DE102004041813A1 - Surface having an adhesion reducing microstructure and method of making the same - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Oberfläche mit einer haftungsvermindernden Mikrostruktur und ein Verfahren zu deren Herstellung. Solche haftungsvermindernden Mikrostrukturen sind bekannt, um beispielsweise unter Ausnutzung des so genannten Lotus-Effektes selbstreinigende Oberflächen auszubilden. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Oberfläche elektrochemisch mittels Reverse Pulse Plating hergestellt wird, wobei die an sich bekannte Mikrostruktur erzeugt wird und gleichzeitig oder in einem nachgelagerten Verfahrensschritt eine die Mikrostruktur überlagernde Nanostruktur erzeugt wird. Dies lässt sich beispielsweise erreichen, indem die Pulslänge der beim Reverse Pulse Plating verwendeten Strompulse im Millisekundenbereich mit einem Pulslängenverhältnis von größer 1 : 3 (anodisch : kathodisch) gewählt wird. Die erzeugte Mikrostruktur, bestehend aus Erhebungen (19) und Vertiefungen (20), wird dann durch um Größenordnungen kleinere Erhebungen (19n) und Vertiefungen (20n) der Nanostruktur überlagert, wodurch sich der durch die Oberfläche erzielte Lotus-Effekt vorteilhaft verbessern lässt.The invention relates to a surface having an adhesion-reducing microstructure and to a process for the production thereof. Such adhesion-reducing microstructures are known, for example, to form self-cleaning surfaces by utilizing the so-called lotus effect. According to the invention, it is provided that the surface is produced electrochemically by means of reverse pulse plating, wherein the microstructure known per se is produced and at the same time or in a downstream process step, a nanostructure overlapping the microstructure is produced. This can be achieved, for example, by selecting the pulse length of the current pulses used in reverse pulse plating in the millisecond range with a pulse length ratio of greater than 1: 3 (anodic: cathodic). The generated microstructure, consisting of elevations (19) and depressions (20), is then superposed by orders of magnitude smaller elevations (19n) and depressions (20n) of the nanostructure, whereby the lotus effect achieved by the surface can advantageously be improved.

Description

Die Erfindung betrifft eine Oberfläche mit einer haftungsvermindernden Mikrostruktur sowie ein Verfahren zum elektrochemischen Herstellen einer solchen Oberfläche.The The invention relates to a surface with an adhesion-reducing microstructure and a method for the electrochemical production of such a surface.

Haftungsvermindernde Oberflächen der eingangs genannten Art kommen z. B. als so genannte Lotus-Effekt-Oberflächen zum Einsatz und sind beispielsweise in der DE 100 15 855 A1 beschrieben. Gemäß dieser Druckschrift zeichnen sich derartige Oberflächen durch eine Mikrostruktur aus, welche durch eine Schichtabscheidung aus Lösungen, jedoch auch durch eine elektrolytische Abscheidung gewonnen werden kann. Hierdurch wird ein an den Blättern der Lotusblume beobachteter Effekt nachgeahmt, demgemäß die erzeugte Mikrostrukturierung, welche zu diesem Zweck Erhebungen und Vertiefungen mit einem Radius von 5 bis 100 μm aufweisen muss, die Haftung von Wasser sowie Schmutzpartikeln herabsetzt. Hierdurch kann einer Verschmutzung der entsprechenden Oberfläche entgegengewirkt werden. Des Weiteren lassen sich z. B. auch Kalkablagerungen vermeiden.Adhesion-reducing surfaces of the type mentioned come z. B. as so-called lotus effect surfaces are used and are for example in the DE 100 15 855 A1 described. According to this document, such surfaces are characterized by a microstructure, which can be obtained by a layer deposition from solutions, but also by an electrolytic deposition. This mimics an effect observed on the leaves of the lotus flower, according to which the microstructure produced, which for this purpose has elevations and depressions with a radius of 5 to 100 μm, reduces the adhesion of water and dirt particles. As a result, contamination of the corresponding surface can be counteracted. Furthermore, z. As well as limescale.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Oberfläche mit einer haftungsvermindernden Mikrostruktur bzw. ein Herstellungsverfahren für diese Oberfläche anzugeben, wobei die Wirkung der Haftungsverminderung vergleichsweise stark ausgeprägt sein soll.The The object of the invention is a surface with an adhesion-reducing microstructure or a manufacturing method for this surface the effect of the reduction in adhesion comparatively strong should be.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, bei dem die Oberfläche durch elektrochemisches Pulse Plating hergestellt wird, wobei eine die Mikrostruktur überlagernde Nanostruktur durch Reverse Pulse Plating erzeugt wird. Die Überlagerung der Mikrostruktur durch eine Nanostruktur erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass auf der Oberflächentopologie mit Krümmungsradien des Oberflächenprofils im Mikrometerbereich (Mikrostruktur) eine Oberflächentopologie hergestellt wird, deren Krümmungsradien bevorzugt im Bereich von wenigen Nanometern bis 100 Nanometern liegen (Nanostruktur). Die Ausbildung der Nanostruktur auf der Mikrostruktur wird durch das Reverse Pulse Plating mit Strompulsen einer Länge im Millisekungenbereich erreicht. Dabei kann je nach Wahl der Verfahrensparameter wie Pulslänge und Abscheidestromdichte die Mikrostruktur gleichzeitig oder gesondert hergestellt werden.These The object is achieved by a Solved the procedure, where the surface is made by electrochemical pulse plating, wherein a overlaying the microstructure Nanostructure is generated by reverse pulse plating. The overlay The microstructure by a nanostructure is effected according to the invention by that on the surface topology with radii of curvature of the surface profile in the micrometer range (microstructure) a surface topology is produced, their radii of curvature preferably in the range of a few nanometers to 100 nanometers (Nanostructure). The formation of the nanostructure on the microstructure is achieved by reverse pulse plating with current pulses of a length in the millisecond range. Depending on the choice of process parameters such as pulse length and Abscheidestromdichte the microstructure simultaneously or separately getting produced.

Die Nanostruktur der Oberfläche verbessert im Zusammenwirken mit der Mikrostruktur vorteilhaft den Effekt der Haftungsverminderung von Stoffen auf der Oberfläche. Hierdurch wird vorteilhaft der Lotuseffekt der Oberfläche verbessert.The Nanostructure of the surface improves in cooperation with the microstructure advantageous the Effect of reducing the adhesion of substances on the surface. hereby Advantageously, the lotus effect of the surface is improved.

Es ist zwar aus der US 5,853,897 bekannt, Schichten mit einer rauen Oberfläche galvanisch mittels Pulse Plating herzustellen, jedoch sollen die gemäß diesem Dokument erzeugten Schichten lediglich optischen Anwendungen dienen, da sie in einem weiten Wellenlinienspektrum des Lichtes hervorragende Licht schluckende Eigenschaften aufweisen. Hierzu genügt bereits die Ausbildung einer so genannten dendritischen Mikrostruktur, ohne dass dieser eine Nanostruktur überlagert werden müsste.It is indeed from the US 5,853,897 It is known to electroplate layers with a rough surface by means of pulse plating, but the layers produced according to this document are only intended for optical applications since they have excellent light-absorbing properties in a wide wavy-line spectrum of the light. For this purpose, the formation of a so-called dendritic microstructure is sufficient, without having to superimpose a nanostructure on it.

Vorteilhaft liegt die Pulslänge beim Verfahrensschritt zum Herstellen der Nanostruktur bei weniger als 500 ms. Damit können bei diesem Verfahrensschritt günstige Abscheidungspa rameter an der zu erzeugenden Oberfläche eingestellt werden, damit sich die erzeugte Nanostruktur in ihren Abmessungen genügend von der erzeugten Mikrostruktur unterscheidet.Advantageous is the pulse length in the process step of producing the nanostructure at less as 500 ms. With that you can favorable in this process step Abscheidungspa parameters set on the surface to be generated so that the nanostructure produced in their dimensions enough different from the microstructure produced.

Die Strompulse beim Reverse Pulse Plating werden die Strompulse durch jeweilige Umkehrung der Polarität des Abscheidestromes erzeugt, so dass vorteilhaft ein starkes zeitliches Gefälle bei den Ladungsverschiebungen an der Oberfläche erreicht werden kann. Vorteilhaft liegen die einzelnen Strompulse hinsichtlich ihrer Länge im Bereich zwischen 10 und 250 Millisekunden. Es hat sich gezeigt, dass sich bei den genannten Parametern die Nanostruktur der Oberfläche vorteilhaft besonders stark ausprägt.The Current pulses during reverse pulse plating, the current pulses through respective reversal of the polarity generates the Abscheidestromes, so that advantageously a strong temporal gradient can be achieved at the charge shifts on the surface. Advantageous are the individual current pulses in terms of their length in the range between 10 and 250 milliseconds. It has been shown that at the nanostructure of the surface is advantageous for the parameters mentioned particularly strong.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn beim Reverse Pulse Plating die kathodischen Pulse mindestens die dreifache Länge der anodischen Pulse haben. Als kathodische Pulse im Sinne der Erfindung werden diejenigen Pulse aufgefasst, bei der es zu einer Abscheidung auf der Oberfläche kommt, während die anodischen Pulse eine Auflösung der Oberfläche hervorrufen. Für das angegebene Verhältnis zwischen kathodischen und anodischen Pulsen hat es sich gezeigt, dass die nadelartigen Grundelemente der Nanostruktur vorteilhaft mit einer hohen Dichte auf der Mikrostruktur erzeugt werden, was den zu erzielenden Lotuseffekt begünstigt.It is particularly advantageous when the reverse pulse plating the cathodic Pulse at least three times the length of anodic pulses. As cathodic pulses within the meaning of the invention those pulses, in which there is a deposition on the surface comes while the anodic pulses a resolution the surface cause. For the specified ratio between cathodic and anodic pulses, it has been shown that the Needle-like basic elements of the nanostructure advantageous with a high density can be generated on the microstructure, which achieves the Lotus effect favors.

Eine andere Möglichkeit besteht vorteilhafterweise darin, dass beim Reverse Pulse Plating die kathodischen Pulse mit einer höheren Stromdichte durchgeführt werden als die anodischen Pulse. Auch durch diese Maßnahme wird die Abscheiderate der kathodischen Pulse im Vergleich zur Abtragungsrate der anodischen Pulse erhöht, so dass vorteilhaft ein Schichtwachstum der Nanostrukturierung erzeugt wird. Selbstverständ lich können die Maßnahmen einer Modifikation der Pulsdauer und der Variation der Stromdichte untereinander kombiniert werden. Dabei ist unter Einstellung der genannten Parameter für das abzuscheidende Material jeweils ein Optimum zu finden.Another possibility is advantageously that the reverse pulse plating, the cathodic pulses are performed with a higher current density than the anodic pulses. Also by this measure, the deposition rate of the cathodic pulses is increased in comparison to the removal rate of the anodic pulses, so that advantageously a layer growth of the nanostructuring is generated. Of course, the measures of a modification of the pulse duration and the variation of the current density can be combined with each other. It is under setting of the mentioned parameters for the each to be deposited material to find an optimum.

Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Pulslänge bei einem vorgelagerten Verfahrensschritt zum Herstellen der Mikrostruktur mindestens eine Sekunde beträgt. Mit Pulslängen im Sekundenbereich kann die geforderte Mikrostruktur der Oberfläche vorteilhaft zeitgünstig auf elektrochemischem Wege hergestellt werden, wenn diese nicht oder nicht mit genügender Ausprägung im Verfahrensschritt zur Erzeugung der Nanostruktur entsteht.According to one Embodiment of the method is provided that the pulse length at an upstream process step for producing the microstructure at least one second. With pulse lengths Within seconds, the required microstructure of the surface can be advantageous time low be prepared by electrochemical means, if they are not or not with enough shaping arises in the process step for generating the nanostructure.

Gemäß einer zusätzlichen Ausgestaltung des Verfahrens wird die Oberfläche zusätzlich mit einer Makrostruktur hergestellt, die die Mikrostruktur überlagert. Die Makrostruktur kann elektrochemisch oder auf anderem Wege z. B. mechanisch hergestellt werden. Als Makrostruktur wird hierbei eine Topologie der Oberfläche verstanden, deren geometrischen Abmessungen der elementaren Strukturbestandteile um mindestens eine Größenordnung größer ist als die der Mikrostruktur. Bei einer welligen Makrostruktur würde dies für den Radius der Wellen zum Beispiel bedeuten, dass dieser in entsprechendem Maße größer ist als die Radien der Erhebungen bzw. Vertiefungen der Mikrostruktur. Die Makrostruktur erlaubt vorteilhaft eine zusätzliche Steigerung der haftungsvermindernden Eigenschaften der Oberfläche. Weiterhin kann die Makrostruktur der Oberfläche vorteilhaft zusätzliche Funktionen, wie z. B. einer Verbesserung der Strömungseigenschaften der Oberfläche übernehmen.According to one additional Embodiment of the method, the surface is additionally with a macrostructure produced, which overlays the microstructure. The macrostructure can electrochemically or by other means z. B. be made mechanically. A macrostructure is understood to mean a topology of the surface, their geometric dimensions of the elementary structural components um at least one order of magnitude is larger than that of the microstructure. With a wavy macrostructure this would for the Radius of the waves, for example, mean that this is larger in a corresponding extent as the radii of the elevations or depressions of the microstructure. The macrostructure advantageously allows an additional increase of the adhesion-reducing Properties of the surface. Farther The macrostructure of the surface may be advantageous additional Functions, such as B. take over an improvement in the flow properties of the surface.

Die Erfindungsgemäße Oberfläche löst die bereist erwähnte Aufgabe dadurch, dass der Mikrostruktur eine durch Pulse Plating erzeugte Nanostruktur überlagert ist. Mit diesem erfindungsgemäßen Oberflächenaufbau lassen sich die bereits genannten Vorteile, insbesondere eine Verbesserung der haftungsvermindernden Eigenschaften der Oberfläche erzielen.The Inventive surface dissolves the traveled mentioned Task in that the microstructure by a pulse plating superimposed nanostructure created is. With this surface structure according to the invention can be the advantages already mentioned, in particular an improvement achieve the adhesion-reducing properties of the surface.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Oberfläche ist diese superhydrophob. Dies bedeutet, dass die Haftung von Wasser oder anderen hydrophilen Substanzen besonderes stark herabgesetzt ist. Die superhydrophoben Eigenschaften bewirken insbesondere eine schlechte Benetzbarkeit der Oberfläche für Wasser, so dass auf der Oberfläche befindliches Wasser einzelne Tropfen ausbildet, die aufgrund eines Kontaktwinkels zur Oberfläche von mehr als 140° leicht abperlen und dabei evtl. ebenfalls auf der Oberfläche befindliche Schmutzpartikel mitreißen. Daher eignen sich Oberflächen mit superhydrophoben Eigenschaften besonderes gut zur Ausbildung der Oberfläche als Lotus-Effekt-Oberfläche.According to one special design of the surface, this is superhydrophobic. This means that the adhesion of water or other hydrophilic Substances is particularly greatly reduced. The superhydrophobic In particular, properties cause poor wettability the surface for water, so that on the surface water forms individual drops due to a Contact angle to the surface of more than 140 ° easily bead off and possibly also on the surface Entrain dirt particles. Therefore, surfaces are suitable with superhydrophobic properties especially good for training the surface as a lotus effect surface.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. In den einzelnen Figuren sind gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente mit jeweils den gleichen Bezugszeichen versehen, wobei diese nur insoweit mehrfach erläutert werden, wie sich Unterschiede zwischen den Figuren ergeben. Es zeigenFurther Details of the invention are described below with reference to the drawing described. In the individual figures are the same or corresponding Each drawing element provided with the same reference numerals, although these are only explained several times as far as differences between the figures. Show it

1 den schematischen Aufbau eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Oberfläche im schematischen Schnitt, 1 the schematic structure of an embodiment of the surface according to the invention in a schematic section,

2 das Oberflächenprofil einer Lotus-Effekt-Oberfläche als Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Oberfläche im Schnitt und 2 the surface profile of a lotus effect surface as an embodiment of the surface according to the invention in section and

3 perspektivische Darstellungen der Lotus-Effekt-Oberfläche gemäß 2. 3 perspective views of the lotus effect surface according to 2 ,

In 1 ist ein Körper 11 mit einer Oberfläche dargestellt, deren Haftungseigenschaften vermindert ist. Die Oberfläche 12 lässt sich schematisch beschreiben durch eine Überlagerung einer Makrostruktur 12 mit einer Mikrostruktur 13 und einer Nanostruktur 14. Die Mikrostruktur erzeugt eine Welligkeit der Oberfläche. Die Mikrostruktur ist durch halbkugelförmige Erhebungen auf der welligen Makrostruktur 12 angedeutet. Die Nanostruktur 14 ist in 1 durch Noppen dargestellt, welche sich auf den halbkugelförmigen Erhebungen (Mikrostruktur) sowie in den zwischen den Erhebungen befindlichen Teilen der Makrostruktur 12, die die Vertiefungen der Mikrostruktur 13 bilden, befinden.In 1 is a body 11 represented with a surface whose adhesion properties is reduced. The surface 12 can be described schematically by an overlay of a macrostructure 12 with a microstructure 13 and a nanostructure 14 , The microstructure creates a waviness of the surface. The microstructure is characterized by hemispherical elevations on the wavy macrostructure 12 indicated. The nanostructure 14 is in 1 represented by nubs, which are on the hemispherical elevations (microstructure) as well as in the interposed between the surveys parts of the macrostructure 12 containing the depressions of the microstructure 13 form, are located.

Die haftungsvermindernden Eigenschaften der durch die Überlagerung der Makrostruktur 12, der Mikrostruktur 13 und der Nanostruktur 14 gebildeten Oberfläche werden anhand eines Wassertropfens 15 deutlich, der auf der Oberfläche eine Wasserperle bildet. Durch die geringe Benetzbarkeit der Oberfläche einerseits und die Oberflächenspannung des Wassertropfens andererseits bildet sich zwischen dem Wassertropfen 15 und der Oberfläche ein verhältnismäßig großer Kontaktwinkel γ aus, der definiert ist durch einen Winkelschenkel 16a, der parallel zur Oberfläche verläuft, und einen Winkelschenkel 16b, der eine Tangente an der Haut des Wassertropfens bildet, die durch den Rand der Kontaktfläche des Wassertropfens 15 mit der Oberfläche (bzw. genauer dem Winkelschenkel 16a) läuft. In 1 dargestellt ist ein Kontaktwinkel γ von mehr als 140°, so dass es sich bei der schematisch dargestellten Oberfläche um eine superhydrophobe Oberfläche handelt.The adhesion-reducing properties of the superposition of the macrostructure 12 , the microstructure 13 and the nanostructure 14 surface formed by a drop of water 15 clearly, which forms a water pearl on the surface. Due to the low wettability of the surface on the one hand and the surface tension of the water droplet on the other hand forms between the water droplet 15 and the surface of a relatively large contact angle γ, which is defined by an angle leg 16a which is parallel to the surface, and an angle leg 16b which forms a tangent to the skin of the water droplet passing through the edge of the contact surface of the water droplet 15 with the surface (or more precisely the angle leg 16a ) running. In 1 is shown a contact angle γ of more than 140 °, so that it is a superhydrophobic surface in the surface shown schematically.

Im Rahmen eines Versuches ist mittels Reverse Pulse Platings eine Lotus-Effekt-Oberfläche durch Abscheidung von Kupfer auf einer durch Elektropolieren geglätteten Oberfläche erzeugt worden. Hierbei wurden folgende Verfahrensparameter gewählt.in the The framework of an experiment is a Lotus effect surface using reverse pulse platings Deposition of copper produced on a surface polished by electropolishing Service. The following process parameters were chosen.

Erzeugung der Nanostruktur in einem Verfahrensschritt:
Pulslänge (Reverse Pulse): 240 ms bei 10 A/dm2 kathodisch, 40 ms bei 8 A/dm2 anodisch
Elektrolyt enthielt 50 g/l Cu, 20 g/l freies Cyanid, 5 g/l KOHGeneration of the nanostructure in one process step:
Pulse length (reverse pulse): 240 ms at 10 A / dm 2 cathodic, 40 ms at 8 A / dm 2 anodic
Electrolyte contained 50 g / l Cu, 20 g / l free cyanide, 5 g / l KOH

Die elektrochemisch erzeugte Oberfläche ist im Folgenden mittels eines SPM (Scanning Probe Microscope – auch AFM oder Atomic Force Microscope genannt) untersucht worden. Mit einem SPM lassen sich Oberflächenstrukturen bis in den Nanometerbereich hin bestimmen und darstellen. Ein Ausschnitt der erzeugten Oberfläche ist in 2 als Messergebnis des SPM im Schnitt dargestellt, wobei das Profil überhöht ist. Im Bezug auf eine Nulllinie 17 ist ein Wellenverlauf 18 in 2 eingetragen, der die Makrostruktur verdeutlicht, die der Oberflächenstruktur überlagert ist. Die Mikrostruktur 13 ist infolge der Überhöhung als eine Abfolge nadelartiger Erhöhungen 19 und Vertiefungen 20 zu erkennen. Weiterhin kann in bestimmten Bereichen die Nanostruktur 14 erkannt werden, die sich aus einer engen Abfolge von Erhebungen und Vertiefungen ergibt, die im gemäß 2 dargestellten Maßstab nicht mehr aufzulösen sind und daher nur als Verdickung der Profillinie des Oberflächenprofils zu erkennen sind.The electrochemically generated surface has been investigated below by means of an SPM (Scanning Probe Microscope - also called AFM or Atomic Force Microscope). With an SPM, surface structures down to the nanometer range can be determined and displayed. A section of the generated surface is in 2 as a result of the SPM shown in section, the profile is excessive. In relation to a zero line 17 is a wave 18 in 2 entered, which illustrates the macro structure that is superimposed on the surface structure. The microstructure 13 is due to the elevation as a succession of needle-like elevations 19 and depressions 20 to recognize. Furthermore, in certain areas, the nanostructure 14 which results from a close succession of surveys and 2 scale shown are no longer dissolve and therefore can only be seen as a thickening of the profile line of the surface profile.

Nähere Details lassen sich der 3a entnehmen, die eine perspektivische Darstellung der SPM Aufnahme der Kupferoberfläche darstellt. Es ist ein quadratisches Gebiet von 100×100 μm als Ausschnitt ausgewählt worden, wobei die die Mikrostruktur 13 bestimmenden, nadelartigen Erhöhungen 19 deutlich zu erkennen sind. Das sich ergebende Bild erinnert den Betrachter an einen „Nadelwald", wobei die Zwischenräume zwischen den „Nadelbäumen" (Erhöhungen 19) die Vertiefungen 20 bilden. Auch die Oberfläche gemäß 3a ist überhöht dargestellt, um die Erhöhungen 19 und die Vertiefungen 20 der Mikrostruktur 13 zu verdeutlichen.Further details can be the 3a which shows a perspective view of the SPM image of the copper surface. A square area of 100.times.100 .mu.m has been selected as the cutout, with the microstructure being 13 dominant, needle-like elevations 19 are clearly visible. The resulting image reminds the viewer of a "coniferous forest", with the spaces between the "conifers" (elevations 19 ) the wells 20 form. Also the surface according to 3a is exaggerated to the elevations 19 and the depressions 20 the microstructure 13 to clarify.

Wie aus der perspektivischen Ansicht der Oberfläche gemäß 3b, die eine Ausschnittsvergrößerung der Darstellung gemäß 3a darstellt, hervorgeht, ist der Mikrostruktur 13 weiterhin eine Nanostruktur 14 überlagert. In der weniger überhöhten Darstellung gemäß 3b erscheinen die Erhöhungen 19 und Vertiefungen 20 eher wie eine Welligkeit der Oberfläche (die jedoch aufgrund des anderen Maßstabes nicht mit der Welligkeit gemäß 2 verwechselt werden darf). Dieser Welligkeit überlagert sind weiterhin kleinste Erhöhungen 19n und Vertiefungen 20n, welche die Nanostruktur der Oberfläche charakterisieren. Auch diese erinnern in ihrem Aufbau der bereits zu 3a erläuterten Ausprägung eines „Nadelwaldes" wobei deren geometrische Abmessungen um ungefähr zwei Größenordnungen geringer ausfallen, also bei dem in 3a gewählten Maßstab gar nicht zu erkennen ist.As is apparent from the perspective view of the surface according to FIG. 3b, which shows an enlarged detail of the illustration according to FIG 3a shows, is the microstructure 13 still a nanostructure 14 superimposed. In the less inflated presentation according to 3b the elevations appear 19 and depressions 20 more like a waviness of the surface (which, however, due to the different scale, does not correspond to the waviness) 2 may be confused). Superimposed on this ripple are the smallest increases 19n and depressions 20n which characterize the nanostructure of the surface. These too are already reminiscent of their structure 3a explained expression of a "coniferous forest" whose geometric dimensions are smaller by about two orders of magnitude, ie in the 3a chosen scale is not recognizable.

Um die Größenverhältnisse zu verdeutlichen, sind in den 2 und 3 die Makrostruktur 12, die Mikrostruktur 13 und die Nanostruktur 14 jeweils mit einer Klammer gekennzeichnet. Die Klammer umfasst jeweils immer nur einen Ausschnitt der jeweiligen Struktur, der eine Erhebung und eine Vertiefung enthält, so dass die Klammern untereinander jeweils innerhalb einer Figur einen Vergleich der Größenordnungen der Strukturen im Verhältnis zueinander zulassen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel betrug der für einen Wassertropfen gemes sene Kontaktwinkel 152°. Die superhydrophoben Eigenschaften der dargestellten Kupferschicht, die einen Lotus-Effekt bewirken, wird durch ein Zusammenspiel zumindest der Mikrostruktur 13 und der Nanostruktur 14 erreicht, wobei die Überlagerung einer Makrostruktur 12 die beobachteten Effekte noch verbessert. Durch Auswahl geeigneter Prozessparameter können derartige Lotus-Effekt-Oberflächen für unterschiedliche Schichtmaterialien (erprobt wurden beispielsweise auch Silberschichten erfolgreich) und für Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Benetzungsverhalten erzeugt werden.To illustrate the proportions are in the 2 and 3 the macrostructure 12 , the microstructure 13 and the nanostructure 14 each marked with a bracket. The bracket always comprises only a section of the respective structure, which contains an elevation and a depression, so that the brackets allow one another in each case within a figure a comparison of the magnitudes of the structures in relation to each other. In the illustrated embodiment, the measured for a water droplet Sene contact angle was 152 °. The superhydrophobic properties of the copper layer shown, which cause a lotus effect, by an interaction of at least the microstructure 13 and the nanostructure 14 achieved, with the superposition of a macrostructure 12 the observed effects even better. By selecting suitable process parameters, it is possible to produce such lotus effect surfaces for different layer materials (for example, silver layers have also been successfully tested) and for liquids with different wetting behavior.

Claims (9)

Verfahren zum elektrochemischen Herstellen einer Oberfläche mit einer haftungsvermindernden Mikrostruktur (13) dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche durch elektrochemische Pulse Plating hergestellt wird, wobei eine die Mikrostruktur (13) überlagernde Nanostruktur (14) durch Reverse Pulse Plating erzeugt wird.Process for the electrochemical production of a surface with an adhesion-reducing microstructure ( 13 ), characterized in that the surface is produced by electrochemical pulse plating, wherein the microstructure ( 13 ) overlapping nanostructure ( 14 ) is generated by reverse pulse plating. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulslänge beim Verfahrensschritt zum Herstellen der Nanostruktur bei weniger als 500 ms liegt.Method according to claim 1, characterized in that that the pulse length in the process step of producing the nanostructure at less than 500 ms. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Reverse Pulse Plating die kathodischen Pulse mindestens die dreifache Dauer der anodischen Pulse haben.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the reverse pulse plating the cathodic Pulse have at least three times the duration of anodic pulses. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Reverse Pulse Plating die kathodischen Pulse mit einer höheren Stromdichte durchgeführt werden, als die anodischen Pulse.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the reverse pulse plating the cathodic Pulse with a higher Current density performed be, as the anodic pulses. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulslänge bei einem vorgelagerten Verfahrenschritt zum Herstellen der Mikrostruktur mindestens eine Sekunde beträgt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the pulse length at an upstream process step for producing the microstructure at least one second. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche zusätzlich mit einer Makrostuktur (12) hergestellt wird, die die Mikrostruktur (13) überlagert.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the surface additionally with a macrostructure ( 12 ) produced which is the microstructure ( 13 ) superimposed. Oberfläche mit einer haftungsvermindernden Mikrostruktur (13), dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrostruktur (13) eine durch Pulse Plating erzeugte Nanostruktur (14) überlagert ist.Surface with an adhesion-reducing microstructure ( 13 ), characterized in that the microstructure ( 13 ) a nanostructure produced by pulse plating ( 14 ) is superimposed. Oberfläche nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche superhydrophob ist.surface according to claim 7, characterized in that the surface is superhydrophobic is. Oberfläche nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrostruktur (13) und der Nanostruktur (14) eine Makrostruktur (12) überlagert ist.Surface according to one of claims 7 or 8, characterized in that the microstructure ( 13 ) and the nanostructure ( 14 ) a macrostructure ( 12 ) is superimposed.
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US11/660,814 US20080217180A1 (en) 2004-08-26 2005-08-08 Surface with an Anti-Adhesion Microstructure and Method for Producing Same
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014006739B3 (en) * 2014-05-12 2015-06-25 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Process for coating surfaces with nanostructures, component produced by the process and use of the component

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9005420B2 (en) * 2007-12-20 2015-04-14 Integran Technologies Inc. Variable property electrodepositing of metallic structures
US20100112286A1 (en) * 2008-11-03 2010-05-06 Bahadur Vaibhav A Superhydrophobic surfaces
US8545994B2 (en) * 2009-06-02 2013-10-01 Integran Technologies Inc. Electrodeposited metallic materials comprising cobalt
US8987632B2 (en) * 2009-10-09 2015-03-24 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Modification of surface energy via direct laser ablative surface patterning
CN102958555A (en) 2010-04-28 2013-03-06 金伯利-克拉克环球有限公司 Injection molded microneedle array and method for forming the microneedle array
EP2563451B1 (en) 2010-04-28 2017-11-01 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. MEDICAL DEVICES FOR DELIVERY OF siRNA
WO2012046149A1 (en) 2010-04-28 2012-04-12 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Method for increasing permeability of an epithelial barrier
JP5860032B2 (en) 2010-04-28 2016-02-16 キンバリー クラーク ワールドワイド インコーポレイテッド Device for the delivery of rheumatoid arthritis drugs
US9303322B2 (en) * 2010-05-24 2016-04-05 Integran Technologies Inc. Metallic articles with hydrophobic surfaces
US8486319B2 (en) 2010-05-24 2013-07-16 Integran Technologies Inc. Articles with super-hydrophobic and/or self-cleaning surfaces and method of making same
US20120143228A1 (en) 2010-08-30 2012-06-07 Agency For Science Technology And Research Adhesive structure with stiff protrusions on adhesive surface
US9492952B2 (en) 2010-08-30 2016-11-15 Endo-Surgery, Inc. Super-hydrophilic structures
KR20220051429A (en) 2011-10-27 2022-04-26 소렌토 쎄라퓨틱스, 인코포레이티드 Transdermal delivery of high viscosity bioactive agents
US20170246439A9 (en) 2011-10-27 2017-08-31 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Increased Bioavailability of Transdermally Delivered Agents
ES2908653T3 (en) 2011-10-27 2022-05-03 Sorrento Therapeutics Inc Implantable devices for the administration of bioactive agents
JP6153945B2 (en) 2011-12-29 2017-06-28 エシコン・インコーポレイテッドＥｔｈｉｃｏｎ， Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ Adhesive structure having tissue penetrating protrusions on the surface
US8969648B2 (en) 2012-04-06 2015-03-03 Ethicon, Inc. Blood clotting substrate and medical device
US8926881B2 (en) 2012-04-06 2015-01-06 DePuy Synthes Products, LLC Super-hydrophobic hierarchical structures, method of forming them and medical devices incorporating them
US9278374B2 (en) 2012-06-08 2016-03-08 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Modified surface having low adhesion properties to mitigate insect residue adhesion
DE102012112550A1 (en) 2012-12-18 2014-06-18 Lpkf Laser & Electronics Ag Method for metallizing a workpiece and a layer structure of a workpiece and a metal layer
CN104284685B (en) * 2013-01-11 2017-06-27 Bvw控股公司 Biological selectivity surface texture
DE102014113097A1 (en) 2014-09-11 2016-03-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. A method of reducing soil adhesion to a substrate
CN106591896A (en) * 2016-12-06 2017-04-26 南京理工大学 Method for preparing super-hydrophobic copper surface of plant leaf structure

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5326454A (en) * 1987-08-26 1994-07-05 Martin Marietta Corporation Method of forming electrodeposited anti-reflective surface coatings
US6071398A (en) * 1997-10-06 2000-06-06 Learonal, Inc. Programmed pulse electroplating process
DE10015855A1 (en) * 2000-03-30 2001-10-11 Basf Ag Application of the lotus effect in process engineering
US6478943B1 (en) * 2000-06-01 2002-11-12 Roll Surface Technologies, Inc. Method of manufacture of electrochemically textured surface having controlled peak characteristics
US20040011432A1 (en) * 2002-07-17 2004-01-22 Podlaha Elizabeth J. Metal alloy electrodeposited microstructures

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5185073A (en) * 1988-06-21 1993-02-09 International Business Machines Corporation Method of fabricating nendritic materials
US6080504A (en) * 1998-11-02 2000-06-27 Faraday Technology, Inc. Electrodeposition of catalytic metals using pulsed electric fields
EP1225972A4 (en) * 1999-09-24 2006-08-30 Semitool Inc Pattern dependent surface profile evolution of electrochemically deposited metal
US6309528B1 (en) * 1999-10-15 2001-10-30 Faraday Technology Marketing Group, Llc Sequential electrodeposition of metals using modulated electric fields for manufacture of circuit boards having features of different sizes
DE10064520A1 (en) * 2000-12-22 2002-07-04 Daimler Chrysler Ag Method for producing structured surface with self-cleaning effect on vehicles, comprises producing micro- or nano-structure on carrier by anodic oxidation and transferring this structure to the surface
US6827833B2 (en) * 2001-10-15 2004-12-07 Faraday Technology Marketing Group, Llc Electrodeposition of metals in high-aspect ratio cavities using modulated reverse electric fields
WO2004001102A1 (en) * 2002-06-25 2003-12-31 Integran Technologies Inc. Process for in-situ electroforming a structural layer of metallic material to an outside wall of a metal tube
CN1182297C (en) * 2002-12-10 2004-12-29 华中师范大学 Paper with nano structural surface possessing characters of super hydrophobicity and self-cleaning

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5326454A (en) * 1987-08-26 1994-07-05 Martin Marietta Corporation Method of forming electrodeposited anti-reflective surface coatings
US6071398A (en) * 1997-10-06 2000-06-06 Learonal, Inc. Programmed pulse electroplating process
DE10015855A1 (en) * 2000-03-30 2001-10-11 Basf Ag Application of the lotus effect in process engineering
US6478943B1 (en) * 2000-06-01 2002-11-12 Roll Surface Technologies, Inc. Method of manufacture of electrochemically textured surface having controlled peak characteristics
US20040011432A1 (en) * 2002-07-17 2004-01-22 Podlaha Elizabeth J. Metal alloy electrodeposited microstructures

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014006739B3 (en) * 2014-05-12 2015-06-25 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Process for coating surfaces with nanostructures, component produced by the process and use of the component
US11414761B2 (en) 2014-05-12 2022-08-16 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Coating surfaces with nanostructures

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Publication number Publication date
BRPI0514625A (en) 2008-06-17
US20080217180A1 (en) 2008-09-11
CN101048537B (en) 2010-06-16
WO2006021507A1 (en) 2006-03-02
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CN101048537A (en) 2007-10-03

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