Ультрафобная поверхность

Ультрафобная поверхность

Реферат

 

Описываются структурированная (профилированная) поверхность с ультрафобными свойствами, а также способ ее получения. Топография этой поверхности характеризуется тем, что взаимосвязь между пространственными частотами f отдельных Фурье-компонентов и их амплитудами а(f) определяется функцией S:S(log f)=a(f)f, интеграл которой, рассчитанный между нижним пределом интегрирования log(f₁/мкм^-1)=-3 и верхним пределом интегрирования log(f₂/мкм^-1)=3, составляет по меньшей мере 0,5, и что указанная поверхность выполнена из гидрофобного или прежде всего олеофобного материала либо имеет покрытие из такого гидрофобного или прежде всего олеофобного материала. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности испытания различных материалов с разной структурой поверхности на их ультрафобные свойства, способность заявленной ультрафобной поверхности к самоочищению и отсутствие необходимости в дорогостоящем изготовлении нового негатива с топографией требуемой ультрафобной поверхности. 6 н. и 20 з.п. ф-лы, 11 ил., 1 табл.

Настоящее изобретение относится к ультрафобной поверхности, к способу ее получения и ее применению. Топография этой поверхности характеризуется тем, что взаимосвязь между пространственными частотами f отдельных Фурье-компонентов и их амплитудами a(f) определяется функцией S

интеграл которой, рассчитанный между нижним пределом интегрирования log(f₁/мкм^-1)=-3 и верхним пределом интегрирования log (f₂/мкм^-1) = 3, составляет по меньшей мере 0,5, и что указанная поверхность выполнена из гидрофобного или прежде всего олеофобного материала либо имеет покрытие из такого гидрофобного или прежде всего олеофобного материала.

Отличительной особенностью ультрафобных поверхностей является то, что краевой угол смачивания капли жидкости, как правило, воды, находящейся на поверхности, значительно превышает 90, а угол скатывания не превышает 10. Ультрафобные поверхности с краевым углом >150 и вышеуказанным углом скатывания имеют исключительно важное техническое значение, поскольку они не смачиваются, например, водой, равно как и маслом, частицы грязи обладают лишь самой малой адгезией к этим поверхностям, и эти поверхности являются самоочищающимися. Под самоочищением понимается при этом такое свойство поверхности, при котором прилипшие частицы грязи или пыли могут легко смываться с нее потоком жидкости.

С учетом этого предпринимались многочисленные попытки создать поверхности с такими ультрафобными свойствами. Так, в частности, в заявке ЕР 476510 А1 описывается способ получения ультрафобной поверхности, в котором на стеклянную поверхность наносят пленку из оксида металла, после чего обрабатывают ее травлением с использованием плазменного разряда в аргоне (Аr-плазмы). Недостаток полученных по этому способу поверхностей заключается в том, что краевой угол находящейся на такой поверхности капли составляет менее 150.

В патенте US 5693236 также описаны несколько способов получения ультрафобных поверхностей, согласно которым на поверхность с помощью соответствующего связывающего наносят микроиголки из оксида цинка, после чего их различным образом (например, плазменной обработкой) частично оголяют. Затем на структурированную таким путем поверхность наносят покрытие из водоотталкивающего средства. Однако и при таком подходе получают структурированные (профилированные) поверхности с краевым углом, не превышающим 150.

Из заявки WO 96/04123 также известны способы получения ультрафобных поверхностей. Согласно предлагаемому в этой заявке техническому решению профиль требуемой поверхности получают уже при изготовлении соответствующего формованного изделия из гидрофобных полимеров за счет использования в этих целях форм, внутренняя поверхность которых представляет собой негатив (т.е. обратный отпечаток) требуемого профиля поверхности. Однако и такому подходу присущ недостаток, состоящий в том, что перед тем, как сформовать изделие с требуемым профилем поверхности, необходимо изготовить негатив с таким профилем. Кроме того, при изготовлении указанной формы с обратным отпечатком не исключена вероятность появления дефектов в поверхности, которые затем после слепка с негатива, т.е. получения "позитива" из гидрофобного полимера, отрицательно скажутся на свойствах поверхности.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача получить поверхности с ультрафобными свойствами и разработать способ получения таких поверхностей с краевым углом смачивания 150 и предпочтительно с углом скатывания 10.

Под понятием "угол скатывания" в контексте настоящего описания подразумевается угол наклона в основном плоской и вместе с тем профилированной поверхности относительно горизонтали, при котором неподвижная капля воды объемом 10 мкл при наклоне поверхности начинает скатываться с нее под действием собственной силы тяжести.

Особая проблема при этом, как очевидно из вышеприведенных примеров, состоит в том, что ультрафобные свойства поверхностей проявляются по-разному. Обусловлено это тем, что поверхности изготавливают из самых разных материалов, и они имеют в большинстве случаев различную структуру. На сегодняшний день нет способа, который позволял бы определять ультрафобные свойства поверхностей независимо от материала, из которого они выполнены. Еще одной задачей изобретения в соответствии с этим является разработка способа, с помощью которого можно было бы испытывать поверхности на их ультрафобные свойства независимо от материала, из которого они выполнены.

Указанная задача решается согласно изобретению благодаря профилированной соответствующим образом поверхности с ультрафобными свойствами, которая отличается тем, что она характеризуется топографией, при которой интеграл функции S

устанавливающей взаимосвязь между пространственными частотами f отдельных компонентов ряда Фурье и их амплитудами a(f), рассчитанный между нижним пределом интегрирования log(f₁/мкм^-1)=-3 и верхним пределом интегрирования log(f₂/мкм^-1)=3, составляет по меньшей мере 0,5, а сама поверхность выполнена из гидрофобного или прежде всего олеофобного материала либо имеет покрытие из такого гидрофобного или прежде всего олеофобного материала.

Гидрофобный материал представляет собой согласно изобретению материал, краевой угол смачивания которого водой на ровной непрофилированной поверхности превышает 90.

Олеофобный материал представляет собой согласно изобретению материал, краевой угол смачивания которого длинноцепочечными н-алканами, такими как н-декан, на ровной непрофилированной поверхности превышает 90.

Предпочтительно, чтобы указанный интеграл функции (1) превышал 0,6.

Предпочтительной является ультрафобная поверхность, краевой угол смачивания которой водой составляет по меньшей мере 150, прежде всего по меньшей мере 155.

Ультрафобную поверхность или ее подложку целесообразно выполнять из металла, пластмассы, стекла или керамики. Особенно предпочтителен металл, выбранный из группы, включающей бериллий, магний, скандий, титан, ванадий, хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, галлий, иттрий, цирконий, ниобий, молибден, технеций, рутений, рений, палладий, серебро, кадмий, индий, олово, лантан, церий, празеодий, неодим, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций, гафний, тантал, вольфрам, рений, осмий, иридий, платину, золото, таллий, свинец, висмут, прежде всего титан, алюминий, магний и никель либо соответствующий сплав названных металлов. Наиболее предпочтительным металлом для получения ультрафобной поверхности является сплав алюминия и магния, прежде всего A1Mg₃.

В качестве пластмассы для ультрафобной поверхности или ее подложки предпочтительно использовать дуропласты или термопласты. Дуропласт целесообразно выбирать прежде всего из группы, включающей диаллилфталатную смолу, эпоксидную смолу, мочевиноформальдегидную смолу, меламиноформальдегидную смолу, меламинофенолоформальдегидную смолу, фенолоформальдегидную смолу, полиимид, силиконовый каучук и ненасыщенную полиэфирную смолу. Термопласт целесообразно выбирать прежде всего из группы, включающей термопластичный полиолефин, например полипропилен или полиэтилен, поликарбонат, полиэфиркарбонат, сложные полиэфиры, например ПБТ или ПЭТФ, полистирол, сополимер стирола, сополимер стирола и акрилонитрила, каучуксодержащий привитой сополимер стирола, например сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола (АБС-пластик), полиамид, полиуретан, полифениленсульфид, поливинилхлорид или любые возможные смеси названных полимеров.

В качестве подложки для поверхности по изобретению пригодны прежде всего следующие термопластичные полимеры:

полиолефины, такие как полиэтилен высокой и низкой плотности, т.е. с плотностью от 0,91 до 0,97 г/см³ которые можно получать по известным способам (см. Ullmann, 4-е издание, 19, стр.167 и далее; Winnacker-Kuchler, 4-е издание, 6, стр.353-367; Elias и Vohwinkel, Neue Polymere Werkstoffe fur die industrielle Anwendung, Munchen, изд-во Hanser Verlag (1983)).

Помимо названных пригодны полипропилены с молекулярной массой от 10000 до 1000000 г/моль, которые можно получать по известным способам (см. Ullmann, 5-е издание, А10, стр.615 и далее; Houben-Weyl E 20/2, стр.722 и далее; Ullmann, 4-е издание, 19, стр. 95 и далее; Kirk-Othmer, 3-е издание, 16, стр.357 и далее).

Возможно также применение сополимеров названных олефинов или сополимеров с другими -олефинами, таких, например, как сополимеры этилена с бутеном, гексеном и/или октеном, сополимер этилена и винилацетата, сополимер этилена и этилакрилата, сополимер этилена и бутилакрилата, сополимер акриловой кислоты и этилена, сополимер этилена и винилкарбазола, блоксополимер этилена и пропилена, сополимер этилена, пропилена и диена (СКЭПТ), полибутилен, полиметилпентен, полиизобутилен, сополимер акрилнитрила и бутадиена, полиизопрен, сополимер метила и бутилена, сополимер изопрена и изобутилена.

Способы получения таких полимеров описаны, в частности, в следующих публикациях: справочник Kunststoff-Handbuch, том IV, Munchen, изд-во Hanser Verlag; Ullmann, 4-е издание, 19, стр.167 и далее; Winnacker-Kuchler, 4-е издание, 6, стр.353-367; Elias и Vohwinkel, Neue Polymere Werkstoffe, Munchen, изд-во Hanser Verlag (1983); Franck и Biederbick, Kunststoff Kompendium, Wurzburg, изд-во Vogel Verlag (1984).

Согласно изобретению в качестве термопластов могут применяться также термопластичные ароматические поликарбонаты, прежде всего таковые на основе дифенолов формулы I

в которой

А обозначает простую связь, С₁-С₅алкилен, С₂-С₅алкилиден, С₅-С₆циклоалкилиден, -S-, -SO₂-, -О-, -СО- или C₆-С₁₂ариленовый остаток, который необязательно может быть сконденсирован с другими содержащими гетероатомы ароматическими кольцами,

остатки В каждый независимо друг от друга обозначает С₁-С₈алкил,

С₆-С₁₀арил, особенно предпочтительно фенил, С₇-С₁₂аралкил,

предпочтительно бензил, галоген, предпочтительно хлор, бром,

x имеет независимые друг от друга значения и обозначает соответственно 0, 1 или 2 и

p обозначает 1 или 0,

или замещенные алкилом дигидроксифенилциклоалканы формулы II

в которой

R¹ и R² независимо друг от друга обозначают водород, галоген, предпочтительно хлор или бром, С₁-С₈алкил, С₅-С₆циклоалкил, С₆-С₁₀арил, предпочтительно фенил, и С₇-С₁₂аралкил, предпочтительно фенил-С₁-С₄алкил, прежде всего бензил,

m обозначает целое число от 4 до 7, предпочтительно 4 или 5,

R³ и R⁴ при индивидуальном подборе для каждого Z, независимо друг от друга обозначают водород или С₁-С₆алкил, предпочтительно водород, метил или этил, и

Z обозначает углерод, при условии, что по меньшей мере у одного атома Z R³ и R⁴ одновременно представляют собой алкил.

Пригодными для использования в указанных целях дифенолами формулы I являются среди прочих гидрохинон, резорцин, 4,4’-дигидроксидифенил, 2,2-бис(4-гидроксифенил)пропан, 2,4-бис(4-гидроксифенил)-2-метилбутан, 1,1-бис(4-гидроксифенил)циклогексан, 2,2-бис(3-хлор-4-гидроксифенил)пропан, 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропан. Предпочтительны в качестве дифенолов формулы I 2,2-бис(4-гидроксифенил)пропан, 2,2-бис(3,5-дихлор-4-гидроксифенил) пропан и 1,1-бис(4-гидроксифенил)циклогексан.

К предпочтительным дифенолам формулы II относятся дигидроксидифенил-циклоалканы с 5 и 6 кольцевыми С-атомами в циклоалифатическом остатке (m=4 или 5 в формуле II), такие, например, как дифенолы формул IIа, IIb и IIс

при этом 1,1-бис(4-гидроксифенил)-3,3,5-триметилциклогексин (формула IIc) является особенно предпочтительным.

Пригодные согласно изобретению поликарбонаты можно получать известным путем с разветвленной цепью, а именно, за счет встраивания 0,05-2,0 мол.%, в пересчете на суммарное количество применяемых дифенолов, содержащих три или более трех функциональных групп соединений, например содержащих три или более фенольных групп, к которым, в частности, относятся

фтороглюцин,

4,6-диметил-2,4,6-три(4-гидроксифенил)гептен-2,

4,6-диметил-2,4,6-три(4-гидроксифенил)гептан,

1,3,5-три(4-гидроксифенил)бензол,

1,1,1-три(4-гидроксифенил)этан,

три-(4-гидроксифенил)фенилметан,

2,2-бис(4,4-бис(4-гидроксифенил) циклогексил) пропан,

2,4-бис(4-гидроксифенил)изопропил)фенол,

2,6-бис(2-гидрокси-5’-метилбензил)-4-метилфенол,

2-(4-гидроксифенил)-2-(2,4-дигидроксифенил)пропан,

эфир гекса (4-(4-гидроксифенилизопропил)фенил)ортотерефталевой кислоты,

тетра(4-гидроксифенил)метан,

тетра(4-(4-гидроксифенилизопропил)фенокси)метан и

1,4-бис-((4’-,4’’-дигидрокситрифенил)метил)бензол.

Из других трифункциональных соединений можно назвать 2,4-дигидроксибензойную кислоту, тримезиновую кислоту, тримеллитовую кислоту, цианурхлорид и 3,3-бис(3-метил-4-гидроксифенил) -2-оксо-2,3-дигидроиндол.

К предпочтительным поликарбонатам наряду с гомополикарбонатом бисфенола А относятся сополикарбонаты бисфенола А с вплоть до 15 мол.%, в пересчете на мол. суммарное количество дифенолов, 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил) пропана.

Применяемые ароматические поликарбонаты частично могут быть заменены на ароматические полиэфиркарбонаты. Ароматические поликарбонаты и/или ароматические полиэфиркарбонаты известны из литературы или их можно получать по известным из литературы методам (получение ароматических поликарбонатов см., например, Schnell, "Chemistry and Physics of Polycarbonates", изд-во Interscience Publishers, 1964, а также DE-AS 1495626, DE-OS 2232877, DE-OS 2703376, DE-OS 2714544, DE-OS 3000610, DE-OS 3832396; получение ароматических полиэфиркарбонатов см., например, DE-OS 3077934).

Ароматические поликарбонаты и/или ароматические полиэфиркарбонаты могут быть получены, например, взаимодействием дифенолов с галогенангидридами угольной кислоты, предпочтительно с фосгеном, и/или с галогенангидридами ароматических дикарбоновых кислот, предпочтительно с дигалогенангидридами бензолдикарбоновой кислоты, по способу, где используется межфазная реакция, при необходимости с использованием агентов обрыва цепи и при необходимости с использованием трифункциональных или более чем трифункциональных разветвителей цепи.

В качестве термопластов могут применяться, кроме того, стирольные сополимеры одного или по меньшей мере двух этиленово ненасыщенных мономеров (виниловых мономеров), таких, например, как стирол, -метилстирол, замещенные в ядре стиролы, акрилонитрил, метакрилонитрил, метилметакрилат, ангидрид малеиновой кислоты, N-замещенные малеинимиды и эфиры (мет)акриловой кислоты с 1-18 С-атомами в спиртовом компоненте. Эти сополимеры смолоподобны, термопластичны и не содержат каучук. Предпочтительны сополимеры стирола, получаемые полимеризацией по меньшей мере одного мономера из группы, включающей стирол, -метилстирол и/или замещенный в ядре стирол, и по меньшей мере одного мономера из группы, включающей акрилонитрил, метакрилонитрил, метилметакрилат, ангидрид малеиновой кислоты и/или N-замещенный малеинимид.

Особенно предпочтительные массовые соотношения между стирольными мономерами и другими виниловыми мономерами в термопластичном сополимере составляют соответственно 60-95 мас.% и 40-5 мас.%.

К наиболее предпочтительным сополимерам относятся сополимеры стирола с акрилонитрилом и при необходимости с метилметакрилатом, -метилстирола с акрилонитрилом и при необходимости с метилметакрилатом или сополимеры стирола и -метилстирола с акрилонитрилом и при необходимости с метилметакрилатом.

Сополимеры стирола и акрилонитрила известны, и их можно получать радикальной полимеризацией, прежде всего путем эмульсионной, суспензионной полимеризации, полимеризации в растворе или в массе. Молекулярная масса этих сополимеров (средневзвешенное значение, определяемое светорассеянием или седиментацией) составляет предпочтительно от 15000 до 200000 г/моль.

Особенно предпочтительными сополимерами являются также статистические сополимеры стирола и ангидрида малеиновой кислоты, которые могут быть получены из соответствующих мономеров предпочтительно непрерывной полимеризацией в массе или полимеризацией в растворе при неполном превращении мономеров. Доля обоих компонентов в применяемых согласно изобретению статистических сополимерах стирола и ангидрида малеиновой кислоты может варьироваться в широких пределах. Предпочтительное содержание ангидрида малеиновой кислоты составляет от 5 до 25 мас.%.

Вместо стирола полимеры могут содержать также замещенные в ядре стиролы, такие как п-метилстирол, 2,4-диметилстирол и другие замещенные стиролы, например -метилстирол.

Молекулярная масса (среднечисленная молекулярная масса ) сополимеров стирола и ангидрида малеиновой кислоты может варьироваться в широких пределах. Предпочтителен диапазон от 60000 до 200000 г/моль. Предпочтительная характеристическая вязкость указанных продуктов составляет от 0,3 до 0,9 (определение в диметилформамиде при 25С; см. Hoffmann, Kromer, Kuhn, Polymeranalytik I, Stuttgart (1977), стр.316 и далее).

В качестве термопластов приемлемы также привитые сополимеры. Это понятие в контексте настоящего описания включает обладающие каучукоподобными эластичными свойствами привитые сополимеры, которые можно получать в основном по меньшей мере из двух следующих мономеров, выбранных из группы, включающей хлоропрен, бутадиен-1,3, изопропен, стирол, акрилонитрил, этилен, пропилен, винилацетат и эфиры (мет)акриловой кислоты с 1-18 С-атомами в спиртовом компоненте, т.е. сополимеры, описанные, например, в "Methoden der Organischen Chemie (Houben-Weyl)", том 14/1, изд-во Georg Thieme-Verlag, Stuttgart (1961), стр.393-406, и в С.В. Bucknall "Toughened Plastics", изд-во Appl. Science Publishers, London (1977). Предпочтительны привитые сополимеры, являющиеся частично сшитыми и содержащие гель в количестве более 20 мас.%, предпочтительно более 40 мас.% и прежде всего более 60 мас.%.

К предпочтительно применяемым привитым сополимерам относятся среди прочих сополимеры стирола и/или акрилонитрила и/или алкиловых эфиров (мет)акриловой кислоты, привитые на полибутадиенах, сополимерах бутадиена и стирола и акрилатных каучуках; т.е. сополимеры описанного в заявке DE-OS 1694173 (патент US 3564077) типа; привитые с алкиловыми эфирами акриловой либо метакриловой кислоты, винилацетатом, акрилонитрилом, стиролом и/или алкилстиролами полибутадиены, сополимеры бутадиена и стирола или бутадиена и акрилонитрила, полиизобутены или полиизопрены, описанные, например, в заявке DE-OS 2348377 (патент US 3919353).

Особенно предпочтительными полимерами являются, например АБС-пластики, описанные, в частности, в заявке DE-OS 2035390 (патент US 3644574) или в заявке DE-OS 2248242 (патент GB 1409275).

Привитые сополимеры можно получать по известным способам, например полимеризацией в массе, суспензионной, эмульсионной полимеризацией или путем комбинированной полимеризации в массе и суспензионной полимеризации.

В качестве термопластичных полиамидов могут применяться полиамид 66 (полигексаметиленадипинамид) или полиамиды циклических лактамов с 6-12 С-атомами, предпочтительно лауринлактама и особенно предпочтительно -капролактама, т.е. полиамида 6 (поликапролактама), или сополиамиды с главными компонентами 6 и 66 либо смеси, содержащие в качестве главного компонента названные полиамиды. Предпочтителен получаемый активированной анионной полимеризацией полиамид 6 или получаемый активированной анионной полимеризацией сополиамид, главным компонентом которого является поликапролактам.

В качестве керамических материалов пригодны оксиды, карбиды и нитриды вышеназванных металлов, равно как и композиты на основе этих материалов.

Топографию любой поверхности можно описать в принципе на основе композиции, составленной из Фурье-компонентов пространственных частот f_x и f_y и соответствующих этим частотам амплитуд a(f_x) и a(f_y). При этом _x=f^-1_x и _y=f^-1_y обозначают длину структур по координатам x и y.

В технике широко применяется метод определения так называемой спектральной плотности мощности S₂(f_x,f_y). Средняя спектральная плотность мощности пропорциональна среднему значению квадратов всех амплитуд при соответствующих пространственных частотах f_x и f_y. Если речь идет об изотропной поверхности, то топографию такой поверхности можно охарактеризовать с помощью спектральной плотности мощности PSD(f), усредненной по полярному углу. Спектральная плотность мощности PSD(f) хотя и представляет собой двухмерную функцию размерности [длина]⁴, тем не менее оба направления отсчета совпадают, и поэтому рассматривается только одно из них. Соответствующая методика подобного расчета описана, например, в публикации авторов С. Ruppe и A. Duparre, Thin Solid Films, 288 (1996), стр.9, уравнение (2).

В зависимости от используемого для определения топографии метода измерения значение спектральной плотности мощности либо получают непосредственно, либо полученные результаты необходимо пересчитывать в спектральную плотность мощности PSD(f) путем Фурье-преобразования данных о высоте неровностей профиля, определяющего топографию поверхности. Методика подобного расчета описана в вышеуказанной публикации С. Ruppe и A. Duparre, Thin Solid Films, 288 (1996), стр.9, которая включена в настоящее описание в качестве ссылки.

Профиль ультрафобной поверхности характеризуется наличием имеющихся под каплей жидкости возвышений (выступов) и углублений (впадин), высота, соответственно глубина которых варьируется от 0,1 нм до 1 мм. Вследствие столь широкого разброса значений определять топографию поверхности в настоящее время невозможно с помощью одного единственного метода измерений, и поэтому для точного определения топографии поверхности приходится использовать комбинацию из трех методов измерения и обработки результатов. Такими методами измерения являются:

1) интерферометрия по интерференции в белом свете (ИБС),

2) сканирующая атомно-силовая микроскопия (САСМ),

3) сканирующая туннельная микроскопия (СТМ).

Эти методы измерения позволяют определять спектральную плотность мощности PSD(f) в каждом случае локально в сравнительно узких диапазонах f пространственных частот. Затем эти значения локально определенной спектральной плотности мощности объединяют в итоговую (общую) спектральную плотность мощности PSD(f) в диапазоне пространственных частот от f=10^-3 мкм^-1 до f=10³ мкм^-1. Метод такого объединения локально полученных кривых PSD описан, например, С. Ruppe и A. Duparre в Thin Solid Films, 288 (1996), стр.10, каковая публикация включена в настоящее описание в качестве ссылки.

Интерферометрию по интерференции в белом свете (ИБС) используют для определения спектральной плотности мощности в диапазоне пространственных частот f от 110^-3 мкм^-1 до 1 мкм^-1, при этом

для участка измеряемой поверхности размером 11201120 мкм измерения проводят в диапазоне пространственных частот f от 910^-4 мкм^-1 до 210^-1 мкм^-1,

для участка измеряемой поверхности размером 280280 мкм - в диапазоне пространственных частот f от 410^-3 мкм^-1 до 910^-1 мкм^-1,

для участка измеряемой поверхности размером 140140 мкм - в диапазоне пространственных частот f от 710^-3 мкм^-1 до 210⁰ мкм^-1.

При измерениях этим методом высоту неровностей профиля z(x,y) определяют с помощью интерферометра, используемого для измерения интерференции в белом свете, при этом z обозначает высоту над некоторым произвольно выбираемым базовым уровнем z₀ в соответствующей точке x или у. Более подробно условия проведения таких исследований и методика измерений описаны у R.J. Recknagel и G. Notni в Optics Commun. 148, стр.122-128 (1998). Пересчет данных о высоте неровностей профиля проводится аналогично тому, как это осуществляют при рассматриваемых ниже сканирующей атомно-силовой микроскопии, соответственно сканирующей туннельной микроскопии.

Сканирующую атомно-силовую микроскопию (САСМ) используют для определения спектральной плотности мощности в диапазоне пространственных частот f от 110^-2 мкм^-1 до 110² мкм^-1, и при измерениях этим методом, который широко известен специалистам, высоту неровностей профиля z_m,n поверхности регистрируют с помощью сканирующего атомно-силового микроскопа в контактном или виброрежиме. При измерениях этим методом сканируют различные участки (диапазоны выборки) размером LL. На основании этих сканируемых участков и количества N точек удается вычислить минимальную, соответственно максимальную пространственную частоту, которую можно исследовать на каждом сканируемом участке, при этом справедливо следующее условие: f_max=N/2L, соответственно f_min=1/L. Предпочтительно в каждом сканируемом участке использовать 512 точек измерения, и, таким образом, на сканируемом участке размером 5050 мкм измерения проводят в диапазоне пространственных частот f от 210^-2 мкм^-1 до 5 мкм^-1,

на сканируемом участке размером 1010 мкм - в диапазоне пространственных частот f от 110^-1 мкм^-1 до 310¹ мкм^-1 и

на сканируемом участке размером 11 мкм - в диапазоне пространственных частот f от 1 мкм^-1 до 310² мкм^-1.

Высоту неровностей профиля z_m,n определяют относительно некоторого произвольно выбираемого базового уровня z₀, где m и n представляют собой координаты точек измерения в направлении x, соответственно y, которые отстоят друг от друга с равным шагом L. Данные о высоте неровностей профиля пересчитывают в средние значения спектральной плотности мощности PSD, используя с этой целью уравнения 1 и 2, представленные в публикации С. Ruppe и A. Duparre, Thin Solid Films, 288 (1996), стр.9.

Сканирующую туннельную микроскопию (СТМ) используют для определения спектральной плотности мощности в диапазоне пространственных частот f от 110¹ мкм^-1 до 110³ мкм^-1, и при измерениях этим методом, который широко известен специалистам, высоту неровностей профиля z_m,n поверхности регистрируют с помощью сканирующего (растрового) туннельного микроскопа. При измерениях этим методом также сканируют различные участки размером LL. На основании этих сканируемых участков и количества N точек удается вычислить минимальную, соответственно максимальную пространственную частоту, которую можно исследовать на каждом сканируемом участке, при этом справедливо следующее условие: f_max=N/2L, соответственно f_min=1/L. Предпочтительно в каждом сканируемом участке использовать 512 точек измерения, и, таким образом, на сканируемом участке размером 0,50,5 мкм измерения проводят в диапазоне пространственных частот f от 2 мкм^-1 до 510² мкм^-1,

на сканируемом участке размером 0,20,2 мкм - в диапазоне пространственных частот f от 5 мкм^-1 до 110³ мкм^-1,

на сканируемом участке размером 0,10,1 мкм - в диапазоне пространственных частот f от 110¹ мкм^-1 до 310³ мкм^-1.

Высоту неровностей профиля z_m,n определяют относительно некоторого произвольно выбираемого базового уровня z₀, где m и n представляют собой координаты точек измерения в направлении х, соответственно y, которые отстоят друг от друга с равным шагом L. Данные о высоте неровностей профиля пересчитывают в средние значения спектральной плотности мощности PSD, используя с этой целью уравнения 1 и 2, представленные в публикации С. Ruppe и A. Duparre, Thin Solid Films, 288 (1996), стр.9.

Более подробно условия проведения таких исследований и методика измерений САСМ и СТМ описаны, например, в публикации S.N. Magonov и М.Н. Whangbo, Surface Analysis with STM and AFM, изд-во VCH, Weinheim (1966), в частности, на стр.47-62.

Полученные различными методами измерений, соответственно для различных сканируемых участков PSD-кривые объединяют в кривую PSD(f) в диапазоне пространственных частот от 10^-3 мкм^-1 до 10³ мкм^-1. Указанную кривую PSD(f) строят на основании полученных данных в соответствии с методом, описанным С. Ruppe и A. Duparre в Thin Solid Films, 288 (1996), стр.10-11. На фиг.1-4 в этой публикации показаны полученные в результате подобного объединения кривые PSD(f) в виде двойной логарифмической зависимости, в которой log(PSD(f)/нм⁴) является функцией log(f/мкм^-1).

Методика определения спектральной плотности мощности указанного типа известна уже давно и ее применяют для получения характеристик также других поверхностей, равно как и в иных, самых разных целях (ср., например, J.C. Stover, Optical Scattering, 2-е изд. (1995), изд-во SPIE Press, Bellingham, Washington, USA, глава 2, стр.29 и далее, и глава 4, стр.85 и далее).

Для более наглядного подтверждения особенностей топографии поверхностей, определяемых в соответствии с изобретением, на основании спектральной плотности мощности PSD(f) рассчитывают зависящую от пространственных частот амплитуду a(f) синусоидальных Фурье-компонентов. С этой целью используют формулы (4.19) на стр.103, а также таблицу 2.1 на стр.34 и таблицу 2.2 на стр.37 из вышеуказанной публикации J.C. Stover, Optical Scattering, 2-е изд. (1995), изд-во SPIE Press, Bellingham, Washington, USA.

Нормированные на соответствующие длины структур =f^-1 амплитуды a(f) синусоидальных Фурье-компонентов показаны на фиг.5-8 в виде функции S

логарифма пространственной частоты log(f/мкм^-1).

При создании изобретения неожиданно было установлено, что поверхность, имеющая структуру, при которой интеграл функции S(logf)=a(f)f, рассчитанный между нижним пределом интегрирования f₁/мкм^-1=-3 и верхним пределом интегрирования f₂/мкм^-1, превышает 0,5, и выполненная из гидрофобного материала либо покрытая гидрофобным материалом, обладает ультрафобными свойствами, благодаря чему краевой угол находящейся на такой поверхности капли воды превышает 150.

Этот новый, совершенно неожиданный эффект позволяет во многом точно определить заранее возможные последующие технологические операции при изготовлении ультрафобных поверхностей. Основная идея при этом заключается в следующем: на фиг.5-8 на логарифмической шкале частот log(f) показаны нормированные на соответствующие длины волн =f¹ амплитуды структур a(f)f для различных частот f. Значение a(f)f=0,5 означает, например, что нормированная амплитуда, т.е. "шероховатость", определенная для этого Фурье-компонента, составляет половину длины ее волны =f¹. Тем самым интеграл уравнения (1) отражает следующее:

- среднее значение всех нормированных амплитуд a(f)f при отдельных различных частотах должно превышать значение 0,5, иными словами, для получения ультрафобной поверхности усредненная по всем частотам шероховатость должна быть максимальной;

- различные пространственные частоты с равными весами входят в эту сумму (выраженную через log(f)).

Таким образом, не имеет значения, в диапазоне каких частот расположены отдельные шероховатости.

Исходя из этого, специалист сможет без труда установить, что придание поверхности шероховатости, например, за счет использования шаровидных (сферических) частиц одной крупности не даст требуемого эффекта. Добиться такого эффекта, однако, можно в том случае, если придать поверхности частиц дополнительную шероховатость за счет более мелких структур, используя в этих целях, например, мелкие частицы, которые нанесены на крупные частицы или сцеплены с ними, но в любом случае и те, и другие частицы не должны находиться раздельно друг от друга.

Очевидно далее, что, например, при придании поверхности шероховатости нанесением на нее царапин (крацевание), (например, с помощью абразивных частиц), следует учитывать тот факт, что углубления (впадины), образованные таким путем, должны быть в свою очередь максимально шероховатыми в диапазоне, не выходящем за пределы следующего порядка величин. При несоблюдении этого условия для придания шероховатости указанным первичным углублениям потребуется дополнительная операция.

Необходимо при этом отметить, что описанный выше новый подход не предполагает никаких ограничений касательно формы или профиля углублений, соответственно структур шероховатости. Так, в примере, где для придания шероховатости используют частицы, нанесенные на поверхность и образующие требуемую для получения ультрафобной поверхности структуру, микросубструктуры самих частиц могут иметь совершенно иную форму (т.е. иной спектр пространственных частот) по сравнению со структурой, которую сами эти частицы обр