專利名稱：具有疏水性內(nèi)表面的3d形狀結(jié)構(gòu)物的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有疏水性內(nèi)表面的結(jié)構(gòu)物的制造方法，并且更具體而言，涉及 這樣一種三維結(jié)構(gòu)物的制造方法，其中實(shí)施一種表面處理方法和一個復(fù)制步驟來向任意三 維結(jié)構(gòu)物的內(nèi)表面提供疏水性。
背景技術(shù)：
—般而言，由金屬或聚合物形成的固體的表面具有固有的表面能，這由當(dāng)液體材 料接觸該固體材料時該固體與該液體之間的接觸角表現(xiàn)出來。所述液體可包括水、油等，下 文中將水作為液體進(jìn)行示例說明。當(dāng)接觸角小于90°時，表現(xiàn)出親水性，其中球形水滴分散 于該固體的表面上從而濕潤該表面。此外，當(dāng)接觸角大于90。時，表現(xiàn)出疏水性，其中球形 水滴保持在該固體的表面上以在該表面上滾動。疏水性的一個實(shí)例為，在荷花葉的表面上 滾動的水滴進(jìn)行流動而不濕潤該葉。 此外，當(dāng)對固體的表面進(jìn)行加工以具有輕微的凸起和凹陷時，該表面的接觸角可 能會改變。即，當(dāng)加工該表面時，接觸角小于90。的親水性表面的親水性可能增加，并且接 觸角大于90°的疏水性表面的疏水性可能增加。該固體的疏水性表面可以多種方式應(yīng)用。 當(dāng)將疏水性表面應(yīng)用于管道時，流經(jīng)該管道的液體可容易地沿該管道滑動，因此該液體的 量和速度增加。相應(yīng)地，可減少雜質(zhì)的累積。此外，當(dāng)將不潤濕(nonietting)聚合物材料 用于疏水性表面時，可防止管道中的腐蝕，并可減少水污染。 但是，根據(jù)具體目的而改變固體的表面的接觸角的技術(shù)取決于應(yīng)用半導(dǎo)體制造技 術(shù)的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)方法。因此，該技術(shù)通常用于用來在固體的表面上形成納米級的凸 起和凹陷的方法。MEMS方法是一種應(yīng)用半導(dǎo)體技術(shù)的先進(jìn)機(jī)械工程技術(shù)。但是，半導(dǎo)體工 藝所用的裝置極為昂貴。為在金屬固體的表面上形成納米級的凸起和凹陷，必須實(shí)施在常 規(guī)工作環(huán)境下無法實(shí)施的多種工藝，例如氧化該金屬表面的工藝、施用恒溫和恒電壓的工 藝，以及使用特定溶液來氧化和浸蝕的工藝。即，為實(shí)施所述工藝，需要一個專門設(shè)計(jì)的凈 化室，并需要多種用來實(shí)施所述方法的昂貴裝置。此外，由于半導(dǎo)體工藝的局限，較大的表 面無法進(jìn)行一次性加工。 如上所述，根據(jù)用來形成疏水性表面的常規(guī)技術(shù)，所述工藝極為復(fù)雜，并且其難于 大量生產(chǎn)產(chǎn)品。此外，生產(chǎn)產(chǎn)品的費(fèi)用極高。因此，難于應(yīng)用常規(guī)技術(shù)。
本背景技術(shù)部分所公開的以上信息僅是用于增進(jìn)對本發(fā)明背景技術(shù)的理解，因此 其可能包含對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說在韓國國內(nèi)已知但尚未構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于提供這樣一種以降低的費(fèi)用和一種簡化工藝來實(shí)施表面處理工藝 以形成一種具有疏水性內(nèi)表面的結(jié)構(gòu)物的制造方法，所述表面處理工藝包括細(xì)小顆粒噴灑 步驟和陽極極化步驟及不潤濕聚合物材料的復(fù)制步驟。 此外，本發(fā)明致力于提供一種用來向任意形狀的三維結(jié)構(gòu)物的內(nèi)表面提供疏水性 的制造方法。 根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實(shí)施方案，具有疏水性內(nèi)表面的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法 包括陽極極化、形成復(fù)制物、形成外部和浸蝕。在陽極極化步驟中，將三維金屬元件陽極極 化并在該金屬元件的外表面上形成微孔。在復(fù)制步驟中，將一種不潤濕聚合物材料涂于所 述金屬元件的外表面上，并使該不潤濕聚合物材料形成一種與所述金屬元件的微孔相應(yīng)的 復(fù)制結(jié)構(gòu)物。在外部形成步驟中，用外部形成材料包圍所述復(fù)制結(jié)構(gòu)物。在浸蝕步驟中，浸 蝕所述金屬元件，并將所述金屬元件從所述復(fù)制結(jié)構(gòu)物和所述外部形成材料中除去。
所述外部形成材料在接觸所述復(fù)制結(jié)構(gòu)物的表面上具有粘合性，并且具有柔韌性 從而粘附于所述復(fù)制結(jié)構(gòu)物的彎曲外表面上。所述外部形成材料為一種丙烯?；?acryl film)。 所述制造方法還包括，在所述陽極極化步驟之前，一個顆粒噴灑步驟，用于在所述 金屬元件的外表面上噴灑細(xì)小顆粒并形成微小凸起和凹陷。 在所述顆粒噴灑步驟中，所述金屬元件以圓柱形形成，并將所述細(xì)小顆粒噴灑于 所述金屬元件的圓周表面上。所述外部形成材料粘附于與所述金屬元件的圓周表面相應(yīng)的 區(qū)域上。 在所述復(fù)制步驟中，在所述金屬元件的微孔中提供所述不潤濕聚合物材料，并且 所述復(fù)制結(jié)構(gòu)物具有多個與所述微孔相應(yīng)的柱。 在所述復(fù)制步驟中，所述多個柱部分地相互粘附從而形成多個組(group)。
在所述浸蝕步驟中，將所述金屬元件進(jìn)行濕浸蝕。
所述金屬元件由 一種鋁材料形成。


圖1為表示本發(fā)明一個示例性實(shí)施方案的具有疏水性內(nèi)表面的三維結(jié)構(gòu)物的制 造方法的流程圖。 圖2A為本發(fā)明示例性實(shí)施方案中所用的金屬元件的示意圖。 圖2B為表示在圖2A中所示金屬元件的外表面上所形成的微小凸起和凹陷的示意 圖。 圖2C為表示在圖2B中所示金屬元件的外表面上所形成的陽極氧化物層的示意 圖。 圖2D為表示在圖2C中所示金屬元件的外表面相應(yīng)的復(fù)制結(jié)構(gòu)物的示意圖。
圖2E為表示在圖2D中所示復(fù)制結(jié)構(gòu)物的外表面上所形成的外部形成材料的示意 圖。 圖2F為表示通過浸蝕步驟除去圖2E中所示金屬元件和陽極氧化物層而形成的復(fù) 制結(jié)構(gòu)物和外部形成材料的示意圖。
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圖3為用于圖2A中所示金屬元件中形成微小凸起和凹陷的顆粒噴灑裝置的示意 圖。 圖4為圖3中所示區(qū)域A的放大圖，用以展示在金屬元件的表面上所形成的微小 凸起和凹陷。 圖5為表示用于陽極極化圖2B中所示金屬元件的陽極極化裝置的示意圖。
圖6為表示，陽極極化圖5中所示金屬元件之后，微小凸起和凹陷的表面上的微孔 的圖。 圖7為用于復(fù)制與圖2C中所示金屬元件的表面相應(yīng)的陰極形狀的復(fù)制裝置的示 意圖。 圖8為沿圖7中所示B-B線的復(fù)制裝置的橫截面視圖。 圖9為根據(jù)本發(fā)明比較實(shí)施例未進(jìn)行任何內(nèi)表面處理工藝而制造的管道結(jié)構(gòu)物 的顯微鏡照片。 圖10為根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施方案通過一個陽極極化步驟而制造的管道結(jié) 構(gòu)物的顯微鏡照片。 圖11為根據(jù)本發(fā)明第二示例性實(shí)施方案通過顆粒噴灑步驟和陽極極化步驟而制 造的管道結(jié)構(gòu)物的顯微鏡照片。 圖12為用于圖9至圖11中所示管道結(jié)構(gòu)物的流動性能的輸送實(shí)驗(yàn)(conducting e鄧eriment)的流動性能實(shí)驗(yàn)裝置的照片。 圖13為在圖12所示流動性能實(shí)驗(yàn)裝置中使用水作運(yùn)行液體的流動性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果 圖。 圖14為在圖12所示流動性能實(shí)驗(yàn)裝置中使用清潔劑作運(yùn)行液體的流動性能實(shí)驗(yàn) 結(jié)果圖。 圖15為表示根據(jù)本發(fā)明比較實(shí)施例未經(jīng)內(nèi)表面處理工藝而形成的管道結(jié)構(gòu)物中 液體流動速度的橫截面視圖。 圖16為表示本發(fā)明第一示例性實(shí)施方案或本發(fā)明第二示例性實(shí)施方案的具有疏 水性內(nèi)表面的管道結(jié)構(gòu)物中液體流動速度的橫截面視圖。 圖17為本發(fā)明所述示例性實(shí)施方案的錐形管道結(jié)構(gòu)物的橫截面視圖。 圖18展示了表示通過使用本發(fā)明所述示例性實(shí)施方案的管形金屬元件的各制造
工藝的橫截面視圖。 圖19展示了表示通過使用本發(fā)明所述示例性實(shí)施方案的三維形狀產(chǎn)品的各制造 工藝的橫截面視圖。
具體實(shí)施例方式
在以下詳細(xì)描述中，僅簡單地以示例說明的方式示出并描述了本發(fā)明的某些示例 性實(shí)施方案。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識到的，所述實(shí)施方案可以多種不同方式進(jìn)行修改，所 有修改均不偏離本發(fā)明主旨或范圍。 圖1為表示本發(fā)明一個示例性實(shí)施方案的具有疏水性內(nèi)表面的三維結(jié)構(gòu)物的制 造方法的流程圖。 如圖1中所示，由于在本發(fā)明所述示例性實(shí)施方案的具有疏水性內(nèi)表面的結(jié)構(gòu)物的制造方法中實(shí)施了一個細(xì)顆粒噴灑步驟Sl、一個陽極極化步驟S2、一個復(fù)制步驟S3、一
個外部形成步驟S4和一個金屬元件浸蝕步驟S5，因此，與常規(guī)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)方法相
比，所述具有疏水性內(nèi)表面的結(jié)構(gòu)物可以降低的成本簡單地制造。此外，在本發(fā)明所述示例
性實(shí)施方案的制造方法中，可在任意三維結(jié)構(gòu)物的內(nèi)表面中實(shí)現(xiàn)疏水性。 圖2A至圖2F分別展示了表示根據(jù)本發(fā)明所述示例性實(shí)施方案的具有疏水性內(nèi)表
面的結(jié)構(gòu)物的制造方法而制造管道結(jié)構(gòu)物的工藝的示意圖，并且圖2A展示了本發(fā)明所述
示例性實(shí)施方案中所用的金屬元件。 如圖2A中所示，本發(fā)明所述示例性實(shí)施方案的一個金屬元件110為一個直徑為 2mm并且長度為70mm的圓柱形鋁試樣，并且其用于實(shí)現(xiàn)管道結(jié)構(gòu)物內(nèi)表面的疏水性。在本 示例性實(shí)施方案的制造方法的預(yù)備工藝中，將金屬元件110浸漬在通過使高氯酸和乙醇以 1 : 4的體積比混合而得到的溶液中，實(shí)施電拋光，并使金屬元件110的表面平坦化。
圖3為用于在圖2A中所示金屬元件中形成微小凸起和凹陷的顆粒噴灑裝置的示 意圖。 圖1、圖2B和圖3展示了用于根據(jù)本發(fā)明所述示例性實(shí)施方案噴灑細(xì)小顆粒11以 在金屬元件110的外表面上形成微小凸起和凹陷113的細(xì)小顆粒噴灑步驟S1。在本發(fā)明的 所述示例性實(shí)施方案中，使用顆粒噴灑裝置10來實(shí)施細(xì)小顆粒噴灑步驟S1。所述顆粒噴灑 裝置10以預(yù)定速度和預(yù)定壓力使細(xì)小顆粒11沖撞所述金屬元件110的表面。由此，金屬 元件110因細(xì)小顆粒11的沖擊能而變形，在其外表面上形成微小凸起和凹陷113。特別地， 在本發(fā)明所述示例性實(shí)施方案中，由于在噴灑細(xì)小顆粒11時，該細(xì)小顆粒11集中于金屬元 件110的圓周表面上并且該金屬元件110是旋轉(zhuǎn)的，因此所述微小凸起和凹陷113可均勻 地形成于所述金屬元件110的圓周表面上。根據(jù)本發(fā)明的所述示例性實(shí)施方案，使用用于 噴灑砂顆粒的噴砂器作為顆粒噴灑裝置IO來噴灑細(xì)小顆粒例如金屬球而非砂顆粒。通過 驅(qū)動顆粒噴灑裝置10而在金屬元件110的外表面上形成微米級的凸起和凹陷。
圖4為圖3中所示區(qū)域A的放大圖，用以展示在金屬元件110的表面上所形成的 微小凸起和凹陷。 如圖3和圖4中所示，金屬元件110的微小凸起和凹陷113的尺寸通過凹陷111 的深度和凸起112的高度或凸起112之間的間距來確定。微小凸起和凹陷113的尺寸可根 據(jù)顆粒噴灑裝置10的噴灑速度和噴灑壓力以及細(xì)小顆粒11的尺寸——它們可按照預(yù)定值 進(jìn)行調(diào)節(jié)——而改變。 除超疏水性材料外，固體材料例如金屬或聚合物通常為接觸角小于90°的親水性 材料。當(dāng)通過本發(fā)明所述示例性實(shí)施方案的表面處理加工方法而將親水性材料的表面加工 成具有微小凸起和凹陷113時，接觸角減小，并且親水性增加。 圖5為表示用于陽極極化圖2B中所示金屬元件的陽極極化裝置的示意圖。
如圖1、圖2C、圖4和圖5中所示，實(shí)施用于陽極極化金屬元件110以在金屬元件 110的外表面上形成微孔的陽極極化步驟S2。當(dāng)在陽極極化步驟中將金屬元件110浸漬在 電解質(zhì)溶液23中并施加電極時，在該金屬元件110的表面上形成陽極氧化物層120。因此， 在陽極極化步驟中，可形成比在金屬元件110的外表面上形成的微小凸起和凹陷113更細(xì) 小的納米級微孔。 使用圖5中所示陽極極化裝置20來實(shí)施本發(fā)明所述示例性實(shí)施方案中的陽極極化步驟。電解質(zhì)溶液23 (例如0. 3M乙二酸C2H204或磷酸)提供于陽極極化裝置20的主體 21的內(nèi)部存儲空間中，并將金屬元件110浸漬在電解質(zhì)溶液23中。所述陽極極化裝置20 包括一個電源單元25，所述金屬元件110連接電源單元25的陽電極和陰電極中的一個，并 將鉑材料的金屬元件26連接電源單元25中的另一個電極。此處，金屬元件26可使用任意 材料，只要該材料為可對其施加電源的導(dǎo)體即可。當(dāng)金屬元件110和金屬元件26保持在預(yù) 定間距(例如50mm)時，電源單元25施加一個預(yù)定恒電壓(例如60V)。在此情況下，電解 質(zhì)溶液23保持在預(yù)定溫度(例如15°C )下，并使用攪拌器攪拌該溶液以防止溶液濃度的 改變。由此，在金屬元件110的外表面上形成氧化鋁陽極氧化物層120。在陽極極化步驟 之后，將金屬元件110從電解質(zhì)溶液23中移出，將金屬元件用去離子水洗滌某一預(yù)定時間 (例如約15分鐘)，并將其在預(yù)定溫度(例如60°C )的烘箱中干燥某一預(yù)定時間(例如約 l小時)。 由此，不僅在細(xì)小顆粒噴灑步驟S1中于金屬元件110上形成微小凸起和凹陷113， 而且在陽極極化步驟S2中在陽極氧化物層120上形成比微小凸起和凹陷113更細(xì)小的納 米級微孔121，如圖6中所示。 圖7為用于復(fù)制與圖2C中所示金屬元件的表面相應(yīng)的陰極形狀的復(fù)制裝置的示 意圖，并且圖8為沿圖7中所示B-B線的復(fù)制裝置的橫截面視圖。 如圖1、圖2D、圖7和圖8中所示，實(shí)施用于將不潤濕聚合物材料涂于金屬元件110 的外表面上的復(fù)制步驟S3，以使該不潤濕聚合物材料形成與所述金屬元件110的微孔相應(yīng) 的復(fù)制結(jié)構(gòu)物130。在該復(fù)制步驟S3中，提供通過顆粒噴灑步驟Sl和陽極極化步驟S2而 在其外表面上形成微米級微小凸起和凹陷113和納米級微孔121的金屬元件110。
使用圖7和圖8中所示復(fù)制裝置30實(shí)施復(fù)制步驟S3。所述復(fù)制裝置30包括一個 主體31、一個位于該主體31中具有預(yù)定存儲空間的存儲部分32、一種在所述存儲部分32 中提供的不潤濕聚合物溶液33，和一個在所述主體31的側(cè)表面上提供、用以使不潤濕聚合 物溶液33在所述存儲部分32中固化的冷卻單元34。 在復(fù)制裝置30中，將作為復(fù)制框架的金屬元件110浸漬在不潤濕聚合物溶液33 中，并使該不潤濕聚合物材料涂于該金屬元件110的外表面上。即，將該不潤濕聚合物溶液 33提供到所述金屬元件110的微孔121中，并將包圍該金屬元件110的不潤濕聚合物材料 通過復(fù)制裝置30中的冷卻單元34進(jìn)行固化。如所述，在本發(fā)明所述示例性實(shí)施方案中，由 于將不潤濕聚合物材料涂于金屬元件110的外表面上，該不潤濕聚合物材料形成具有與微 孔121的形狀相應(yīng)的陰極形狀表面的復(fù)制結(jié)構(gòu)物130。 S卩，所述復(fù)制結(jié)構(gòu)物130具有柱形， 因?yàn)槠渚哂信c微孔121相應(yīng)的陰極形狀表面，并且所述復(fù)制結(jié)構(gòu)物130具有多個分別與微 孔121相應(yīng)的柱。 不潤濕聚合物溶液33由聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)和全氟烷 氧基(PFA)中的至少一種材料形成。 隨后，如圖2E中所示，實(shí)施外部形成步驟S4，用于以外部形成材料140包圍復(fù)制結(jié) 構(gòu)物130的外表面。外部形成材料140具有粘合性，并且其具有柔韌性以便粘附于復(fù)制結(jié) 構(gòu)物130的彎曲外表面上。特別地，在本發(fā)明所述示例性實(shí)施方案中，既然示例了在具有疏 水性內(nèi)表面的管道結(jié)構(gòu)物的制造方法，將用作管道材料的丙烯?；ぐ鼑趫A柱形金屬元 件110的圓周表面周圍。在本發(fā)明所述示例性實(shí)施方案中，可使用多種材料作為外部形成
7材料140。 隨后，實(shí)施浸蝕步驟S5，用于浸蝕包含陽極氧化物層120的金屬元件110以除去該
包含陽極氧化物層120的金屬元件110從而形成復(fù)制結(jié)構(gòu)物130和外部形成材料140。在
浸蝕步驟S5中，所述包含陽極氧化物層120的金屬元件110可通過濕浸蝕工藝進(jìn)行適當(dāng)?shù)?br> 浸蝕。因此，如圖2F中所示，保留復(fù)制結(jié)構(gòu)物130和外部形成材料140。如所述，由于復(fù)制
結(jié)構(gòu)物130在其內(nèi)表面上包含多個微柱，因此該復(fù)制結(jié)構(gòu)物130可具有含微米級和納米級
的疏水性表面。即，由于復(fù)制結(jié)構(gòu)物130的內(nèi)表面在與荷花葉相同的區(qū)域中形成，因此提供
親水性最小化的疏水性，并因此與液體的接觸角顯著增加至大于160° 。 此外，由于長寬比(長度對直徑的比例)增加(例如長寬比在100-1900的范圍
內(nèi))，所述多個柱部分地相互粘附從而形成多個組，并且可形成微米級彎曲。相應(yīng)地，由于復(fù)
制結(jié)構(gòu)物130包括所述微米級彎曲和納米級柱，因此其可具有超疏水性內(nèi)表面。 在本發(fā)明所述示例性實(shí)施方案中，可省去顆粒噴灑步驟S1，并且可在金屬元件的
表面上實(shí)施陽極極化步驟S2。在此情況下，通過陽極極化步驟形成的微孔的長寬比增加
(例如在100-1900的范圍內(nèi))，通過微孔復(fù)制出的納米級柱粘附在一起形成多個組，并且可
形成微米級彎曲。相應(yīng)地，在本發(fā)明所述示例性實(shí)施方案中，即使在省去顆粒噴灑步驟S1
時，仍可制造出具有疏水性內(nèi)表面的三維結(jié)構(gòu)物。[實(shí)驗(yàn)實(shí)施例] 第一示例性實(shí)施方案、第二示例性實(shí)施方案和一個比較例的管道結(jié)構(gòu)物的實(shí)驗(yàn)將
以相同的流動條件實(shí)施，以比較各內(nèi)表面的疏水性。省去顆粒噴灑步驟并將金屬元件進(jìn)行
陽極極化從而制造出所述第一示例性實(shí)施方案的管道結(jié)構(gòu)物；實(shí)施顆粒噴灑步驟和陽極極 化步驟從而制造出所述第二示例性實(shí)施方案的管道結(jié)構(gòu)物；在未經(jīng)任何內(nèi)表面處理工藝的 情況下制造出所述比較例的管道結(jié)構(gòu)物。 使用直徑為2mm并且長度為7cm的鋁試樣作為金屬元件。將該金屬元件在通過使 高氯酸和乙醇以l : 4的體積比混合而得到的溶液中進(jìn)行電拋光。此外，在顆粒噴灑步驟中 使用噴砂器來將平均500目(28iim)的砂顆粒噴灑至該金屬元件上，并將該金屬元件浸漬 在0.3M乙二酸的溶液中來實(shí)施陽極極化步驟。在此情況下，在陽極極化裝置的陰電極中， 使用鉑作為對電極，并且使陽電極中對電極和金屬元件之間的距離保持為50mm。所述陽極 極化裝置對兩個電極供應(yīng)60V的恒定電壓，并且攪拌該電解質(zhì)溶液，同時將其保持在15°C 的預(yù)定溫度下。實(shí)施陽極極化處理之后，將金屬元件從電解質(zhì)溶液中移出，用去離子水將 其洗滌15分鐘，然后將該金屬元件在6(TC的烘箱中干燥1小時。在復(fù)制步驟中，將金屬元 件——其為復(fù)制用的框架——浸漬在一種其中6% PTFE (DuPont Teflon AF :Amor-phous 含氟聚合物溶液)和一種溶劑(ACROS FC-75)進(jìn)行混合的不潤濕聚合物溶液中，并將其在 室溫下固化。由此，在固化的同時蒸發(fā)掉溶劑，并留下較薄的PTFE的不潤濕聚合物材料。在 外部形成步驟中使用丙烯?；?。 圖9為根據(jù)本發(fā)明比較實(shí)施例未進(jìn)行任何內(nèi)表面處理工藝而制造的管道結(jié)構(gòu)物 的顯微鏡照片。在比較例無本發(fā)明所述示例性實(shí)施方案的制造方法中顆粒噴灑步驟和陽極 極化步驟的情況下，使金屬元件的表面平坦化，并實(shí)施復(fù)制步驟和浸蝕步驟，以形成所述比 較例的管道結(jié)構(gòu)物。由此，由于在如圖9所示比較例的管道結(jié)構(gòu)物中與液體的接觸角減小， 因此難于得到疏水性。
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圖10為根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施方案通過陽極極化步驟制造的管道結(jié)構(gòu)物的 顯微鏡照片。通過省去顆粒噴灑步驟并在陽極極化金屬元件之后實(shí)施復(fù)制步驟和浸蝕步驟 而制得本發(fā)明第一示例性實(shí)施方案的管道結(jié)構(gòu)物。由此，本發(fā)明第一示例性實(shí)施方案的管 道結(jié)構(gòu)物具有包括多個柱的疏水性表面，如圖10中所示。 圖11為根據(jù)本發(fā)明第二示例性實(shí)施方案通過顆粒噴灑步驟和陽極極化步驟而制 造的管道結(jié)構(gòu)物的顯微鏡照片。實(shí)施顆粒噴灑步驟和陽極極化步驟來制造本發(fā)明第二示例 性實(shí)施方案的管道結(jié)構(gòu)物。由此，本發(fā)明第二示例性實(shí)施方案的管道結(jié)構(gòu)物具有包含微米 級凸起和凹陷以及納米級柱的超疏水性表面，如圖11中所示。 圖12為用于圖9至圖11中所示管道結(jié)構(gòu)物的流動性能的輸送實(shí)驗(yàn)的流動性能實(shí) 驗(yàn)裝置的照片。 在液體穿過其進(jìn)行輸出的注射器的末端區(qū)域C處提供圖9至圖11中分別示出的
管道結(jié)構(gòu)物，并使用圖12中所示流動性能實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行流動性能實(shí)驗(yàn)。在此情況下，使用
Musashi Engineering, Inc.的模型ML-500XII (model ML-500XII)作為流動性能實(shí)驗(yàn)裝置
來測量30秒內(nèi)從各管道結(jié)構(gòu)物中輸出的液體的重量并對該重量進(jìn)行比較。由于流經(jīng)管道
的液體的量隨輸出液體量的增加而增加，因此可比較各管道的液體轉(zhuǎn)移時間。 圖13為在圖12所示流動性能實(shí)驗(yàn)裝置中使用水作運(yùn)行液體的流動性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果
圖，并且將水的輸出壓力設(shè)定為6kPa。由于本發(fā)明第一和第二示例性實(shí)施方案的管道結(jié)構(gòu)
物中液體轉(zhuǎn)移時間短于比較例，因此本發(fā)明第一和第二示例性實(shí)施方案的管道結(jié)構(gòu)物的流
動性能高于比較例。此外，由于本發(fā)明第二示例性實(shí)施方案的管道結(jié)構(gòu)物的液體轉(zhuǎn)移時間
短于其中不實(shí)施顆粒噴灑步驟的本發(fā)明第一示例性實(shí)施方案，因此本發(fā)明第二示例性實(shí)施
方案的管道結(jié)構(gòu)物的流動性能高于本發(fā)明第一示例性實(shí)施方案。 圖14為在圖12所示流動性能實(shí)驗(yàn)裝置中使用清潔劑作運(yùn)行液體的流動性能實(shí)驗(yàn) 結(jié)果圖，并將清潔劑的輸出壓力設(shè)定為35kPa。本發(fā)明第一和第二示例性實(shí)施方案的管道結(jié) 構(gòu)物的液體轉(zhuǎn)移時間短于比較例，因此流動性能較高。然而，由于清潔劑與水相比具有較低 的液體粘度，因此流動性能差別較??；但是本發(fā)明第一和第二示例性實(shí)施方案的流動性能 高于比較例。 如圖13和圖14中所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果所示，由于本發(fā)明第一和第二示例性實(shí)施方案的
管道結(jié)構(gòu)物的內(nèi)表面具有疏水性，因此流動性能增加至高于其中不提供疏水性的比較例。 圖15為表示根據(jù)本發(fā)明比較實(shí)施例未經(jīng)內(nèi)表面處理工藝而形成的管道結(jié)構(gòu)物中
液體流動速度的橫截面視圖，并且圖16為表示本發(fā)明第一示例性實(shí)施方案或本發(fā)明第二
示例性實(shí)施方案的具有疏水性內(nèi)表面的管道結(jié)構(gòu)物中液體流動速度的橫截面視圖。 在圖15中所示管道結(jié)構(gòu)物的內(nèi)部中心處，剪切應(yīng)力(sheering stress)接近于0 ;
并且在該管道的內(nèi)表面上，剪切應(yīng)力最大。因此，圖15中所示管道結(jié)構(gòu)物中的液體流動速
度在該管道的內(nèi)部中心處最大，并且在該管道的內(nèi)表面上其降低至接近于O。 但是，由于在圖16中所示管道結(jié)構(gòu)物的表面具有疏水性，因此在內(nèi)表面上與液體
的摩擦力減小，并且內(nèi)表面上的剪切應(yīng)力減小至小于圖15中所示管道結(jié)構(gòu)物的剪切應(yīng)力。
即，在圖16中所示管道結(jié)構(gòu)物中，內(nèi)表面的剪切應(yīng)力減小，因此液體流動速度分布長度L2
增加至長于滑動長度Ll。如所述，圖16中所示管道結(jié)構(gòu)物的流動性能與圖15中所示管道
結(jié)構(gòu)物相比可得到改善。
在本發(fā)明的示例性實(shí)施方案中，使用圓柱形金屬元件110來描述這樣的制造方 法，其中向具有一個區(qū)域的管道結(jié)構(gòu)物的內(nèi)表面提供疏水性。此外，在本發(fā)明的示例性實(shí)施 方案中，改變作為復(fù)制用框架的金屬元件110的形狀，粘合外部形成材料140，并因此可應(yīng) 用錐形管道結(jié)構(gòu)物(參見圖17)。 此外，在本發(fā)明的示例性實(shí)施方案中，如圖18中所示，可使用具有中空部分的管 形金屬元件210。 S卩，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方案，在所述管形金屬元件210的外表面上相 繼形成一個陽極氧化物層220和一個復(fù)制結(jié)構(gòu)物230，并在復(fù)制結(jié)構(gòu)物230的周圍包圍一種 外部形成材料240。此外，在本發(fā)明示例性實(shí)施方案中，由于所述金屬元件210和所述陽極 氧化物層220被浸蝕，因此可向存儲飲料用的罐的內(nèi)表面提供疏水性。在此情況下，在本發(fā) 明所述示例性實(shí)施方案中，在制造過程中，需在管形金屬元件210的內(nèi)部空間中填充一種 預(yù)定材料來防止變形。 在本發(fā)明所述示例性實(shí)施方案中，對圖9中所示金屬元件310實(shí)施相同的制造工 藝。即，在所述金屬元件310的外表面上相繼形成一個陽極氧化物層320和一個復(fù)制結(jié)構(gòu) 物330，并將一種外部形成材料340包圍于該復(fù)制結(jié)構(gòu)330的外表面上。此外，將所述金屬 元件310和所述陽極氧化物層320進(jìn)行浸蝕，并由此可向多種形狀的三維內(nèi)表面提供疏水 性。 如所述，在本發(fā)明所述示例性實(shí)施方案的具有疏水性內(nèi)表面的三維形狀結(jié)構(gòu)物的 制造方法中，可向所述內(nèi)表面提供疏水性，不使用在常規(guī)MEMS工藝中所需的高成本裝置， 降低了制造成本，并簡化了制造工藝。 此外，由于作為復(fù)制用框架的金屬元件的形狀發(fā)生改變并且粘合有一種外部形成 材料，因此可向錐形管道結(jié)構(gòu)物、一個用于存儲飲料的罐和復(fù)雜三維產(chǎn)品的內(nèi)表面提供疏 水性。 雖然結(jié)合目前所認(rèn)為的可用的示例實(shí)施方案對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是應(yīng)理解的 是，本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施方案，而相反地其意欲覆蓋在所附權(quán)利要求書的主旨和范 圍內(nèi)所包含的多種改變和等效方案。
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權(quán)利要求
一種具有疏水性內(nèi)表面的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法，該方法包括陽極極化一個三維金屬元件并在該金屬元件的外表面上形成微孔；通過在所述金屬元件的外表面上涂布一種不潤濕聚合物材料而形成一種復(fù)制物，并使所述不潤濕聚合物材料形成一種與所述金屬元件的微孔相應(yīng)的復(fù)制結(jié)構(gòu)物；通過用一種外部形成材料包圍所述復(fù)制結(jié)構(gòu)物而形成一個外部；以及浸蝕所述金屬元件并將該金屬元件從復(fù)制結(jié)構(gòu)物和外部形成材料中除去。
2. 權(quán)利要求l的制造方法，其中所述外部形成材料在接觸所述復(fù)制結(jié)構(gòu)物的表面上具 有粘合性。
3. 權(quán)利要求l的制造方法，其中所述外部形成材料具有柔韌性從而粘附于所述復(fù)制結(jié) 構(gòu)物的彎曲外表面上。
4. 權(quán)利要求2的制造方法，其中所述外部形成材料為一種丙烯酰基膜。
5. 權(quán)利要求l的制造方法，其還包括，在陽極極化之前，在所述金屬元件的外表面上噴 灑細(xì)小顆粒并形成微小凸起和凹陷。
6. 權(quán)利要求5的制造方法，其中所述金屬元件以圓柱形形成，并在所述金屬元件的圓 周表面上噴灑所述細(xì)小顆粒。
7. 權(quán)利要求6的制造方法，其中將所述外部形成材料粘附于與所述金屬元件的圓周表 面相應(yīng)的區(qū)域上。
8. 權(quán)利要求l的制造方法，其中在所述金屬元件的微孔中提供所述不潤濕聚合物材 料，并且所述復(fù)制結(jié)構(gòu)物具有多個與所述微孔相應(yīng)的柱。
9. 權(quán)利要求8的制造方法，其中所述多個柱部分地相互粘附從而形成多個組。
10. 權(quán)利要求l的制造方法，其中將所述金屬元件進(jìn)行濕浸蝕。
11. 權(quán)利要求l的制造方法，其中所述金屬元件由一種鋁材料形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有疏水性內(nèi)表面的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法。所述制造方法包括陽極極化三維金屬元件并在該金屬元件的外表面上形成微孔，通過在所述金屬元件的外表面上涂布一種不潤濕聚合物材料而形成一種復(fù)制物并使該不潤濕聚合物材料形成一種與所述金屬元件的微孔相應(yīng)的復(fù)制結(jié)構(gòu)物，通過用一種外部形成材料包圍所述復(fù)制結(jié)構(gòu)物而形成一個外部，以及浸蝕所述金屬元件并將該金屬元件從所述復(fù)制結(jié)構(gòu)物和外部形成材料中除去。
文檔編號C23C28/00GK101778965SQ200880101334
公開日2010年7月14日 申請日期2008年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月1日
發(fā)明者樸賢哲, 李尚珉, 李建弘, 林根培, 金東顯, 金東燮, 金俊源, 黃云峰 申請人:浦項(xiàng)工科大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團(tuán)