专利名称：具有超憎液表面的流体处理部件的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及流体处理部件，特别涉及一种具有超憎液接触表面的流体处理部件。
背景技术：
流体处理部件，例如通道、管道、管子和相关装配部件以及其它部件已经沿用了千百年，用以将液体从一个地方输送到另一个地方，从一道工序输送到另一道工序。然而，流动的流体和流体处理部件间的摩擦力一直是实现流体处理系统最高效率的一个重大挑战。摩擦力提高了泵送流体通过系统所需要的能量并降低了通过系统的流体的流速。
众所周知，流体处理部件的流体接触表面的物理特性对流体和流体处理部件间的摩擦力有影响。一般说来，例如，较光滑的表面会减小摩擦力而较粗糙的表面增加摩擦力。此外，由不被沾湿的材料例如聚四氟乙烯(PTFE)制成的表面对流体显示相对较低的摩擦力。不被液体沾湿的表面称为“憎液”表面。如果液体是水，这样的表面可以说是憎水的，对于其它液体则是憎液的。
先前在减小流体处理系统流体摩擦力方面的努力只是取得部分成功。通过提供更光滑的流体接触面可以减小流体摩擦力，而减小可以达到的量是有限的。同样，使用通常的具有改良的表面沾湿特性的材料例如PTFE，可以在摩擦特性上有所改进，但改进的程度有限。而且，基于流体和使用的材料的兼容性，材料的选择会受到限制。
最近的一些工作集中在开发用于流体处理应用，特别是微流体应用的特殊的“超憎液”表面上。一般说来，如果一个表面不被沾湿的的程度达到一小滴水或其它液体与该表面有很大的静态接触角(大于约120度)，如果该表面显示保持液滴的倾向明显减少，或者如果完全浸入液体中时该表面存在液-气-固接口，该表面可以被称为超憎水表面或超憎液表面。在本申请中，“超憎液”一词一般既指超憎水表面，又指超憎液表面。
与通常的表面相比，对超憎液表面来说，液体和表面之间的摩擦可以显著降低。其结果是，超憎液表面非常适于在许多液力和流体力学方面的应用，特别是微流体的应用中大幅减少表面摩擦和增强流动性。
众所周知的是表面粗糙程度对表面的沾湿程度有重要影响。通常观察到的是，在某些情况下粗糙可以使其表面比相应的光滑表面更容易沾附液体。然而在其它情况下，粗糙可以使粗糙表面比相应的光滑表面更不容易沾附液体。在某些情况下，表面可以是超憎液的。
以前曾经做过在表面上有意增加粗糙程度以产生超憎液表面的努力。粗糙化的表面通常采用具有许多微米至纳米尺度的突起或凹穴，在此称为“凸(凹)体”的基底部件的形式，。
以前在产生具有微米/纳米尺度凸(凹)体的超憎液表面的努力只是取得部分成功。一般说来，已有技术的表面在液滴被小心地放置在该表面上的情况下显示超憎液特性，但是当液滴与表面发生碰撞或表面浸入液体中时这一特性通常会消失。
而且，在需要使用超憎液表面的流体处理应用中的流体压力往往超过一个大气压，在极端的应用中可以达到几百个大气压。目前产生的超憎液表面只在不超过0.1个大气压的情况下才能作为有效的超憎液表面，这严重限制了这种表面在流体处理部件应用中的适用性。
还有，已有技术的超憎液表面经常用脆弱的聚合物或化学涂层沉积在基底上形成。这些涂层物理上容易被损坏，甚至被流体的压力损坏，而失去作用。流体处理部件的应用一般需要耐用的流体接触表面以便具有合理长的有效寿命。
排空能力也经常是流体处理系统的一个重要特性。无论是否出于维修或其它的原因，有些时候一般均须排空大部分流体处理系统。由于多种原因，此时候通常希望从系统中排除尽可能多的流体。而且，在例如半导体加工的应用中，为了使不希望的加工污染降至最小，从系统中实质上排空所有的流体至关重要。
在传统的流体处理系统中，流体和流体接触面之间通常有足够的粘附力，使得一个个的流体液滴附着在系统的流体接触表面上。这些液滴不易去除，而且在一个庞大的系统中会包括相当数量的流体。
在工业上仍需要具有可在压力下明显减小流体摩擦的特性并有改进的排空能力特性的流体处理部件。
发明内容
本发明包括具有在液压达到和超过一个大气压时仍具有超憎液特性的持久超憎液接触表面的流体处理部件。该表面一般包括设置有许多凸出的形状规则的微米或纳米尺度的凸(凹)体，使得表面具有预先确定的等于或超过接触线密度值“ΛL”的接触线密度，接触线密度通过每平方米表面面积的接触线的米数来衡量，ΛL由下列公式确定
其中γ是以牛顿每米为单位的液体表面张力，θa，0是以实验测得的液体在凸(凹)体材料上以度为单位的实际前进接触角，ω是凸(凹)体以度为单位的上升角。
凸(凹)体可以在基底材料本身之内或之上形成，或者形成于基底表面上的一层或几层材料中。凸(凹)体可以是任何形状规则或不规则的三维实心或空心体并可以设置成任何规则的几何图形或任意设置。
本发明还可包括制造具有在液压最高至预定压力值时仍具有超憎液特性的流体接触表面的流体处理部件的方法。该方法包括如下步骤选择凸(凹)体上升角；根据下列公式确定临界接触线密度值“ΛL” 其中P是预定的压力值，γ是液体表面张力，θa，0是以实验测得的液体在凸(凹)体材料上以度为单位的实际前进接触角，ω是凸(凹)体的上升角；提供基底部件；以及在基底上形成许多凸出的凸(凹)体使表面具有实际上等于或大于临界接触线密度的实际接触线密度。
凸(凹)体可以采用光刻工艺、或使用纳米加工、微冲压、微接触印刷、自组装金属胶体单分子膜、原子力微复制纳米加工、溶胶-凝胶模制法、自组装单分子膜定向图案化工艺、化学蚀刻、溶胶-凝胶冲压法、胶体墨水印刷法形成，或者在基底上设置一层平行的纳米碳管来形成。该方法还可以进一步包括根据下列公式确定以米为单位的临界凸(凹)体高度值“Zc”的步骤 其中d是两相邻的凸(凹)体之间以米为单位的距离，θa，0是液体在表面上以度为单位的实际前进接触角，ω是以度为单位的凸(凹)体上升角。
预计具有超憎液接触面20的流体处理部件将显示急剧减小的流体摩擦特性，这将大大提高流体处理系统的效率并增进流体流量。由于表面使液滴悬浮的倾向，使得液滴在重力作用下沿着任何表面斜坡的方向自由滚动，排水能力会大大提高。超憎液表面会持久产生作用，在流体压力最高达到根据上述方法选择的设计压力时仍显示超憎液特性。
还可预计到其它的有益特性。例如，由于表面对液态水排斥的倾向，超憎液接触面20预计会抗生物膜生长。因此本申请的流体处理部件可以用在期望抑制生物膜生长的地方，例如温水储存和循环系统。
图1a为具有根据本发明的超憎液接触面的一定长度管道的局部纵向剖视图。
图1b为图1a所示的一定长度管道的剖视图。
图1c为根据本发明的、连接两部分管子的90度弯管接头的局部纵向剖视图。
图1d为根据本发明的双通阀部件的剖视图。
图1e为根据本发明的三通阀部件的剖视图。
图1f为根据本发明的管内流量计部件的剖视图。
图1g为根据本发明的管内流量计观察管的剖视图。
图1h为根据本发明的超憎液表面的大倍数放大透视图，其中多个纳米/微米尺度的凸(凹)体呈矩形阵列排列。
图2为图1的表面的一部分的俯视图。
图3为图2所示的表面部分的侧视图。
图4为本发明另一个实施例的局部俯视图，其中的凸(凹)体呈六角形阵列排列。
图5为图4的实施例的侧视立面图。
图6为表示悬浮在凸(凹)体之间的液体发生曲折的侧视立面图。
图7为表示一定量的液体悬浮在凸(凹)体的顶部的侧视立面图。
图8为表示液体接触凸(凹)体之间的空间的底部的侧视立面图。
图9为本发明另一个实施例的单个凸(凹)体的侧视立面图，其中凸(凹)体的上升角是锐角。
图10为本发明另一个实施例的单个凸(凹)体的侧视立面图，其中凸(凹)体的上升角是钝角。
图11为本发明另一个实施例的单个凸(凹)体的局部俯视图，其中凸(凹)体是圆柱形的并呈矩形阵列排列。
图12是图11的实施例的俯视立面图。
图13是不同形状和排列的凸(凹)体的接触线密度的公式列表。
图14是本发明另一个实施例的侧视立面图。
图15是图14的实施例的俯视立面图。
图16是本发明另一个实施例的单个凸(凹)体的俯视图。
具体实施例方式
在本申请中，“流体处理部件”一词泛指管道，管子，接头，阀，流量计，罐，泵和任何其它可以用来处理，运输，盛放或输送流体的装置或部件。“流体接触面”一词泛指流体处理部件的任何可能接触流体的表面或部分。“流体处理系统”一词指流体处理部件的任何一种容许液体流动的相互连接的构造。
图1a-图1g所示为根据本发明的流体处理部件的各种实施例。在图1a和图1b中一定长度的管子100具有管体102和贯通管体的管腔104。基底106设为管腔104的护衬。超憎液流体接触面20形成于基底106上并面向里以接触流过管腔104的流体。基底106可以通过膜插入成型法加至管体102上，这一方法披露于在审批过程中的申请号为10/304,459，名称为“供流体控制装置用的功能聚合物膜插入成型方法”的美国专利申请中，本专利申请的申请人共有该专利申请，该申请的全部内容均被引用于此。尽管图1a和图1b的实施例中所示的是单独的基底106，但是应当知道在其它的实施例中，管体102可以作为具有在其面向内的表面上直接形成超憎液流体接触面20的基底。也应当知道，超憎液流体接触面可以延伸至管子100整个长度或者选择性地位于流动状态至关重要的任何所需位置。
图1c所示为一种连接两节管子110的90度弯管接头108形式的流体处理部件的另一实施例。弯管接头108有具有超憎液流体接触面20直接位于其内表面114的管体部分112。每一根管子118的内表面116也可以是超憎液流体接触面20。当然，应当容易知道超憎液流体接触面20可以设置在任何形状或尺寸的管道，管子，接头和通道上。例如，虽然在图1c中只表示了90度弯管接头，但是其它接头，例如巨肘弯头，T型弯头，Y型弯头以及卫生器具接头，岐管等等也可以设置本发明的超憎液流体接触面。
另外，其它更复杂的流体处理部件，例如图1d所示的双通阀120也可以设置超憎液流体接触面20。双通阀120通常包括阀体122和阀杆124。阀体122通常包括被连续流道130连接的入口126和排出口128。阀杆124包括手柄132，杆134和密封面136。超憎液流体接触面20可以形成在双通阀120的全部沾湿表面上，包括入口126，排出口128和流道130或任何所需位置。超憎液流体接触面20还可以形成在阀杆134的沾湿部分上。
图1e所示为流体处理部件138的另一个实施例。在图1e中，三通阀140包括具有入口144，第一排出口146和第二排出口148的阀体142。三通阀140还包括在中心阀腔152内的阀杆150。第一排出口146和第二排出口148设有倒钩的端部，以便于与流体回路的其它部分相互连接。同样，超憎液流体接触面20可以形成在阀体142的和阀杆150的全部沾湿表面上或经选择的任何部分上。
显然超憎液流体接触面20可以应用到任何阀结构上。这些阀结构可以包括任何数目的入口和排出口，各种阀连接，包括雌雄螺纹连接器和卫生洁具的连接器。另外，根据本发明的超憎液流体接触面可以供选择地广泛应用到各种阀杆，包括用在球阀，闸阀和隔膜阀中的阀杆上。
如图1f和图1g所示，流体处理部件可以是流量计部件154的形式。流量计部件154通常包括入口156和排出口158，观察管160和浮子162。在所述的实施例中，超憎液流体接触面20可以形成于流量计部件154的全部沾湿表面上。在图1g所示的实施例中，观察管160具有内基底164，并有超憎液流体接触面20位于基底164的内表面166上。应当知道，超憎液流体接触面20可以应用到任何流体监视装置上，包括具有传送流体流动数据的传感器的流量计上。在这样的实施例中，超憎液流体接触面20可以形成在使用明轮，涡轮，磁体和其它在工业上通用的流动传感装置的传感器上总之，应当知道的是超憎液流体接触面20可以用于任何需要具有这些特性的流体处理部件。这样的流体处理部件的其它例子可以包括例如泵，喷嘴，溢流装置，以及液压部件，如气缸，的流体流动装置。容易知道本发明的超憎液流体接触面20可以有益地应用到微流体处理部件，特别是可使用较高流体压力的地方。
现在回到图1h，其所示为超憎液流体接触面20的大倍数放大图。超憎液流体接触面20通常包括具有许多突起的凸(凹)体24的基底22。每一个凸(凹)体24具有多个侧面26和顶面28。每一个凸(凹)体24具有一宽度，在图中用“x”表示，以及一高度，在图用“z”表示。
如图1h-图3所示，凸(凹)体24排列成规则的矩形阵列，每一个凸(凹)体与相邻的凸(凹)体之间有一个间距，在图中用“y”表示。凸(凹)体24的顶缘30所对的角用_表示，凸(凹)体24的侧面26相对于基底22的上升角用ω表示。角_和角ω的和为180度。
通常，超憎液流体接触面20上存在液-固-气接口时会显示超憎液特性。如图7所示，如果液体32只接触其顶部28和临近凸(凹)体24的顶缘30的侧面26的一部分，在凸(凹)体之间的空间34中填有空气和其它气体，必然存在液-固-气接口。液体被称为“悬浮”在凸(凹)体24的顶部和顶缘30之间。
下文将要说明的是，液-固-气接口的形成取决于某些相关的凸(凹)体24的几何参数和液体的特性。根据本发明，可以对凸(凹)体24的几何特性进行选择，使得超憎液流体接触面20在任何所需的液体压力下显示超憎液特性。
参照图1h-图3的矩形阵列，表面20可以分成围绕每一个凸(凹)体24的相同的区域36，其边界用虚线表示。在每一个相同区域36的凸(凹)体的面积密度(δ)可由下列等式描述，δ=12y2,---(1)]]>其中y是凸(凹)体之间以米表示的间距。
如图1h-图3所示的具有正方形剖面的凸(凹)体24，其顶部28的顶缘30的周长(p)p＝4x， (2)其中x是凸(凹)体以米表示的宽度。
周长p可以称为确定液-固-气接口位置的“接触线”。作为每单位表面面积的接触线长度的表面接触线密度(Λ)，是周长(p)和凸(凹)体面积密度(δ)的乘积，因此Λ＝pδ。(3)对于如图1-图3所示的正方形凸(凹)体的矩形阵列而言Λ＝4x/y2。 (4)如果作用于流体的重力所产生的体积力(F)小于作用于凸(凹)体的接触线的表面力(f)，一定量的流体会悬浮在凸(凹)体24的顶部。与重力有关的体积力(F)可由下列公式确定F＝ρgh，(5)其中(ρ)是液体的密度，(g)是重力加速度，(h)是液体的深度。因此，例如，对于密度约为1000kg/m3的10米的水柱，体积力(F)将为F＝(1000kg/m3)(9.8m/s2)(10m)＝9.8×104kg/m·2-s另一方面，表面力(f)取决于液体的表面张力(γ)，凸(凹)体24的侧面26相对于垂线的表观接触角θs，凸(凹)体的接触线密度(Λ)和液体的表观接触区域(A)有关f＝-ΛAγcosθs。
(6)液体在特定固体材料上的实际前进接触角(θa，0)定义为液体在实质上没有凸(凹)体的材料的表面上实验测得的最大静态接触角。实际前进接触角通过本领域的公知技术很容易测得。
在具有凸(凹)体的表面上的悬浮液滴在凸(凹)体的侧面显示实际前进接触角(θa，0)。在凸(凹)体侧面相对垂线的接触角(θs)通过_和ω与实际前进接触角(θa，0)的关系如下
θs＝θa，0+90°-_＝θa，0+ω-90°(7)使F和f相等，求出接触线密度Λ，便可确定临界接触线密度参数ΛL，用于预测表面的超憎液特性， 其中(ρ)是液体的密度，(g)是重力加速度，(h)是液体的深度，(γ)是液体的表面张力，ω是凸(凹)体的侧面相对于基底以度为单位的上升角，(θa，0)是实验测得的液体在凸(凹)体材料上的以度为单位的实际前进接触角。
如果Λ＞ΛL，液体会悬浮在凸(凹)体24的顶部，产生超憎液表面。反之，如果Λ＜ΛL，液体会塌陷在凸(凹)体上，表面的接触接口会只有液/固接口，不具超憎液特性。
应当知道，通过在上述给定等式的分子中替换一个适当的值，便可确定一个临界接触线密度，设计出任何所需压力值下能保持超憎液特性的表面，该等式可以归纳如下 其中P是表面必须显示超憎液特性的以千克/平方米表示的最大压力，γ是以牛顿/米表示的液体表面张力，θa，0是实验测得的液体在凸(凹)体材料上的以度为单位的实际前进接触角，ω是凸(凹)体以度为单位的上升角。
一般预期，根据上述关系形成的表面20会在最高达到并包括上面的方程(9)中所用的P值的流体压力下显示超憎液特性。无论表面是浸入液体，受液体喷射或喷洒，或受到个别液滴的撞击，都会显示超憎液特性。
根据上述关系，表面20在一个大气压的液体压力，相当于约10,330kg/m2下，会显示超憎液特性，其中表面20的接触线密度Λ等于或超过由下式确定的临界接触线密度ΛL 其中γ是以牛顿/米表示的液体表面张力，θa，0是实验测得的液体在凸(凹)体材料上的以度为单位的实际前进接触角，ω是凸(凹)体以度为单位的上升角。
一旦临界接触线密度值确定，剩下的凸(凹)体的几何参数可以根据接触线密度方程给出的x和y的关系确定。换句话说，可以通过选择接触线等式中的x或y值，求出其它变量，从而确定表面的几何形状。
如图6所示，液接口在相邻的凸(凹)体之间向下曲折一个量D1。如果量D1大于凸(凹)体24的高度(z)，液体会在凸(凹)体24间的一个点接触基底22。如果发生这种情况，液体会进入空间34，并塌陷于凸(凹)体上，破坏表面的超憎液特点。D1的值代表一个临界的凸(凹)体高度(Zc)，可根据下式确定， 其中(d)是相邻凸(凹)体之间的距离，ω是凸(凹)体的上升角，θa，0是实验测得的液体在凸(凹)体材料上的实际前进接触角。凸(凹)体24的高度(z)必须至少等于，最好大于临界凸(凹)体高度(Zc)。
尽管在图1h-图3中，凸(凹)体的上升角ω为90度，其它的凸(凹)体几何形状也是可以的。例如，ω可以是如图9所示的锐角或如图10所示的钝角。一般说来，ω最好在80到130度之间。
还应当知道各种不同的凸(凹)体形状和排列方式都可能包含在本发明的范围内。例如，凸(凹)体可以是如图11和图12所示的多面体，圆柱体，以及椭圆柱或任何其它合适的三维形状。另外，可以使用各种各样的办法使凸(凹)体的接触线密度最大化。如图14和15所示，可以形成具有底部38和顶部40的凸(凹)体24。顶部40上顶缘30的较大周长增加了表面的接触线密度。同样，例如可以在如图16所示的凸(凹)体24上形成诸如凹部42的特征，以增加顶缘30的周长，从而增加接触线密度。凸(凹)体也可以是在基底上形成的凹穴。
凸(凹)体可以排列成如上所述的矩形阵列，如图4-5所示的六边形那样的多边形阵列，或圆形或卵形排列。只要能维持临界接触线密度，凸(凹)体也可以随机分布，尽管这样的随机排列可能使超憎液特性小于预计特性且不是较佳方式。在随意分布的情况下，临界接触线密度和其它相关参数可以视为是表面的平均值。在图13的表格中，列出了计算各种其它凸(凹)体形状和排列的接触线密度的公式。
一般说来，基底材料可以是任何适于在其上面形成微米或纳米尺度凸(凹)体的材料。凸(凹)体可以通过光刻或多种适宜的方法直接在基底材料本身上形成，或者在沉积在基底上的一层或多层其它材料上形成。一种适合形成微米/纳米尺度凸(凹)体的光刻方法披露于公布号为WO02/084340的PCT专利申请中，该申请的全部内容均被引用于此。
其它适于形成所需形状和间距的凸(凹)体的方法包括披露于第2002/00334879号美国公开专利申请中的纳米加工工艺，披露于第5,725,788号美国专利中的微冲压工艺，披露于第5,900,160号美国专利中的微接触印刷工艺，披露于第5,609,907号美国专利中的自组装金属胶体单分子膜法，披露于第6,444,254号美国专利中的微冲压工艺，披露于第5,252,835号美国专利中的原子力微复制纳米加工工艺披露于第6,403,388号美国专利中的纳米加工工艺，披露于第6,530,554号美国专利中的溶胶-凝胶模制法，披露于第6,518,168号美国专利中的表面自组装单分子膜定向图案化工艺，披露于第6,541,389号美国专利中的化学蚀刻，披露于第2003/0047822号美国公开专利申请中的溶胶-凝胶冲压法，以上内容均被引用于此。纳米碳管结构也可以形成所需的凸(凹)体几何形状。纳米碳管结构的例子披露于第2002/0098135号和第2002/0136683号美国公开专利申请中，也被全文被引用于此。也可以用公知的使用胶体墨水印刷法形成合适的凸(凹)体结构。当然，应当知道的是任何形成精确形成微米/纳米尺度凸(凹)体的其它方法也可以使用。
预计具有超憎液流体接触面20的流体处理部件会具有急剧减小流体摩擦的特性，这将会极大提高流体处理系统的效率和提高流体的流动能力。由于表面使液滴悬浮的倾向，使得液滴在重力作用下沿着任何表面斜坡的方向自由滚动，排水能力会大大提高。超憎液表面会持久产生作用，在流体压力高达到根据上述方法选择的设计压力时仍显示超憎液特性。
预计还会有其它的有益特性。例如，由于表面的憎水倾向，超憎液流体接触面20预计会阻止生物膜的生长。因此，本申请的流体处理部件可以用在期望抑制生物膜生长的地方，例如温水储存和循环系统中。
权利要求
1.一种流体处理部件，其特征是包括具有至少一个流体接触表面部分的本体，所述流体接触表面部分包括具有许多形状实质上相同的凸(凹)体的基底，每个凸(凹)体具有相对基底的相同凸(凹)体上升角，该凸(凹)体的位置使超憎液表面的以接触线米数/平方米表面积计量的接触线密度等于或大于按以下公式确定的接触线密度值“ΛL” 其中，γ是和上述表面接触的液体的表面张力，单位为牛顿/米，θa，0是通过实验测量出的凸(凹)体材料上液体的实际前进接触角，单位为度，ω是凸(凹)体上升角，单位为度，其中在至少一个大气压时，该表面与流体呈现一个液-固-气界面。
2.根据权利要求1所述的部件，其特征是上述凸(凹)体是凸出体。
3.根据权利要求2所述的部件，其特征是上述凸(凹)体是多面体形状。
4.根据权利要求2所述的部件，其特征是每一个凸(凹)体具有一般为正方形的横截面。
5.根据权利要求2所述的部件，其特征是上述凸(凹)体是圆柱形或椭圆柱形。
6.根据权利要求1所述的部件，其特征是上述凸(凹)体是形成于基底上的凹穴。
7.根据权利要求1所述的部件，其特征是上述凸(凹)体排列成实质上统一的阵列。
8.根据权利要求7所述的部件，其特征是上述凸(凹)体排列成矩形阵列。
9.根据权利要求1所述的部件，其特征是上述凸(凹)体具有相对基底部分的实质上统一的高度，并且该凸(凹)体高度大于按以下公式确定以米计量的临界凸(凹)体高度“Zc” 其中d是相邻凸(凹)体间的距离，单位为米，θa，0是通过实验测量出的凸(凹)体材料上液体的实际前进接触角，单位为度，ω是凸(凹)体上升角，单位为度。
10.根据权利要求1所述的部件，其特征是该部件包括具有含内表面的管腔的管子，其中至少一个流体接触表面部分是在上述内表面上。
11.根据权利要求1所述的部件，其特征是该部件为阀。
12.根据权利要求1所述的部件，其特征是该部件为流体移动装置。
13.根据权利要求12所述的部件，其特征是该流体移动装置为泵。
14.一种制造具有用于与表面接触的液体的压力为至少一个大气压时排斥液体的超憎液表面的流体处理部件的方法，其特征是该方法包括提供包括具有外表面的基底的流体处理部件；以及在基底的外表面上形成许多形状实质上统一的凸(凹)体，每个凸(凹)体具有相对基底部分的相同凸(凹)体上升角，这些凸(凹)体的位置使上述超憎液表面的以接触线米数/平方米表面积计量的接触线密度等于或大于按以下公式确定的接触线密度值“ΛL” 其中γ是和上述表面接触的液体的表面张力，单位为牛顿/米，θa，0是通过实验测量出的凸(凹)体材料上液体的实际前进接触角，单位为度，ω是凸(凹)体上升角，单位为度。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征是该凸(凹)体是通过光刻法形成。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征是上述凸(凹)体是按选自下组方法中的一种方法形成，该组方法包括纳米加工工艺、微冲压工艺、微接触印刷工艺、自组装金属胶体单分子膜工艺、原子力微复制纳米加工工艺、溶胶-凝胶模制法、自组装单分子膜定向图案化工艺、化学蚀刻法、溶胶-凝胶冲压法、胶体墨水印刷法以及在基底上排列一层平行的纳米碳管的方法。
17.一种制造具有在液压高达设定压力值时具有超憎液特性的液体接触表面的流体处理部件的方法，其特征是该方法包括选择凸(凹)体上升角；按照以下公式确定临界接触线密度“ΛL” 其中，P是设定压力值，γ是液体的表面张力，θa，0是通过实验测量出的凸(凹)体材料上液体的实际前进接触角，单位为度，ω是凸(凹)体上升角，提供具有基底的流体处理部件；以及在基底上形成许多凸起的凸(凹)体，使表面具有等于或大于临界接触线密度的实际接触线密度。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征是该凸(凹)体是通过光刻法形成。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征是上述凸(凹)体是用选自下组方法中的一种方法形成，该组方法包括纳米加工工艺、微冲压工艺、微接触印刷工艺、自组装金属胶体单分子膜工艺、原子力微复制纳米加工工艺、溶胶-凝胶模制法、自组装单分子膜定向图案化工艺、化学蚀刻法、溶胶-凝胶冲压法、胶体墨水印刷法或在基底上排列一层平行的纳米碳管的方法。
20.根据权利要求17所述的方法，其特征是还包括选择凸(凹)体几何形状的步骤。
21.根据权利要求17所述的方法，其特征是还包括选择凸(凹)体阵列形式的步骤。
22.根据权利要求17所述的方法，其特征是还包括选择至少一种凸(凹)体尺寸和利用接触线密度等式确定至少一种其它凸(凹)体尺寸的步骤。
23.根据权利要求17所述的方法，其特征是还包括按照以下公式确定以米计量的临界凸(凹)体高度值“Zc” 其中，d是相邻凸(凹)体间的距离，单位为米，θa，0是表面上液体的实际前进接触角，单位为度，ω是凸(凹)体的上升角，单位为度。
24.一种流体处理系统，其特征是包括具有包括至少一个流体接触表面部分的本体的至少一个流体处理部件，上述流体接触表面部分包括其上具有许多形状实质上相同的凸(凹)体的基底，每个凸(凹)体具有相对基底的相同凸(凹)体上升角，该凸(凹)体的位置使超憎液表面的以接触线米数/平方米表面积计量的接触线密度等于或大于按以下公式确定的接触线密度值“ΛL”， 其中，γ是和上述表面接触的液体的表面张力，单位为牛顿/米，θa，0是通过实验测量出的凸(凹)体材料上液体的实际前进接触角，单位为度，ω是凸(凹)体上升角，单位为度，其中在至少一个大气压时，该表面与流体呈现一个液-固-气界面。
25.根据权利要求24所述的系统，其特征是上述凸(凹)体是凸出体。
26.根据权利要求25所述的系统，其特征是上述凸(凹)体是多面体形状。
27.根据权利要求25所述的系统，其特征是每一个凸(凹)体具有一般为正方形的横截面。
28.根据权利要求25所述的系统，其特征是上述凸(凹)体是圆柱形或椭圆柱形。
29.根据权利要求24所述的系统，其特征是上述凸(凹)体是形成于基底上的凹穴。
30.根据权利要求24所述的系统，其特征是上述凸(凹)体排列成实质上统一的阵列。
31.根据权利要求30所述的系统，其特征是上述凸(凹)体排列成矩形阵列。
32.根据权利要求24所述的系统，其特征是该凸(凹)体具有相对基底部分的实质上统一的高度，并且该凸(凹)体高度大于按以下公式确定的临界凸(凹)体高度“Zc” 其中d是相邻凸(凹)体间的距离，单位为米，θa，0是通过实验测量出的凸(凹)体材料上液体的实际前进接触角，单位为度，ω是凸(凹)体上升角，单位为度。
33.根据权利要求24所述的系统其特征是该部件包括具有含内表面的管腔的管子，其中至少一个流体接触表面部分是在上述内表面上。
34.根据权利要求24所述的系统，其特征是该部件为阀。
35.根据权利要求24所述的系统，其特征是该部件为流体移动装置。
36.根据权利要求35所述的系统，其特征是该流体移动装置为泵。
全文摘要
一种具有持久超憎液流体接触表面的流体处理部件，该表面在液体压力达到一个大气压或更高时仍能够显示超憎液特性。该表面通常包括设置有许多凸出的形状规则的微米或纳米尺度的凸(凹)体的基底部分，使得表面具有等于或大于按以下公式确定的接触线密度值“Λ
文档编号B01L3/00GK1806127SQ200480016234
公开日2006年7月19日 申请日期2004年4月15日 优先权日2003年4月15日
发明者查尔斯·W·艾克斯川德 申请人:安堤格里斯公司