JP2020524817A - 疎水特性及び防曇特性の両方を有するナノ構造の透明な物品並びにそれを作製する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ポリオキシアルキレン基、及び
少なくとも1個のケイ素原子を担持する少なくとも1個の加水分解性基
を有する少なくとも1種のオルガノシラン化合物のグラフトによって得られ、
5nm以下の厚さを有し、
10°超及び50°未満の水との静的接触角を有することを特徴とする。
a)疎水性若しくは超疎水性材料でできている表面を有する基材を提供するステップと;
b)疎水性若しくは超疎水性表面を選択的にエッチングするステップを含む、疎水性若しくは超疎水性上部部分と、前記透明な物品の前記表面に防曇特性を与える残りの部分とを有するナノ構造を生じさせるステップと
を含む。
b1)基材の表面上にナノ粒子を分散させ、ナノ粒子の単層、好ましくは、最密充填単層を含む中間構造を形成するステップと;
b2)基材をエッチングして、ナノピラーの疎水性若しくは超疎水性表面の上部上にナノ粒子を有するナノピラーを含むナノ構造を形成させるステップと;
b3)構造を親水性材料でオーバーコーティングするステップと;
b4)ナノピラーの上部上のナノ粒子を除去し、ナノピラーの疎水性若しくは超疎水性上部部分を曝露させるステップと
を含む。
b1)疎水性若しくは超疎水性材料でできている表面上にハードマスクを密着焼付けし、ハードマスクから表面上へとエッチングマスクとして作用する材料を移すステップと;
b2)基材をエッチングして、その上部上にエッチングマスク材料を有するナノテクスチャ付き構造を形成させるステップと;
b3)ナノ構造を親水性材料でオーバーコーティングするステップと;
b4)ナノ構造の上部上のエッチングマスク材料を除去し、ナノ構造の疎水性若しくは超疎水性上部部分を曝露させるステップと
を含む。
a)ナノピラー又はナノキャビティを含む疎水性若しくは超疎水性の有機/無機樹脂又は複合樹脂でできている基材にナノ構造を提供するステップと;
b)前記ナノピラー又はナノキャビティの残りの部分の少なくともより低い部分の表面上に粗さを生じさせるステップと
を含む。
疎水特性:材料表面は、水との静的接触角が90°超であるとき、疎水性であると考えられる。典型的には、通常の疎水性表面は、90°から120°までの範囲の水との静的接触角を有する。しかし、水との静的接触角は、130°以上、135°以上、140°以上であり得る。
防曇特性は、3つの方法によって評価し得る:「呼気試験」(視力測定を使用しない定性試験)、「熱蒸気試験」及び「冷蔵庫試験」。呼気試験及び冷蔵庫試験は、低い曇りストレスを生じさせると考えられる。熱蒸気試験は、高い曇りストレスを生じさせると考えられる。
この試験のために、試験者は、評価するレンズを試験者の口から約2cmの距離に配置する。試験者は、ガラスの曝露された表面上へと息を3秒間吹きつける。試験者は、凝縮ヘイズの存在又は不存在を視覚的に観察することができる。
はい。曇りの存在。
いいえ。曇りの不存在:このようなレンズは、呼気試験の終わりにおいて防曇特性を有すると考えられ、すなわち、これは、曇りからもたらされるヘイズ効果を阻害する。
試験の前に、ガラスを、温度制御された環境(20〜25℃)において50%湿度下に24時間置く。
0.曇りなし、視覚的歪みなし(視力=10/10)
1.視力>6/10を可能とする曇り及び/又は視覚的歪み
2.視力<6/10を可能とする曇り及び/又は視覚的歪み
この試験のために、レンズを、乾燥剤(シリカゲル)を含有する密封した箱に入れる。箱を、冷蔵庫の中に4℃にて少なくとも24時間入れる。この期間の後で、箱を冷蔵庫から取り出し、ガラスを直ちに試験する。次いで、これらを45〜50%湿度の雰囲気中に20〜25℃にて入れる。4mの距離に位置している視力スケールを、ガラスを通して観察する。観察者は、時間に応じて、熱蒸気試験(スコア0、1又は2)と同じ判断基準によって視力を評価する。
・表面分率(φs)は、2%以上及び80%以下であり;
・ピッチ(P)は、250以下であり;
・アスペクト比(H/2R)は、2.4以下であり、ここで、Hは、ピラーの高さであり、Rは、ピラーの半径であり;
・ピラーのピッチ(P)、高さ(H)、半径(R)は、ナノメートル(nm)で表す。
・ピラーの上部表面は、平坦であるか、又は外向きに延在する;
・表面分率(φs)は、10%以上及び/又は75%以下、例えば、50%以下である;
・アスペクト比(H/2R)は、1.7以下、好ましくは、0.2〜1.7である;一実施形態によれば、アスペクト比(H/2R)は、0.80以下、好ましくは、0.25超及び/又は0.70以下である;
・ピッチ(P)は、25以上である;
・ピッチ(P)は、100以上、例えば、150以上及び/又は230以下である;
・高さ(H)は、2以上及び/又は600以下、例えば、300以下である;
・半径(R)は、10以上及び/又は125以下、例えば、100以下である;
・ピラーのアレイは、周期的アレイであり、例えば、六角形アレイである。
−A. Tuteja, W. Choi, M.L. Ma, J.M. Mabry, S.A. Mazzella, G.C. Rutledge, G.H.McKinley and R.E. Cohen, Designing Superoleophobic Surfaces, Science, 2007, 318, 1618−1622, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massasuchetts / Air Force Research Laboratory, California, USA
−A. Ahuja, J.A. Taylor, V. Lifton, A.A. Sidorenko, T.R. Salamon, E.J. Lobaton, P. Kolodner and T.N. Krupenkin, Nanonails: A Simple Geometrical Approach to Electrically Tunable Superlyophobic Surfaces, Langmuir 2008, 24, 9−14, Bell Laboratories, Lucent Technologies, New Jersey, USA
−A. Tuteja, W. Choi, G.H.McKinley, R.E. Cohen and M.F. Rubner, Design Parameters for Superhydrophobicity and Superoleophobicity, MRS Bull., 2008, 33, 752−758, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massasuchetts / Air Force Research Laboratory, California, USA
R≧5nmであり、好ましくは、R≧10nmであり;
R≦250nmであり、好ましくは、R≦200nmであり、より良好には、R≦150nmであり、より好ましくは、R≦100nmであり;
H≦Rであり、好ましくは、H<3Rであり、好ましくは、H≦1.5Rであり、より好ましくは、H≦0.5Rである。
−M.C. Salvadori, M. Cattani,M.R.S. Oliveira F.S. Teixeira and I.G. Brown,“Design and fabrication of microcavity−array superhydrophobic surfaces”,J. Appl. Phys., 2010, 108,024908,University of Sao Paulo,Sao Paulo,BraziL;
−米国特許出願公開第2010/0112286号明細書(Bahadurら);
−国際特許出願(PCT)第2011/106196号パンフレット(Mazumderら);
−国際特許出願(PCT)第2011/094508号パンフレット(Hattonら)及び同第2011/094344号パンフレット(Hattonら);
−Article“Transparency and damage tolerance of patternable omniphobic lubricated surfaces based on inverse colloidal monolayers”.Nature ommunications,4:2167,DOI:10.1038/ncomms3176,published on 31 July 2013。
式中、RFは、ペルフルオロアルキル基を表し;Zは、フルオロ又はトリフルオロメチル基を表し;a、b、c、及びeはそれぞれ、互いに独立に、0又は1と等しいか若しくはそれより多い整数を表し、ただし、a+b+c+d+eの合計は、1以上であり、且つa、b、c、d及びeとして示されるかっこの間の繰返し単位の順序は、示されたものに限定されず;Yは、H又は1〜4個の炭素原子を含むアルキル基を表し;Xは、水素、臭素又はヨウ素の原子を表し;
R1は、ヒドロキシル基又は加水分解性基を表し;R2は、水素の原子又は一価炭化水素基を表し;mは、0、1又は2を表し;nは、1、2又は3を表し;pは、少なくとも1と等しい、好ましくは、少なくとも2と等しい整数を表す。
式中、Y、R1、m及びpは、上記に定義されている通りであり、aは、1〜50の整数である。
式中、
R’Fは、直鎖状二価ペルフルオロポリエーテル基であり、
R’は、C1〜C4でのアルキル基又はフェニル基であり、
X’は、加水分解性基であり、
a’は、0〜2の整数であり、
b’は、1〜5の整数であり、
m’及びn’は、2又は3と等しい整数である。
Claims (16)
- ナノ構造を備えたフェースを有する透明な物品であって、前記ナノ構造の上部部分は、疎水特性を有し、前記ナノ構造の残りの部分は、前記透明な物品の前記フェースに防曇特性を与える、物品。
- 前記ナノ構造が、ナノピラー又はナノキャビティを含み、前記ナノピラーの前記上部部分又は前記ナノキャビティの前記上部部分が、疎水特性を有する、請求項1に記載の物品。
- 前記ナノ構造の前記上部部分が、前記ナノ構造の上部、及び前記ナノ構造の上部下に延在する隣接するポーションを含む、請求項1又は2に記載の物品。
- 前記ナノ構造が、ナノピラーを含み、前記隣接するポーションが、上部下に、1nmからh/5まで延在する環状ポーションであり、ここで、hは、nmで表した前記ピラーの高さである、請求項3に記載の物品。
- 前記ナノ構造の前記上部部分が、超疎水特性を有する、請求項1〜4のいずれかに記載の物品。
- 前記ナノピラー又は前記ナノキャビティが、壁を有し、前記壁の少なくとも部分が、前記ナノ構造の前記残りの部分を構成し、親水特性を有する、請求項2〜5のいずれかに記載の物品。
- 前記ナノピラー又は前記ナノキャビティが、疎水性壁を有し、前記壁の少なくとも部分が、前記ナノ構造の前記残りの部分を構成し、前記残りの部分のより低い部分においてより大きい粗さを有する、請求項2〜5のいずれかに記載の物品。
- 前記ナノピラー又は前記ナノキャビティの前記壁の前記粗さが、前記残りの部分の前記上部部分から前記より低い部分へと増加する、請求項7に記載の物品。
- 光学物品である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の物品。
- 眼用レンズである、請求項1〜9のいずれか一項に記載の物品。
- a)疎水性材料でできている表面を有する基材を提供するステップと;
b)疎水性表面を選択的にエッチングするステップを含む、疎水性上部部分と、前記透明な物品の前記フェースに防曇特性を与える残りの部分とを有するナノ構造を生じさせるステップと
を含む、請求項1に記載の物品を作製する方法。 - ステップb)が、
b1)前記基材の表面上にナノ粒子を分散させ、ナノ粒子の単層、好ましくは、ナノ粒子の最密充填単層を含む中間構造を形成するステップと;
b2)前記基材をエッチングして、ナノピラーの疎水性若しくは超疎水性表面の上部上にナノ粒子を有する前記ナノピラーを含むナノ構造を形成させるステップと;
b3)前記構造を親水性材料でオーバーコーティングするステップと;
b4)前記ナノピラーの上部上の前記ナノ粒子を除去し、前記ナノピラーの疎水性若しくは超疎水性上部部分を曝露させるステップと
を含む、請求項11に記載の物品を作製する方法。 - ステップb)が、
b1)疎水性若しくは超疎水性材料でできている表面上にハードマスクを密着焼付けし、前記ハードマスクから前記表面上へとエッチングマスクとして作用する材料を移すステップと;
b2)前記基材をエッチングして、その上部上にエッチングマスク材料を有するナノテクスチャ付き構造を形成させるステップと;
b3)前記ナノ構造を親水性材料でオーバーコーティングするステップと;
b4)前記ナノ構造の上部上の前記エッチングマスク材料を除去し、前記ナノ構造の疎水性若しくは超疎水性上部部分を曝露させるステップと
を含む、請求項11に記載の物品を作製する方法。 - 前記疎水性若しくは超疎水性材料が、親水性材料上に堆積された疎水性若しくは超疎水性コーティングであり、ステップb2)が、前記親水性材料を曝露させるまでエッチングすることを含み、ステップb3)が、省略される、請求項12又は13に記載の物品を作製する方法。
- a)ナノピラー又はナノキャビティを含む有機/無機樹脂又は複合樹脂でできている基材にナノ構造を提供するステップと;
b)前記ナノピラー又はナノキャビティの前記残りの部分の少なくともより低い部分の表面上に粗さを生じさせるステップと
を含む、請求項1〜5、7及び8のいずれか一項に記載の物品を作製する方法。 - 前記ナノピラー又はナノキャビティの表面上の前記粗さが、前記ナノ構造の上部からベースへと増加する、請求項15に記載の方法。
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