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2-4-2、超疏水表面的製備方式

在超疏水表面的製備上,已開發出許多處理方式來使表面粗糙 化,使其達到超疏水的效果。以下是較常見的製備方式:

1. Plasma treatment

在超疏水表面的製作上,許多研究團隊採用電漿(plasma)處理表 面的製程【63-67】。使用電漿處理表面有兩個目的,一個是用來蝕刻 表面,來增加表面的粗糙度,產生可造成超疏水效果的表面結構,通 常是使用氧氣電漿來進行【64,67】;另一方面,多通一道 CF4 電漿,

可以在材料表面沉積一層CFx奈米微粒【63,65-66】,由於碳氟鍵結 擁有良好的疏水性,因此,CFx奈米微粒通常是用來增進既有材料疏

水性上的不足,同時也省去原本需要額外再鍍覆一層疏水外膜的手續

【65】。目前利用電漿處理的研究,已知水滴接觸角皆可達到 150 度 以上,甚至可達到 170 度【63】。使用電漿處理的材料除了鐵氟龍及 PDMS 等疏水材料,B.Balu 等人將纖維素利用電漿處理,達到超疏水 效果,製成可生物分解的超疏水材料【66】。Yoshinori Matsumoto 團隊利用電漿聚合的方式製備plasma-polymerized fluorocarbon (PPFC),也製備出接觸角可達 150 度以上的薄膜【68】。

2. Etching

利用蝕刻的方式製造粗糙表面是最廣泛利用的製程方式。蝕刻的 方法包括上述的電漿蝕刻,以及雷射蝕刻【69-71】與化學蝕刻【61-62, 73】。就雷射蝕刻的例子,M.Jin 團隊就利用雷射蝕刻 PDMS 的表面,

製造出含有微米、奈米及微奈米複合結構的表面,接觸角可達160 度 以上,滑移角可低致 5 度以下【69】。化學蝕刻方面,Baitai Qian and Ziqiu Shen 蝕刻多晶金屬如鋁、銅、鋅等,來製作超疏水表面【72】。

A.Pozzato 團隊則是利用微影製程,配合化學蝕刻製作出擁有溝狀結 構的二氧化矽平板,接觸角可達到將近170 度【73】。除了電漿侵蝕 較無法控制表面形態外,雷射侵蝕可以靠著調整光束之間間距來調整 侵蝕的行為【69,71】;而化學侵蝕可利用微影製程【61‐62,73】,在

3. printing

在超疏水材料的製程上,如何能控制表面形態是主要的問題,若 能製備規則有序的表面結構,不論是增進每一批成品的一致性,或是 利用理論設計結構,並進行實驗結果與理論的比較,相對上都比不規 則表面來的簡單方便。利用模具壓印除了可增進材料表面的規則性與 再現性,其簡單方便的操作也是其優點之一。在模具的採用上,要求 除了製備方便之外,如何能製作拆卸方便並可進行重複使用的模具也 是研究重心之一【4】。利用模具壓印製成的材料多半是使用在高分子 材料上,其原因是著眼於其良好的可塑性【4,60,74-79】。模具的製作 可使用微影製程,製作出擁有連續柱狀陣列結構的矽晶圓機板,用來 壓印PDMS【60,75】。但微影製程有其尺寸上的限制,無法在精準至 奈米尺寸,也因此限制了其應用的層面。在製作規則奈米結構的超疏 水表面上,許多研究採用了陽極氧化鋁孔洞材料作為模具

【4,74,77-79】,藉由調控各樣參數控制孔洞尺寸與深度。M.Kim 團隊

【4】利用 AAO 壓印 PPT,並利用紫外光使 PPT 進行光聚合而形成 擁有奈米結構的超疏水表面,接觸角可達到 150 度,而且有良好的透 光性。而AAO 表面也鍍覆上一層 PDMS,增加其拆卸的容易性並可 重複使用。而另有研究團隊則利用AAO 壓印製作出擁有微米奈米複 合結構的高分子材料,大幅度地提升材料的疏水性【78-79】。

4. Others

超疏水表面製程方式上許多不同的製程,包括溶膠凝膠法

【80-82】、電化學【83-84】、放電紡絲(electrospinning)  【85-86】、化 學沉積(CVD)  【87-89】、添加昇華物質【5-6】等等方式,都可順利 製成接觸角達到150°以上之超疏水表面。

超疏水材料選用方面,除了原本就擁有良好疏水性的材料如鐵氟 龍、PDMS 等之外,若是本來疏水性不佳的表面,另外還會鍍覆上一 層含氟矽氧烷來增進疏水性【2】,或是採用其他含有碳氟鍵結的物 質,利用混和或是聚合的方式來提升表面的疏水性。

第三章

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