕的接觸角不取決於縱橫比。對文獻的調查提供了相對於針對微結構材料的平板的接觸角的接觸角的以下變化。正值表示相對於沒有微結構，微結構的潤濕性較低。參見表1，列標籤表示間距，行標籤表示柱直徑，均以微米給出。
通常，靜態Wenzel-Cassie釘扎強度是水平1和水平2處的接觸角之間的差異的函數。藉由考慮圖6和圖7的2級結構，Wenzel潤濕狀態被包括在設計考慮中。利用圓柱形柱的分層2級微結構的接觸角可以藉由柱的間距和直徑來特徵化，在兩個水平上的縱橫比為3：1。由於缺乏分層結構上接觸角的實驗數據，因此將給出理論值。正值表明相對於沒有微結構，微結構的潤濕性較低。參考表2和表3，分別給出了圖6和圖7的微結構的接觸角的理論值。直徑和間距值以微米給出。
從表2和表3中可以看出，分層結構幾乎總是超疏水性的，平坦接觸角典型地在90至110度的範圍內。超疏水性微結構是接觸角大於150度的微結構，並且將表2和表3中發現的值加到110度基線產生超疏水性接觸角。
包含分層結構的微結構化裝置的特徵在於兩種或更多種超疏水性狀態可以共存於一個微紋理化疏水性基板上。對於中等疏水性基板，通常觀察到空氣俘獲或脂質俘獲的Cassie-Baxter方案是亞穩定的。藉由向微結構化裝置和可變形表面之間的液體界面施加壓力，可以引起從Cassie-Baxter狀態到Wenzel狀態的不可逆轉變。令人驚訝的觀察結果是兩種狀態下的接觸角都是可比較的。Wenzel接觸角通常略小於Cassie-Baxter接觸角。然而，潤濕狀態轉變顯著改變了接觸角滯後。接觸角滯後的大小對於確定剪切平移的阻力是最重要的。
一個實施例是分層微結構裝置，其中裝置和表面之間的界面內部的接觸表面是亞穩定的。
對於亞穩態Cassie-Baxter狀態，已發現Wenzel潤濕狀態下的接觸角滯後比Cassie-Baxter潤濕狀態下的接觸角滯後大10至20倍。超疏水性分層微結構的亞穩特性允許高接觸角滯後，這與超疏水性表面的傳統預期相反。
上述觀察結果表明，內部接觸角或接觸表面拓撲結構決定了微結構化裝置的前緣和後緣處的前進和後退接觸角的差異。由於這個原因，儘管如上所述，這種選擇對微結構化裝置的前導和後緣之靜止接觸角的影響很小，選擇在分層水平之間提供大的接觸角差異的縮放微結構，這樣提供了增強接觸角滯後的實際指引。
分層微結構界面的亞穩定性解釋了以下觀察：向微結構化裝置施加力以使微結構化裝置在濕變形表面上剪切平移的行為通常導致增強的抗剪切平移性。
一個實施例是分層微結構裝置，其在與濕可變形表面接觸時，在施加初始無限小剪切力之後增加剪切平移所需的力。
在某些架構中，其中微結構化裝置與濕可變形表面的接觸導致潤濕狀態的演變，毛細管作用跨微結構化裝置的分層水平的作用導致足以引起***接觸Wenzel轉變的法線方向力。
在一個示例性實施例中，申請人已經發現，抓住具有亞穩態分層微結構化表面的濕容器的操作基本上將容器鎖定到手上以進行剪切平移。與容器表面正交的平移，即鬆開夾具，不受容器的微結構化表面的影響。
在另一個示例性實施例中，申請人發現，旨在阻斷包括亞穩分層微結構的術後黏合的片狀外科植入物似乎在沒有法線方向力的情況下吸收組織。在***接觸Wenzel轉變發生後，植入物的剪切平移基本上被阻擋。顯然，對於在沒有法線方向力的情況下發生***接觸Wenzel轉變，微結構化裝置的剛度必需足夠小，以便不抵消誘導的法線方向力。
超疏水性表面上的極度潤濕需要許多潛在的微觀長度尺度，申請人已發現這些尺度影響宏觀性質並且還導致複合的能量景觀和接觸線動力學。 自相似性在亞穩態分層設計中的作用
對文獻的調查揭示了最複合的多尺度微結構製造方法產生的表面粗糙度符合尺寸和間距尺度的連續光譜。本發明的功能的關鍵設計特徵是當微結構化表面與濕變形表面接觸時獲得***接觸Wenzel-Cassie潤濕狀態。
只有在尺寸和間距的光譜不連續的情況下，才能實現***接觸Wenzel-Cassie條件。實際上，尺寸和間距光譜的不連續性是分層微結構的不變特徵。對***接觸概念的改進是尺寸和間距特徵以恆定比率彼此相關。在這種情況下，分層微結構的縮放特徵是自相似的。自相似常數的選擇取決於目標可變形表面。
實施例裝置包括分層微結構，其中每個分層水平包括空間周期性的特徵範圍，並且每個分層水平的空間周期性範圍所不包含的空間周期是包括了其他水平的空間周期性範圍。
然而，在超疏水性材料中存在離散分離的不同長度和瀝青尺度的後果在文獻中幾乎未被探索。特別是，分層結構對潤濕狀態的界面驅動傳輸的影響已被完全忽略。
其中分層自相似性起重要作用的一個應用領域是在隔熱領域。超疏水性自相似的分層微結構表面充當強絕熱體。在本應用中，Cassie-Baxter潤濕狀態的亞穩定性不利於預期用途。在本應用中，人們希望穩定Cassie-Baxter潤濕狀態。在本應用中，表1具有特殊用途。藉由在自相似配置中利用表1，在分層結構中沒有導致傳播Wenzel狀態的弱點。
應當理解，如果尺度分離足以阻擋Wenzel狀態傳播，則自相似性概念在兩個方向上起作用，自相似性促進Cassie-Baxter穩定性。如果尺度分離小到足以促進Wenzel狀態傳播，則自相似性確保Wenzel狀態不會在中間尺度上被阻擋，從而阻擋所有尺度上的Wenzel飽和度。
在一個實施例的絕熱應用中，目的是獲得這樣的狀態，其中液體界面由分層特徵的尖端支撐，使得該等特徵用作熱隔離橋。在該應用中，微結構位於容器的內部。實際應用範圍從咖啡杯的絕緣到低溫流體管道的絕緣。
在需要導熱性的相反方向上施加自相似性，可以理解在熱交換器和蒸汽冷卻領域中的應用。超疏水性材料可以充當超成核界面。實際上，超疏水性有利於分層紋理尺度頂部的逐滴凝結。冷凝液滴容易滾落，導致強烈的熱傳遞。儘管存在這些和許多其他潛在應用，例如電子裝置的冷卻，但本揭示提供了增強超疏水性表面處的熱傳遞所必需的基本理解。一個實施例是分層微結構裝置，其藉由縮合成核促進熱傳遞。
自相似性在預期微結構化表面退化的應用中特別有用。自相似性確保如果去除微結構化裝置的頂層，則下面的層將固有地共享相同的尺寸和間距比。這確保了表面的防滑性能在其厚度上保持不變。
一個實施例是具有自相似分層結構的分層微結構裝置，其中圖案的劣化不顯著地影響裝置的潤濕特性。 材料設計考慮因素
用於製造本發明的微結構化裝置的有用聚合物包括但不限於：PDMS、PMMA、PTFE、聚氨酯、特氟隆、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、熱塑性塑料、熱塑性彈性體、含氟聚合物、可生物劣化的聚合物、聚碳酸酯、聚乙烯，聚酰亞胺、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚烯烴、有機矽、天然橡膠、合成橡膠和這些的任何組合。
在一些實施例中，微結構化表面(包括設置在其上的基板和/或微特徵)包含衍生自動物和/或植物的工業材料，例如包含碳水化合物、纖維素、木質素、糖、蛋白質、纖維、生物聚合物和/或澱粉的材料。示例性的植物和/或動物衍生的工業材料包括但不限於：紙；紙板；紡織品，如羊毛、亞麻、棉或皮革；生物塑料；固體生物燃料或生物質，如木屑、面粉或木炭；和建築材料，如木材、纖維板、油氈、軟木、竹子和硬木。
在某些實施例中，微結構化表面包含複合材料。例如，微結構化表面(包括設置在其上的基板和/或微特徵)可包括兩種或更多種不同的材料、層和/或組分。
在一個實施例中，微結構化表面包括在多個微結構上和/或上方的塗層。有用的塗層包括但不限於：氟化聚合物、氟化烴、矽烷、硫醇、以及它們的任何組合。在各種實施例中，微結構化表面經歷處理表面的步驟。有用的表面處理方法包括但不限於固化、蒸煮、退火、化學處理、化學塗覆、塗漆、塗覆、電漿處理和這些的任何組合。 塗層與微結構
已經出乎意料地發現，其中終端水平已被光滑親水性物質替代的分層微結構化裝置表現出與經典潤濕模型相矛盾的Wenzel-Cassie行為。實際上，用化學親水性代替幾何誘導的親水性適用於任何微結構水平，以及與其相反地。例如，塗覆在具有光滑親水性物質的區域中的光滑疏水性基板可以充當位於基板上的分層微結構上的Wenzel-Cassie狀態的釘扎位點。
在一個實施例中，藉由用具有不同於另一微結構水平的親水性或親油性的塗層代替精細結構化的末端水平，使得分層微結構裝置更耐環境劣化。
本揭示的微結構化分層表面包括可以藉由任何合適和/或期望的手段進行末端功能化的那些。例如，微結構分層表面的超疏水性表面的尖端附近的所需區域可以用任何所需的基團功能化，例如能夠進行靜電、共價、氫鍵和/或凡得瓦相互作用的基團。
在一個實施例中，具有末端精細結構的表面結構可以藉由與表面基團的黏合來功能化，所述表面基團用具有特定化學親水性的光滑表面代替精細結構。因此，用化學親水性代替幾何親水性。
在某些實施例中，分層微結構化裝置的凸起表面結構可以以各種方式功能化，以提供用於從溶液中沉澱、吸附或沉積材料的表面。
在一個實施例中，凸起的表面結構可以被處理以沉積金層，其然後可以與多種材料(例如疏水性硫醇化合物)反應以形成疏水性表面。示例性的硫醇化分子包括聚(苯乙烯-共-2,3,4,5,6-五氟苯乙烯-SH)、聚(甲基丙烯酸甲酯-共-五氟辛基甲基丙烯酸酯-SH)，但通常可以使用任何氟化或甲基化的硫醇。
在另一個實施例中，藉由使硫醇處理的表面與含有另一種具有所需表面性質的化合物的溶液接觸，可以進一步選擇性地使凸起的表面結構的尖端功能化。一些示例性分子包括羧酸封端的硫醇、磺化的硫醇分子、羥基封端的硫醇、PEG封端的硫醇等。
這些處理不是新的，但是藉由這種處理終止分層微結構化裝置以獲得防滑超親水性表面的想法是申請人的新發現。增強超疏水性分層表面增強的防滑特徵，與大多數與超疏水性概念相關的非黏應用相反。超疏水性表面中的排斥特徵的強度與將Wenzel-Cassie潤濕狀態強烈鎖定在界面體積內部內的機制相同。
一般而言，預期實施例藉由化學親水性/疏水性光滑表面代替幾何親水性/疏水性末端結構。這樣做使得這種分層的微結構化設備藉由消除可能不很好地再現或隨著使用而劣化的小比例特徵而在機械上更加強大。 水-空氣與水-脂界面設計考慮因素
因為疏水性相互作用隨著溫度的升高而增加強度，它們通常被視為熵；也就是說，疏水性單元在周圍的水中引起一些順序。這個想法是正確的，因為小的疏水性單元減少了可用於氫鍵合的配置空間的體積。
除了排除體積之外，疏水性分子以各種方式與水相互作用。它們藉由凡得瓦相互作用對水分子施加弱吸引力。它們還經由親水性組分施加強吸引力，例如醇上的羥基。儘管凡得瓦相互作用太弱而不能影響水中界面的存在，但它們確實會影響界面的位置。類似地，儘管兩親分子的親水性部分不直接負責疏水性組件，但它們確實影響這些組件相對於界面及其他結構的佈置。
在一個實施例中，分層微結構裝置利用***接觸Wenzel-Cassie配置中的固-油-水界面的水組織態樣來抑制位點到位點的跳躍。雖然空氣也抑制了位點到位點的跳躍，但脂質是不可壓縮的，並且它們的組織屬性傾向於固定水-固界面平衡結構。
重要的是，申請人已經發現親水性和親油表面(固-空氣-水界面和固-空氣-油界面)可以轉變成水中的疏油表面(固-水-油界面)。
在一個實施例中，將親油-疏油轉變分層微結構化裝置應用於暴露於環境富含油的污染物的表面。例如，在使用期間累積油殘餘物的車輛部分和所述表面在周期性暴露於雨水時轉變為自清潔模式。通常，這種油殘留物對涉及水的清潔處理具有抵抗力。
參見圖8，示出了固-水-空氣界面802和固-油-水界面804之間的差異。示出了固體806-水808-空氣810接觸角812和固-油814-水接觸角816。如果測量關於垂直818的角度，則固-水-空氣接觸角812是與固-油-水接觸角816相反的符號和相同的大小。這意味著，如果表面在固-水-空氣界面中是親水性的，則表面在固-油-水界面中是親油的和疏油的。微結構表面是親油的還是疏油的取決於表面能。對於固-水-空氣界面處的疏水性表面也是如此。親油/疏水性界面的雙穩態性質是複合內部接觸線動力學的亞穩定性的促成因素。
在一個實施例中，分層微結構化裝置具有接近親油/疏油轉變的表面能配置，並且形成具有極端不穩定性的可變形表面的界面。平移擾動導致亞穩狀態鎖定在一個穩定的轉變模式中。
藉由表4實現了這些實施例的設計。對於15微米直徑和30微米高度柱的陣列，表4中給出了作為間距函數的接觸角的理論變化。 分層水平的拓撲考量
使相互作用體積內的親水性/疏水性接觸表面可視化可有利地指導設計。現在考慮一個特定的實施例，其包括在平面陣列中的三角形填料方案中的槽紋柱，其中柱是L1水平而槽是L2水平。圖9是柱陣列的頂視圖。
親水性/疏水性接觸表面是最小表面，其中分層結構用作邊界表面。圖10示出了浸入脂質相中的水接觸表面。
在一些實施例中，表面設置在醫療裝置的一部分上。由於本文揭示的表面，可植入的醫療裝置可有利地抵抗在原位上的平移。在一些實施例中，該裝置是手術牽開器。圖11描繪了包括臂1103和手術錨1105的牽開器1101。手術錨1105使外科醫生能夠將牽開器1101錨固到圍手術期外科敷料。牽開器1101的近端1107具有超疏水性表面1119。以上描繪和描述了超疏水性表面的詳細實例。可選地，牽開器可包括包含在中空部分1113上的膨脹元件1111，其可經由管1115加壓。如圖所示，當中空部分1113被膨脹時，牽開器沿方向1117變得剛性且筆直。可選地，牽開器可包括抽吸囊，抽吸囊包括一系列孔1119，其提供從組織接觸側1121到內部抽吸空間1123的吞吐量。抽吸囊包括組織接觸側1121和外側1125。外側1125可具有突出部1126，外科醫生可以縫合支撐線或夾持以使牽開器1相對於組織表面定位。附接到抽吸囊的抽吸管1127提供抽吸並將組織液1129抽吸到抽吸囊中。可選地，牽開器1可具有預成型形狀，使得寬度1131是直的，並且長度1133以曲率半徑17135皺屈。可選地，牽開器1101具有被皺摺37的組織接觸表面1121。透過膨脹元件1111可以調節皺摺頻率1139，使得所增加的膨脹將頻率1139減小並增加長度1133。
在三水平實施例中，圖12示出了包括正弦曲線L1水平1202的分層微結構表面1200，其上是較低高度的L2水平光滑柱1204和較高高度的光滑柱1206，以及位於谷的L2水平柱1208，柱1208的壁上具有奈米結構1210。柱1204和柱1206的頂部填充有L3水平較小的柱1212。特徵1210和特徵1212是疏水性的。親水性/疏水性接觸表面的疏水性體積示於圖13中。
圖15描繪了由L1水平圓柱體1506、通道1504和脊1514、L2水平圓柱體1508和L3水平奈米結構1510和微柱1512組成的分層微結構1500的實施例。親水性/疏水性接觸表面的疏水性體積於圖16中示出。
可以藉由意識最小接觸表面來增強三角形中心陣列(圖10)和方形中心陣列(圖18)之間的差異。在一個實施例中，圖17是由L1水平槽紋柱1702和通道1704、L2水平奈米結構1706組成的分層微結構化圖案。親水性/疏水性接觸表面的親水性體積在圖18中示出。
對親水性/疏水性接觸表面的最小表面結構的意識使得能夠設計接觸表面受抑制的分層微結構化圖案。圖19是接觸表面受抑制分層微結構化圖案1900的實施例。受抑制的分層圖案由L1柱的三角形陣列組成，其一部分具有L2槽紋表面1902，另一部分具有L2奈米結構1904。親水性柱1902藉由親水性通道1906連接。疏水性支柱1904藉由疏水性奈米結構1908連接。如上所述，六角形1910形狀的連接疏水性體積被預期在1910的支柱上組織。類似地，菱形1912的形狀的連接親水性體積被預期在1912的支柱上組織。然而，在區域1914中，已由1910的疏水性結構引發之區域1914的部分將疏水性地組織；已由親水性結構1912引發之區域1914的另一部分將親水性地組織。區域1914被抑制，在某些條件下疏水性結構將完成，並且在輕微擾動下，親水性結構將完成。接觸受抑制的分層微結構圖案在旨在被定位在濕油表面上的圖案化裝置中特別有用。
一條基本線被示出之圖19的前述實施例是一維接觸表面受抑制的分層微結構圖案，因為相鄰的線不受抑制。圖20中示出了二維接觸表面受抑制分層微結構圖案的實施例。圖20示出了該實施例的單位單元。單位單元可以以三角形陣列或方形陣列平鋪。平鋪中的單元電池的圓形周邊是交替疏水性和親水性的，例如，分別為奈米結構線和通道線。圖20中的三角形具有兩個定向，向上指向和向下指向。有四個向上指向的三角形和5個向下指向的三角形。如果圓形周邊是疏水性的，那麼5個向下指向的三角形由親水性通道組成。如果圓形周邊是親水性的，那麼5個向下指向的三角形由疏水性奈米結構的線組成。如果線是親水性的，則三角形的頂點是親水性槽紋柱；如果線是疏水性的，則三角形頂點是疏水性奈米結構柱。中心點是與周長具有相同親水性的柱。 製造方法
本文考慮了製造分層結構的各種方法。一種這樣的方法是使用表面結構複製產生微結構，隨後經由疏水性烷烴的自組裝產生平坦表面之奈米突點。
另外，已經使用模製成型、電沉積、奈米光刻、膠體系統和光刻法製造了具有分層結構的多個超疏水性表面。模製成型是一種低成本且可靠的表面結構複製方式，並且可以提供大約10nm的精度。奈米結構的自組裝可以經由本領域普通技術人員熟悉的各種方法實現，例如，熱沉積和/或蒸發處理。
在以下示例中，分層水平的水平將由標記為L#的水平標記，其中#表示水平。更高的水平對應於更精細的微結構。在所有實施例中，製備矽母模，由此我們獲得聚矽氧陰模。陰模用於透過溶液澆鑄或熔體壓鑄來製造陽模測試物品。這些方法對於本領域普通技術人員來說是熟悉的。 例子 實驗例1
在一個實施例中，製造具有以下尺寸的聚丙烯分層微結構裝置： L3：3μm圓/鰭片 6μm間距 三角形陣列 4μm高度 L2：35μm圓 45μm間距 三角形陣列 45μm高度 L1：750μm正弦 750μm間距 三角形陣列 220μm高度
三角陣列指的是指示特徵的偏移填料。間距是指沿定義線的特徵中心之間的距離，以及定義線之間的距離。圓指的是具有平頂的圓柱體。鰭片指的是與圓柱軸線對準的側向凸起。圖21是例1的代表性樣品的影像。
藉由將分層微結構裝置放置在含有植物油和含水綠色食用色素的混合物的托盤中來繪製固-油-液界面。圖案化的側面在托盤中向上放置。在混合時，將聚矽氧膜置於微結構裝置上，完成裝置-表面界面。組件會被凍結了。固化後，除去聚矽氧層並拍照界面配置。參考圖22，L2和L1微結構上的水釘扎(綠色)。 實驗例2
在一個實施例中，製造具有以下尺寸的聚丙烯分層微結構裝置： L3：10μm方形 20μm間距 矩形陣列 25μm高度 L2：100μm方形 200μm間距 矩形陣列 70μm高度 L1：100μm通道 200μm間距 平行通道 100μm高度 代表性樣品描繪於圖23中。
使用例1的流體釘扎方法，圖23示出了主要以L1為中心的水釘扎，L2是相對親油的。 實驗例3
用光滑的疏水性和光滑的親水性塗層代替分層微結構化裝置的末端分層水平，即圖案68。構建由柱頂部上的柱構成的圖案68，並且當放置在牛排上時進行剪切測試。測試物品僅為圖案68以及具有終端水平的圖案68。聚氨酯(AP1780)、聚乳酸(PLA)和聚矽氧是測試材料。所有結果均以lbs/cm2為單位給出。在每個研究組中測試五個樣品。 為了增加疏水性 AP1780 PLA 矽膠 測試物品 剪切力(lbs/cm2) 僅HMSS AP1780 0.046 +/- 0.007 PLA 0.059 +/- 0.005 功能化HMSS PLA在AP1780 HMSS上 0.031 +/- 0.004 圖案68-L1，AP1780在PLan HMSS上 0.068 +/- 0.006 圖案68-L1，聚矽氧在PLAN HMSS上 0.043 +/- 0.004 實驗例4
對具有300、400、500微米正弦曲線深度的聚矽氧上的凹槽大的正弦花瓣設計(圖21)進行剪切力的測量。將結果與非正弦模式(模式86)進行比較。圖案化裝置由可吸收的聚氨酯AP1780，可吸收的聚氨酯AP1959和聚乳酸(PLA)鑄造而成。 材料和方法：
使用溶解在丙酮中的PLA 704。
評估機械定位特徵。購買牛肉餅“牛排”並切成3cm立方體並貼在局部平台上。在22℃下用生理鹽水溶液使肉保持充分水合。將測試物品切成1×1cm的正方形並安裝在圓盤上，在圓盤上連接細絲，透過該細絲將力施加到測試物品上。藉由將測試物品放置在3cm的肉塊上並水平拉到表面來測量剪切。因此，這些測量產生每單位面積(1cm2)的力。
在所有測量中，丟棄清除異常值，並用另外的測試物品重複運行。使用Instron Mini 55記錄力，且十字頭速度為0.1厘米/秒。稱重感測器限值為200 g，精度為+/- 0.1 g。 圖案： 85A L3：3微米圓柱，6微米柱間距，5微米柱深。 L2：25微米圓柱，35微米柱間距，30微米柱深， 包括3微米凹槽寬度，6微米凹槽間距，5微米凹槽深度的凹槽 087A L1：450微米正弦波，450微米間距，300微米深度 088A L1：600微米正弦波，600微米間距，400微米深度 089A L1：750微米正弦波，750微米間距，500微米深度 測試物品： 090A 圖案085A和087A的組合(L1 300微米正弦深度-實際深度為90微米)；實際意味著模具上正弦曲線的實際深度 091A 圖案085A和088A的組合(L1 400微米正弦深度-實際深度為160微米) 092A 圖案085A和089A的組合(L1 500微米正弦深度-實際深度為205微米) 堆疊，槽紋，正弦(093AH)： 初級：25μm圓孔，35μm間距，45μm深度 包括3μm寬，6μm間距，5μm深的凹槽 次級：3μm圓孔，6μm間距，5μm深度 正弦背景：450μm正弦孔，450μm間距，300μm深度 堆疊，槽紋，正弦(094AH)： 初級：25μm圓孔，35μm間距，45μm深度 包括3μm寬，6μm間距，5μm深的凹槽 次級：3μm圓孔，6μm間距，5μm深度 正弦背景：600μm正弦孔，600μm間距，400μm深度 堆疊，槽紋，正弦(095AH)： 初級：25μm圓孔，35μm間距，45μm深度 包括3μm寬，6μm間距，5μm深的凹槽 次級：3μm圓孔，6μm間距，5μm深度 正弦背景：750μm正弦孔，750μm間距，500μm深度 堆疊，槽紋，正弦(086AH)： 初級：25μm圓孔，35μm間距，45μm深度 包括3μm寬，6μm間距，5μm深的凹槽 次級：3μm圓孔，6μm間距，5μm深度 結果： 拉力測試： 所有測量舍入到最接近的克。所有測量均使用1.0克圓盤進行。所有測量均使用新鑄件進行，以避免紋理填充。 比較AP1780，AP1959，PLA
上述非限制性示例性應用使本領域普通技術人員明白了可以用本發明的分層微結構化表面設想的許多其他應用。
100‧‧‧無限小位移 102‧‧‧微結構化裝置、表面 104‧‧‧可變形表面、表面 106‧‧‧濕界面、界面 108‧‧‧親水性相 110‧‧‧疏水性相 112‧‧‧方向、位移、剪切方向、無窮小平移、微結構化裝置接觸長度 114‧‧‧微結構化裝置 116‧‧‧微結構化裝置 118‧‧‧可變形表面、接觸角 120‧‧‧可變形表面、接觸邊緣、接觸角 122‧‧‧接觸長度 124‧‧‧接觸長度 126‧‧‧接觸邊緣 200‧‧‧Wenzel-Cassie釘扎狀態 202‧‧‧Wenzel-Cassie微結構 204‧‧‧基板 206‧‧‧圓柱形柱 208‧‧‧鰭片 210‧‧‧水相 212‧‧‧間隙空間 214‧‧‧Cassie-Baxter狀態 216‧‧‧Wenzel狀態 218‧‧‧圓柱形柱頂 220‧‧‧突起 222‧‧‧剪切平移 300‧‧‧分層Wenzel-Cassie釘扎狀態 302‧‧‧堆疊的分層Wenzel-Cassie微結構 304‧‧‧基板 306‧‧‧第一圓柱形柱 308‧‧‧第二圓柱形柱 310‧‧‧第三正弦曲線 312‧‧‧第一Wenzel-Cassie狀態 314‧‧‧第二Wenzel-Cassie狀態 316‧‧‧第三Wenzel-Cassie狀態 400‧‧‧分層Wenzel-Cassie釘扎狀態 402‧‧‧分層Wenzel-Cassie微結構 404‧‧‧基板 406‧‧‧第一圓柱形柱 408‧‧‧第二圓柱形柱 410‧‧‧第三正弦曲線 412‧‧‧第一Wenzel-Cassie狀態、無限小平移 414‧‧‧第二Wenzel-Cassie狀態 416‧‧‧第三Wenzel-Cassie狀態 418‧‧‧方向、Wenzel-Cassie狀態、無限小平移 420‧‧‧Wenzel-Cassie狀態 500‧‧‧皺摺特徵模式穩定模式 502‧‧‧微結構化裝置、微結構化設備 504‧‧‧可變形表面 506‧‧‧皺摺特徵模式 508‧‧‧分層周期 510‧‧‧振幅 512‧‧‧皺摺特徵模式穩定 514‧‧‧空間 516‧‧‧空間 802‧‧‧固-水-空氣界面 804‧‧‧固-油-水界面 806‧‧‧固體 808‧‧‧水 810‧‧‧空氣 812‧‧‧接觸角 814‧‧‧油 816‧‧‧接觸角 818‧‧‧垂直 1‧‧‧牽開器 1101‧‧‧牽開器 1103‧‧‧臂 1105‧‧‧手術錨 1107‧‧‧近端 1111‧‧‧膨脹元件 1113‧‧‧中空部分 1115‧‧‧管 1117‧‧‧方向 1119‧‧‧超疏水性表面、一系列孔 1121‧‧‧組織接觸側、組織接觸表面 1123‧‧‧內部抽吸空間 1125‧‧‧外側 1126‧‧‧突出部 1127‧‧‧抽吸管 1129‧‧‧組織液 1131‧‧‧寬度 1133‧‧‧長度 17135‧‧‧曲率半徑 37‧‧‧皺摺 1139‧‧‧皺摺頻率、頻率 1200‧‧‧分層微結構表面 1202‧‧‧正弦曲線L1水平 1204‧‧‧較低高度的L2水平光滑柱、柱 1206‧‧‧較高高度的光滑柱、柱 1208‧‧‧L2水平柱、柱 1210‧‧‧奈米結構、特徵 1212‧‧‧L3水平較小的柱、特徵 1500‧‧‧分層微結構 1504‧‧‧通道 1506‧‧‧水平圓柱體 1208‧‧‧位於谷的L2水平柱 1510‧‧‧L3水平奈米結構 1512‧‧‧微柱 1514‧‧‧脊 1702‧‧‧L1水平槽紋柱 1704‧‧‧通道 1706‧‧‧L2水平奈米結構 1900‧‧‧接觸表面受抑制分層微結構化圖案 1902‧‧‧L2槽紋表面、親水性柱 1904‧‧‧L2奈米結構、疏水性支柱 1906‧‧‧親水性通道 1908‧‧‧疏水性奈米結構 1910‧‧‧六角形 1912‧‧‧菱形、親水性結構 1914‧‧‧區域
圖1描繪了相對於在平移力下與濕變形表面接觸的微結構化裝置的前進邊緣的後退邊緣。
圖2描繪了微結構化裝置上的Wenzel-Cassie釘扎狀態。
圖3描繪了在沒有無限小平移的情況下的分層Wenzel-Cassie釘扎狀態。
圖4描繪了存在無限小平移時的分層Wenzel-Cassie釘扎狀態。
圖5描繪了涉及與可變形表面接觸的微結構化裝置之皺摺特徵模式穩定模式。
圖6描繪了具有以其長軸共平行之第一和第二尺度微結構的I類微結構。
圖7描繪了具有以其長軸正交定向之第一和第二尺度微結構的II類微結構。
圖8描繪了固-水-空氣界面和固-油-水界面之間的差異。
圖9描繪了微結構化表面的實施例，所述微結構化表面包括平面陣列中的三角形填料方案中的槽紋柱，其中柱為L1水平且槽紋為L2水平。
圖10描繪了圖9的表面的親水性/疏水性接觸表面的疏水性體積。
圖11描繪了包括本揭示的微結構化表面的牽開器裝置的示例。
圖12描繪了包括正弦L1水平的分層微結構表面的特定實施例，其上是較低高度的L2水平光滑柱和較高高度的光滑柱，以及位於柱的壁上具有奈米結構的位於谷的L2水平柱。
圖13描繪了圖12的表面的親水性/疏水性接觸表面的疏水性體積。
圖14描繪了包含本揭示的微結構化表面的手套。
圖15描繪了包括L1水平圓柱、通道和脊、L2水平圓柱以及L3水平奈米結構和微柱之分層微結構的特定實施例。
圖16描繪了圖15的表面的親水性/疏水性接觸表面的疏水性體積。
圖17描繪了由L1水平槽紋柱和通道，L2水平奈米結構組成的分層微結構化圖案的特定實施例。
圖18描繪了圖17的表面的親水性/疏水性接觸表面的疏水性體積。
圖19描繪了接觸表面受抑制的分層微結構化圖案的特定實施例。受抑制的分層圖案由L1柱的三角形陣列組成，其一部分具有L2凹槽表面而另一部分具有L2奈米結構。親水性柱藉由親水性通道連接。
圖20描繪了二維接觸表面受抑制的分層微結構圖案的特定實施例。
圖21描繪了具有尺寸的分層微結構設備的特定實施例： L3：3um圓/鰭 6um間距 三角形陣列 4um高度 L2：35um圓 45um間距 三角形陣列 45um高度 L1：750um正弦波 750um間距 三角形陣列 220um高度
圖22描繪了圖21的L2和L1微結構上的水釘扎。
圖23描繪了具有以下尺寸的聚丙烯分層微結構裝置的特定實施例： L3：10um 方形 20um間距 矩形陣列 25μm高度 L2：100um方形 200um間距 矩形陣列 70μm高度 L1：100um通道 200um間距 平行通道 100μm高度
100‧‧‧無限小位移
102‧‧‧微結構化裝置、表面
104‧‧‧可變形表面、表面
106‧‧‧濕界面、界面
108‧‧‧親水性相
110‧‧‧疏水性相
112‧‧‧方向、位移、剪切方向、無窮小平移、微結構化裝置接觸長度
114‧‧‧微結構化裝置
116‧‧‧微結構化裝置
118‧‧‧可變形表面、接觸角
120‧‧‧可變形表面、接觸邊緣、接觸角
122‧‧‧接觸長度
124‧‧‧接觸長度
126‧‧‧接觸邊緣

Claims (26)

  1. 一種用於動態流體釘扎之裝置，該裝置的至少一側包括表面，該表面包含：a)具有至少一個分層水平被堆疊在另一分層水平上的分層微結構，其中該至少兩個分層水平是自相似的，第一水平和第二水平中的每一個包括微觀特徵，其中第一水平微觀特徵具有10到500微米的寬度、10到500微米的高度以及10到500微米的相鄰的微觀特徵之間的間距，第二水平微觀特徵具有100到10000微米的寬度、100到10000微米的高度以及100到10000微米的相鄰的微觀特徵之間的間距，當該至少兩個分層水平被放置與濕表面接觸時產生Wenzel-Cassie流體釘扎狀態，其中在該至少兩個分層水平中產生***接觸Wenzel-Cassie潤濕狀態。
  2. 根據請求項1之裝置，其中該等分層水平產生受抑制的潤濕狀態。
  3. 根據請求項2之裝置，其中該等分層水平產生受抑制的接觸表面。
  4. 根據請求項1之裝置，其中該等分層水平在至少一個分層水平上產生亞穩態潤濕狀態。
  5. 根據請求項1之裝置，其中該等分層水平擁有能夠容 納目標可變形表面的皺摺特徵模式的周期性。
  6. 根據請求項2之裝置，其中當剪切力被施加到該裝置時，該等分層水平抑制目標可變形表面中的皺屈狀態的演變。
  7. 根據請求項3之裝置，其中當剪切力被施加到該裝置時，該等分層水平在與可變形表面接觸時抑制該裝置的平移。
  8. 根據請求項1之裝置，其中一個或多個分層水平被以光滑的化學表面代替，該光滑的化學表面具有該代替的分層水平的相同的親水性、疏水性、疏油性或親油性。
  9. 根據請求項1之裝置，其中該微結構包含三個分層水平。
  10. 根據請求項9之裝置，其中第三分層水平包含1到20微公尺(微米)的寬度。
  11. 根據請求項9之裝置，其中第三分層水平包含1到20微公尺(微米)的高度。
  12. 根據請求項9之裝置，其中第三分層水平具有1到20微 公尺(微米)的間距。
  13. 根據請求項9之裝置，其中在該微結構化裝置上的該多周期的結構是分層的。
  14. 一種用於動態流體釘扎之裝置，該裝置的至少一側包括表面，該表面包含：a)具有至少一個分層水平被堆疊在另一分層水平上的分層微結構，其中該至少兩個分層水平是自相似的，第一水平和第二水平中的每一個包括微觀特徵，其中第一水平微觀特徵具有10到500微米的寬度、10到500微米的高度以及10到500微米的相鄰的微觀特徵之間的間距，第二水平微觀特徵具有100到10000微米的寬度、100到10000微米的高度以及100到10000微米的相鄰的微觀特徵之間的間距，以及b)空間多周期的微結構，其中該等空間周期中的至少一個與目標可變形表面的一個或多個皺摺特徵模式匹配。
  15. 一種用於動態流體釘扎之裝置，該裝置的至少一側包括表面，該表面包含：a)具有至少一個分層水平被堆疊在另一分層水平上的分層微結構，其中該至少兩個分層水平是自相似的，第一水平和第二水平中的每一個包括微觀特徵，其中第一水平微觀特徵具有10到500微米的寬度、10到500微米的高度以及10到500微米的相鄰的微觀特徵之間的間距，第二水平微觀特徵具有100到10000微米的寬度、 100到10000微米的高度以及100到10000微米的相鄰的微觀特徵之間的間距，b)流體釘扎結構，當與濕表面接觸時產生至少一個空間接觸的Wenzel潤濕狀態和一個Cassie-Baxter潤濕狀態，以及c)該接觸的Wenzel潤濕狀態和Cassie-Baxter潤濕狀態同時存在於該裝置和該表面之間的界面處。
  16. 一種用於動態流體釘扎之裝置，該裝置的至少一側包括表面，該表面包含：a)具有至少一個分層水平被堆疊在另一分層水平上的分層微結構，其中該至少兩個分層水平是自相似的，第一水平和第二水平中的每一個包括微觀特徵，其中第一水平微觀特徵具有10到500微米的寬度、10到500微米的高度以及10到500微米的相鄰的微觀特徵之間的間距，第二水平微觀特徵具有100到10000微米的寬度、100到10000微米的高度以及100到10000微米的相鄰的微觀特徵之間的間距，以及b)分層微結構化表面，該表面在與另一濕表面接觸時形成界面，該界面包含至少四個接觸表面，每個接觸表面包含固體表面、疏水性液體表面、親水性液體表面，其中該固體表面、疏水性表面和親水性表面至少在一點接觸。
  17. 根據請求項16之裝置，其中該疏水性液體表面被氣體表面取代。
  18. 根據請求項16之裝置，其中該四個接觸表面中的至少一個隨時間改變形狀。
  19. 根據請求項16之裝置，其中至少兩個接觸表面是受抑制的。
  20. 根據請求項16之裝置，其中倫敦分散力和德拜偶極-非極性力競爭。
  21. 根據請求項16之裝置，其中目標接觸表面中的Shallamach運動被抑制。
  22. 根據請求項1之裝置，其中當至少1mN的剪切力被施加到該裝置時，至少一個Wenzel-Cassie潤濕狀態轉變為Wenzel潤濕狀態。
  23. 根據請求項1之裝置，其中當至少1mN的剪切力被施加至該裝置時，至少一個Wenzel-Cassie潤濕狀態轉變為Cassie-Baxter潤濕狀態。
  24. 根據請求項1之裝置，其中該接觸微結構化表面具有至少10度的接觸滯後。
  25. 根據請求項1之裝置，其中該裝置的區域是A，並且在 濕表面上剪切平移該裝置所需的力是F，然後該裝置被切成兩半並被放置在該濕表面上需要大於F/2的力以在該表面上剪切平移該裝置。
  26. 根據請求項1之裝置，其中每個分層水平包含空間周期性的特徵範圍，並且每個分層水平的空間周期性範圍所不含有的空間周期包含其他水平的空間周期性的範圍。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR112018006814B1 (pt) * 2015-10-05 2022-06-07 Bvw Holding Ag Artigo tendo uma superfície microestruturada
US20210130157A1 (en) * 2019-11-06 2021-05-06 Bvw Holding Ag Extremal microstructured surfaces
US11672635B2 (en) * 2020-04-29 2023-06-13 Bvw Holding Ag Microstructure soft tissue graft
US20230112010A1 (en) * 2021-09-27 2023-04-13 Bvw Holding Ag Capillary bridge enhanced fluid grip device
DE202023000325U1 (de) 2023-02-13 2024-05-17 IMOS Gubela Gesellschaft mit beschränkter Haftung Superhydrophobe modulare Struktur

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130059123A1 (en) * 2010-03-05 2013-03-07 Evelyn N. Wang Superhydrophobic surfaces
CN104321034A (zh) * 2013-01-11 2015-01-28 Bvw控股公司 可植入的超疏水表面
US20170044010A1 (en) * 2014-04-02 2017-02-16 Mitsubishi Electric Corporation Sensor element, method for manufacturing sensor element, detection device, and method for manufacturing detection device
CN106586950A (zh) * 2017-01-13 2017-04-26 温州大学 一种基于润湿性调控的微纳自组装结构制备方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100028604A1 (en) * 2008-08-01 2010-02-04 The Ohio State University Hierarchical structures for superhydrophobic surfaces and methods of making
CN102387915A (zh) * 2009-02-17 2012-03-21 伊利诺伊大学评议会 柔性微结构超疏水材料
US20110287217A1 (en) * 2010-05-21 2011-11-24 Prantik Mazumder Superoleophobic substrates and methods of forming same
US20160169867A1 (en) 2014-01-07 2016-06-16 The Regents Of The University Of California Evaporation on superhydrophobic surfaces for detection of analytes in bodily fluids
US20170014111A1 (en) 2015-07-17 2017-01-19 Hoowaki, Llc Microstructured Surface
CN106756777B (zh) * 2016-11-28 2019-07-16 山东大学 一种通过应变调控褶皱表面亲疏水性可逆转变的方法及应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130059123A1 (en) * 2010-03-05 2013-03-07 Evelyn N. Wang Superhydrophobic surfaces
CN104321034A (zh) * 2013-01-11 2015-01-28 Bvw控股公司 可植入的超疏水表面
US20170044010A1 (en) * 2014-04-02 2017-02-16 Mitsubishi Electric Corporation Sensor element, method for manufacturing sensor element, detection device, and method for manufacturing detection device
CN106586950A (zh) * 2017-01-13 2017-04-26 温州大学 一种基于润湿性调控的微纳自组装结构制备方法

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