Renderização SiO₂/Si Surfaces Omniphobic esculpindo microtexturas de armadilha de gás compreendendo reentrant e duplamente reentrant cavidades ou pilares

Apresentamos protocolos de microfabricação para renderização de materiais intrinsecamente úmidos repelentes a líquidos (omnifóbicos) criando microtexturas de armadilha a gás (GEMs) sobre eles compreendendo cavidades e pilares com recursos reentrantes e duplamente reentrantes. Especificamente, usamos siO_2/Sicomo sistema modelo e compartilhamos protocolos para projetação bidimensional (2D), fotolitografia, técnicas de gravura isotropic/anisotrópica, crescimento de óxido térmico, limpeza de piranha e armazenamento para alcançar essas microtexturas. Embora a sabedoria convencional indique que superfícies intrinsecamente úmidas(φ_o < 90°) as torna ainda mais úmidas (φ_r < φ_o < 90°), os GEMs demonstram repellência líquida apesar da umidade intrínseca do substrato. Por exemplo, apesar da umidade intrínseca da sílica φ_o ◗ 40° para o sistema de água/ar, e φ_o ◗ 20° para o sistema hexadecano/ar, os GEMs que compõem cavidades prendem ar robustamente na imersão nesses líquidos, e os ângulos de contato aparentes para as gotículas são φ_r > 90°. As características reentrantes e duplamente reentrantes nos GEMs estabilizam o menisco líquido intruso prendendo assim o sistema de vapor líquido-sólido em estados metasatíveis cheios de ar (estados cassie) e atrasando transições úmidas para o estado termodinamicamente estável totalmente preenchido (estado de Wenzel) por, por exemplo, horas a meses. Da mesma forma, as superfícies SiO₂/Si com matrizes de micropilares reentrantes e duplamente reentrantes demonstram ângulos de contato extremamente altos (φ_r ◗ 150°-160°) e histerese de ângulo de baixo contato para os líquidos da sonda, caracterizados como superomnifóbicos. No entanto, na imersão nos mesmos líquidos, essas superfícies perdem drasticamente sua superonobiocidade e ficam totalmente preenchidas dentro <1 s. Para enfrentar este desafio, apresentamos protocolos para projetos híbridos que compreendem matrizes de pilares duplamente reentrantes cercados por paredes com perfis duplamente reentrantes. De fato, microtexturas híbridas prendem ar na imersão nos líquidos da sonda. Resumindo, os protocolos aqui descritos devem permitir a investigação de GEMs no contexto de alcançar a oniobiocidade sem revestimentos químicos, como perfluorocarbonos, que podem desbloquear o escopo de materiais comuns baratos para aplicações como materiais onôfóbicos. Microtexturas de sílica também podem servir como modelos para materiais macios.