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摘要：本文介绍了疏水微纳结构及其应用，通过专利检索和归纳，概括出几种典型的疏水微纳结构的制备工艺，并对疏水微纳结构的制备方法进行详细分析与研究。
关键词：疏水;微纳;制备;专利
1、引言
疏水表面因具有自清洁、减阻和抗磨性能， 给人们生产生活带来极大便利，为人类发展创造极大动力。在液体输送[1]、建筑[2]、船舶[3]、服装[4]等领域有非常广阔的应用前景。
例如，如果输液管道有较好的疏水性，可减少液体对管道的粘附，减小输液损耗，提高液体输送效率，从而减小输液成本;如果摩天大楼外层具有疏水性，可减小其表面的污溃粘附，从而保持大楼表面光亮如新，减免清洁费用;如果船舶、潜艇表面有较好的疏水性，可降低航行阻力和航行噪声，从而提高航行效率，减少损耗节约成本;如果研究出较好的疏水性结构，将衣物材料等进行合理的编织及处理，可得到疏水性衣物，比如鲨鱼皮泳衣，很大程度上提高运动员的竞争水平。下面将对疏水微纳结构中常涉及到的微机械加工工艺进行介绍。
2、疏水微纳结构的制备工艺
疏水微纳结构的常用制备工艺包括：刻蚀法、沉积法、模板法。
2.1刻蚀法
刻蚀法即为通过物理化学方法将需要去除的材料从衬底上去除的一个可控的过程，主要分为湿法刻蚀和干法刻蚀两大类。
2.1.1湿法刻蚀
湿法刻蚀是将刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀的技术。例如CN105776125A 中，铜基片采用过硫酸钾溶液进行刻蚀，得到楔形微结构，该楔形微结构的表面具有疏水性能。
2.1.2干法刻蚀
干法刻蚀是利用气体蒸发或等离子体刻蚀层或结构，主要分为反应离子刻蚀、等离子体刻蚀、离子束刻蚀和激光刻蚀。
反应离子刻蚀：高频电场下气体辉光放电产生离子轰击的物理效应和活性粒子的化学效应相结合来实现加工目的的一种技术。例如CN102701141 A中，通过刻蚀掩膜与刻蚀材料的高选择比以及先制作微米结构后制作纳米结构的顺序，实现高深宽比的微纳复合结构制作。
等离子体刻蚀：在等离子体存在的条件下，以平面曝光后得到的光刻图形作掩膜，通过溅射、化学反应、辅助能量离子或电子等方式，精确可控地除去衬底表面上一定深度的薄膜物质，留下不受影响的沟槽边壁上物质的一种加工过程。例如CN106809795A中用胶体晶粒和ICP刻蚀的方法在硅片表面上制备微结构，以胶体晶粒为掩膜进行刻蚀。
离子束刻蚀：以离子束为刻蚀手段从而达到刻蚀目的的技术，其分辨率限制于粒子进入基底以及离子能量耗尽过程的路径范围。例如CN104726927A中，疏水层区域尺寸精确到微米级，可以通过一定辅助方式控制离子束刻蚀的加工精度，实现快速刻蚀。
激光刻蚀：在一定气体气氛下用高强度激光照射硅表面，以达到极高的刻蚀速度。例如CN106865487A中，利用激光加工铝合金表面，得到具有一定结构的微纳复合结构。
2.2沉积法
沉积法涉及原子吸附、原子在表面的扩散及在适当的位置下的聚结，以形成材料并生长的过程。主要分为化学气相沉积、物理气相沉积、水热生长法和电化学沉积法几类。
2.2.1化学气相沉积
化学气相沉积：通过气相化学反应生成固态产物并沉积在固体表面的过程。例如CN106847667A中，离子体增强化学气相沉积的方法，在氮化镓等半导体衬底上生长具有不同形貌的二维或三维垂直结构石墨烯。
2.2.2物理气相沉积
物理气相沉积：利用高温热源将原料加热至高温，使之气化或形成等离子体，然后在基体上冷却凝聚成各种形态的材料（如晶须、薄膜、晶粒等）。例如CN106865487A中，通过物理气相沉积覆盖一定厚度的贵金属层形成粗糙疏水的表面。
2.2.3水热法沉积
水熱法沉积：模仿自然界中许多矿物，在矿化水液体或蒸汽中结晶而设计的。在高温、高压条件下，材料在封闭高压釜中较热的部位溶解于水中，随后在较冷部位的种晶上重结晶。例如CN106865487A中，用水热法制备ZnO阵列排布的纳米棒，可以通过工艺参数的改变控制晶体结构。
2.2.4电化学沉积
电化学沉积：采用可导电的金属为原料，构筑具有粗糙结构的金属或金属氧化物膜。CN102127782A中，通过将基底置于含有氯化铟和氯化锑的1-甲基-3-乙基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐溶液中进行电化学沉积得到薄膜。
2.3模板法
模板法以微纳模具为母板，通过外加载荷等强迫材料发生形变和流动，填充母板空隙，形成微纳结构，主要包括毛细成形、注塑成型和压印成形。
2.3.1毛细成形
毛细成形：模板印章上的精细结构与基片之间构成了贯通的毛细网络，高分子预聚物滴在网络的入口，在毛细作用下将其吸入，固化可得到如印章上的微细图形。例如CN103086319A中，如图1所示，电场诱导UV光固化聚合物材料流变成型，最后进行UV光固化聚合物材料的固化及脱模，从而得到具有微-微或微-纳两级结构。
2.3.2注塑成形
注塑成形是将液相原料通过加压、注入、冷却、脱离等操作制作成形的过程。例如CN103569950A中，将液相的加热可固化材料灌注充满高分子涂层的倒T型微纳结构，生产效率高，但是需要考虑自收缩、热交换、微细结构等因素对成型的影响。
2.3.3压印成形
压印成形：将板材放在上、下模具之间，在压力作用下使其材料厚度发生变化，并将挤压外的材料，充塞在有起伏细纹的模具形腔凸凹处，以在工件表面成形。例如CN1760112A中，采用激光及电化学刻蚀形成微纳结构铝模板，以此压印得到聚合物微纳结构。 3、总结
如何利用现有制造工艺实现疏水微纳结构高精度、低成本的制造，是当今市场的需要，也是各个科研单位和企业研究的重点以及专利布局的热点。在现有技术基础上，寻找更加有效、易于产业化的疏水微纳结构的制备工艺，是高精尖企业的技术突破口。
参考文献
[1]Sun T， Tam H， Han D， et al. No platelet can adhere-largely improved blood compatibility on nanostructured superhydrophobic surfaces[J]. Small， 2005，1（10）：959-963
[2]Blossery R. Self-cleaning surfaces-virtual realities[J]. Nature Materials， 2003，2（5）：301-306.
[3]Nosonovsky M， Bhushan B. Superhydrophobic surfaces and emerging application： non-adhesion， energy， green engineering[J]. Current Opinion in Colloid & Interface Science， 2009，14（4）：270-280.
[4]Bean B， Bhushan B. Shark-skin surfaces for fluid-drag reduction in turbulent flow： a review[J]. Philosophical Transactions of the Royal Society A： Mathematical， Physical and Engineering Sciences，2010，368（1929）：4775-4806.
作者简介：
薛蕾（1987-），女，漢族，河北廊坊人，硕士，助理研究员，专利审查员，研究方向：微观机械领域专利审查;
郭研岐（1987-），女，汉族，吉林桦甸人，硕士，助理研究员，专利审查员，研究方向：微观机械领域专利审查;第二作者对本文的贡献与第一作者等同。
关键词：疏水;微纳;制备;专利
1、引言
疏水表面因具有自清洁、减阻和抗磨性能， 给人们生产生活带来极大便利，为人类发展创造极大动力。在液体输送[1]、建筑[2]、船舶[3]、服装[4]等领域有非常广阔的应用前景。
例如，如果输液管道有较好的疏水性，可减少液体对管道的粘附，减小输液损耗，提高液体输送效率，从而减小输液成本;如果摩天大楼外层具有疏水性，可减小其表面的污溃粘附，从而保持大楼表面光亮如新，减免清洁费用;如果船舶、潜艇表面有较好的疏水性，可降低航行阻力和航行噪声，从而提高航行效率，减少损耗节约成本;如果研究出较好的疏水性结构，将衣物材料等进行合理的编织及处理，可得到疏水性衣物，比如鲨鱼皮泳衣，很大程度上提高运动员的竞争水平。下面将对疏水微纳结构中常涉及到的微机械加工工艺进行介绍。
2、疏水微纳结构的制备工艺
疏水微纳结构的常用制备工艺包括：刻蚀法、沉积法、模板法。
2.1刻蚀法
刻蚀法即为通过物理化学方法将需要去除的材料从衬底上去除的一个可控的过程，主要分为湿法刻蚀和干法刻蚀两大类。
2.1.1湿法刻蚀
湿法刻蚀是将刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀的技术。例如CN105776125A 中，铜基片采用过硫酸钾溶液进行刻蚀，得到楔形微结构，该楔形微结构的表面具有疏水性能。
2.1.2干法刻蚀
干法刻蚀是利用气体蒸发或等离子体刻蚀层或结构，主要分为反应离子刻蚀、等离子体刻蚀、离子束刻蚀和激光刻蚀。
反应离子刻蚀：高频电场下气体辉光放电产生离子轰击的物理效应和活性粒子的化学效应相结合来实现加工目的的一种技术。例如CN102701141 A中，通过刻蚀掩膜与刻蚀材料的高选择比以及先制作微米结构后制作纳米结构的顺序，实现高深宽比的微纳复合结构制作。
等离子体刻蚀：在等离子体存在的条件下，以平面曝光后得到的光刻图形作掩膜，通过溅射、化学反应、辅助能量离子或电子等方式，精确可控地除去衬底表面上一定深度的薄膜物质，留下不受影响的沟槽边壁上物质的一种加工过程。例如CN106809795A中用胶体晶粒和ICP刻蚀的方法在硅片表面上制备微结构，以胶体晶粒为掩膜进行刻蚀。
离子束刻蚀：以离子束为刻蚀手段从而达到刻蚀目的的技术，其分辨率限制于粒子进入基底以及离子能量耗尽过程的路径范围。例如CN104726927A中，疏水层区域尺寸精确到微米级，可以通过一定辅助方式控制离子束刻蚀的加工精度，实现快速刻蚀。
激光刻蚀：在一定气体气氛下用高强度激光照射硅表面，以达到极高的刻蚀速度。例如CN106865487A中，利用激光加工铝合金表面，得到具有一定结构的微纳复合结构。
2.2沉积法
沉积法涉及原子吸附、原子在表面的扩散及在适当的位置下的聚结，以形成材料并生长的过程。主要分为化学气相沉积、物理气相沉积、水热生长法和电化学沉积法几类。
2.2.1化学气相沉积
化学气相沉积：通过气相化学反应生成固态产物并沉积在固体表面的过程。例如CN106847667A中，离子体增强化学气相沉积的方法，在氮化镓等半导体衬底上生长具有不同形貌的二维或三维垂直结构石墨烯。
2.2.2物理气相沉积
物理气相沉积：利用高温热源将原料加热至高温，使之气化或形成等离子体，然后在基体上冷却凝聚成各种形态的材料（如晶须、薄膜、晶粒等）。例如CN106865487A中，通过物理气相沉积覆盖一定厚度的贵金属层形成粗糙疏水的表面。
2.2.3水热法沉积
水熱法沉积：模仿自然界中许多矿物，在矿化水液体或蒸汽中结晶而设计的。在高温、高压条件下，材料在封闭高压釜中较热的部位溶解于水中，随后在较冷部位的种晶上重结晶。例如CN106865487A中，用水热法制备ZnO阵列排布的纳米棒，可以通过工艺参数的改变控制晶体结构。
2.2.4电化学沉积
电化学沉积：采用可导电的金属为原料，构筑具有粗糙结构的金属或金属氧化物膜。CN102127782A中，通过将基底置于含有氯化铟和氯化锑的1-甲基-3-乙基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐溶液中进行电化学沉积得到薄膜。
2.3模板法
模板法以微纳模具为母板，通过外加载荷等强迫材料发生形变和流动，填充母板空隙，形成微纳结构，主要包括毛细成形、注塑成型和压印成形。
2.3.1毛细成形
毛细成形：模板印章上的精细结构与基片之间构成了贯通的毛细网络，高分子预聚物滴在网络的入口，在毛细作用下将其吸入，固化可得到如印章上的微细图形。例如CN103086319A中，如图1所示，电场诱导UV光固化聚合物材料流变成型，最后进行UV光固化聚合物材料的固化及脱模，从而得到具有微-微或微-纳两级结构。
2.3.2注塑成形
注塑成形是将液相原料通过加压、注入、冷却、脱离等操作制作成形的过程。例如CN103569950A中，将液相的加热可固化材料灌注充满高分子涂层的倒T型微纳结构，生产效率高，但是需要考虑自收缩、热交换、微细结构等因素对成型的影响。
2.3.3压印成形
压印成形：将板材放在上、下模具之间，在压力作用下使其材料厚度发生变化，并将挤压外的材料，充塞在有起伏细纹的模具形腔凸凹处，以在工件表面成形。例如CN1760112A中，采用激光及电化学刻蚀形成微纳结构铝模板，以此压印得到聚合物微纳结构。 3、总结
如何利用现有制造工艺实现疏水微纳结构高精度、低成本的制造，是当今市场的需要，也是各个科研单位和企业研究的重点以及专利布局的热点。在现有技术基础上，寻找更加有效、易于产业化的疏水微纳结构的制备工艺，是高精尖企业的技术突破口。
参考文献
[1]Sun T， Tam H， Han D， et al. No platelet can adhere-largely improved blood compatibility on nanostructured superhydrophobic surfaces[J]. Small， 2005，1（10）：959-963
[2]Blossery R. Self-cleaning surfaces-virtual realities[J]. Nature Materials， 2003，2（5）：301-306.
[3]Nosonovsky M， Bhushan B. Superhydrophobic surfaces and emerging application： non-adhesion， energy， green engineering[J]. Current Opinion in Colloid & Interface Science， 2009，14（4）：270-280.
[4]Bean B， Bhushan B. Shark-skin surfaces for fluid-drag reduction in turbulent flow： a review[J]. Philosophical Transactions of the Royal Society A： Mathematical， Physical and Engineering Sciences，2010，368（1929）：4775-4806.
作者简介：
薛蕾（1987-），女，漢族，河北廊坊人，硕士，助理研究员，专利审查员，研究方向：微观机械领域专利审查;
郭研岐（1987-），女，汉族，吉林桦甸人，硕士，助理研究员，专利审查员，研究方向：微观机械领域专利审查;第二作者对本文的贡献与第一作者等同。