[发明专利]包含润湿性结构化表面的物件

说明书

本申请案要求2007年5月23日申请的美国临时专利申请案第60/939, 709号的权利，该案的内容以全文引用的方式并入本文中。

背景技术

广泛范围的实际应用可受益于使液体完全铺展的亲液表面。这种应用 可包括干燥、流体处理系统中的气泡的减少或如燃料电池的具有流体-液体 多相流的器件或装置中的管道阻塞的减少。虽然有方法可使得平滑疏液表 面可润湿，但实际上若使这些表面暴露于周围环境中则难以维持其亲液性。 这些高能量表面可快速吸引烃及其他低能量污染物，并且因此其亲液性减 弱。

亲液性与表面形貌(surface topography)组合的润湿现象可通过超润湿、 超铺展、结构辅助润湿和半毛细作用(hemi-wicking)来描述。如果使同一类 型的表面具疏液性，则其可展示超疏液或超排斥性能。

润湿是由两种竞争力确定。当液滴附着于固体表面上时，接触线处的 分子间相互作用向下拖曳该液滴。自气-液界面的角度而言，液滴被迫进行 铺展。在置放于表面上之前，液滴已通过使其面积最小化而使其表面能最 小化。在表面上，当这些完全相反的力达到平衡时，液滴停止铺展。在平 坦光滑平面上，通常由图2所示的前进接触角θ_a来量化液滴的铺展程度。 若θ_a实质上大于零，例如5-10°，则认为液体部分润湿。另一方面，对于平 坦光滑平面而言，认为零或接近零(例如0-5°)的θ_a值表征完全润湿。

发明内容

本发明的实施例包括或包含具有一个或多个经处理具有凸起体 (asperity)的表面的基板，所述凸起体在凸起体之间形成交叉的毛细管道，以 使经处理具有凸起体的表面可具有如由固着水滴所测量的小于该基板未经 处理无凸起体的表面至少30°的前进接触角，在一些实施例中小于该基板未 经处理无凸起体的表面至少40°的前进接触角。具有较大前进接触角的经处 理表面更具可润湿性。经处理具有凸起体的表面的特征在于通过液体铺展 于经处理具有凸起体的表面上所润湿的面积与附着于经处理具有凸起体的 表面上的液滴的体积成比例，且其中接触线处液体与经处理具有凸起体的 表面的相互作用的强度大于与气-液界面张力有关的恢复力。经处理具有凸 起体的表面上的液体被完全吸入交叉的毛细管道中，且液体在凸起体侧面 上形成前进接触角且在凸起体之间形成弯月面。

在本发明的一些实施例中，凸起体具有自凸起体之间所形成的毛细管 道的基底起约90°的升角，凸起体具有一个或多个单位单元(unit cell)，该一 个或多个单位单元具有小于1500微米的尺寸y、小于1000微米的最大表面 特征尺寸x及小于1000微米的高度尺寸z。

本发明的另一实施例为包括或包含具有一个或多个经处理具有凸起体 的表面的基板的物件，凸起体在凸起体之间形成交叉的毛细管道，并且该 经处理具有凸起体的表面具有如由固着水滴所测量的小于该基板未经处理 无凸起体的表面至少30°的前进接触角，且在某些情况下小于该基板未经处 理无凸起体的表面至少40°的前进接触角。经处理具有凸起体的表面的特征 在于通过液体铺展于该经处理具有凸起体的表面上所润湿的面积与附着于 该经处理具有凸起体的表面上的液滴的体积成比例，且藉此结构化表面上 被吸入毛细管道中的液体在凸起体侧面上不形成前进接触角，且其中液体 在该凸起体之间不形成弯月面。在一些实施例中，凸起体具有小于90°的升 角，且凸起体之间形成的毛细管道具有一个或多个单位单元，该一个或多 个单位单元具有小于1200微米的尺寸y、小于800微米的最大表面特征尺 寸x及小于500微米的高度尺寸z。