其它合适的加压递送系统。加压递送系统可设 置用于递送浸渍液体的高压射流或喷流，从而使得置于经液体浸渍的表面上的任何接触液 体被从经液体浸渍的表面推走，且使补充浸渍液体与经液体浸渍的表面连通。在一些实施 方案中，所述装置可包括返回装置以允许将过量的浸渍液体从表面带走，例如至外部储槽。 例如，可借助重力、毛细管作用将浸渍液体从表面抽走，可使用栗送机构（例如正压栗、虹 吸栗等）或任何其它合适的机构从表面移除过量的浸渍液体。
[0201] 在一些实施方案中，浸渍液体也可通过成核供应如通过从蒸气相冷凝，或者通过 使浸渍液体由包含浸渍液体的接触液体溶液直接成核。在一些实施方案中，浸渍液体的流 动也可为渗透驱动的，或者经由浓度梯度驱动。在一些实施方案中，接触液体前方的浸渍液 体润湿脊在其通过部分贫含浸渍液体的间隙区域时可补充多个特征的间隙区域。
[0202] 在一些实施方案中，经液体浸渍的表面可包含浸渍液体，其可为铁磁性液体，即具 有磁性的液体（例如包含亚铁或磁性微米或纳米颗粒的浸渍液体）。在该实施方案中，固体 特征可为磁性的或非磁性的。可使用磁场来稳定固体特征之中和/或之上的铁磁性浸渍液 体。此外，可设置磁场以维持由固体特征限定的间隙区域中的铁磁性浸渍液体的补充供料。 例如，磁场可通过在经液体浸渍的表面上方拖曳磁场而磁力拉动固体特征上的过量体积的 铁磁性浸渍液体。在一些实施方案中，包含铁磁性浸渍液体的经液体浸渍的表面可设置在 容器侧壁的内表面上。在该实施方案中，可使用磁场来以快速方式向容器的内表面再次供 应铁磁性浸渍液体。容器可包括洗涤剂杯、器皿、槽或本文所述的任何其它容器。在将铁磁 性液体的补充供料供应至经液体浸渍的表面之后，可移除磁场，从而使得铁磁性浸渍液体 的补充供料保留在经液体浸渍的表面所含的固体特征所限定的间隙区域中。
[0203] 由接触液体所夹带的经夹带的浸渍液体的分离
[0204] 本文所述的任何浸渍液体供应体系也可设置用于抽取浸渍液体，由此在离开管之 前将浸渍液体与接触液体分离。该分离设备可置于管的末端或者具有经液体浸渍的表面的 管区域的末端。这可减少在管出口处与接触液体一起释放的液体量。通过其从表面贫化浸 渍液体的机构可为被动式的（例如通过毛细管作用）或者主动式的，例如将液体从表面栗 送走（例如通过保持储槽压力低于管中的压力）。为了防止接触液体通过孔或通孔进入液 体储槽中，可确定孔的尺寸为足够小以提高突破压力（即，克服毛细管压力差所需的压力 差）。或者，孔可为较大的，条件是置于孔（例如筛孔）上方的多个固体特征具有极小的孔 以提高突破压力。对S为管材料还希望的是ΘlsW〈Θ。，此外对S为包括多个特征的材料希 望的是0lsw〈0c。
[0205] 经液体浸渍的表面（例如经液体浸渍的表面100、200或本文所述的任何其它经液 体浸渍的表面）可使用各种方法形成。图19显示了用于形成经液体浸渍的表面的示例性 方法80的流程图。在一些实施方案中，形成经液体浸渍的表面的方法80包括将多个固体 特征置于具有第一滚动角的第一表面上（82)。例如，固体特征可通过自顶向下制造方法、喷 涂、浸涂、旋涂或本文所述的任何其它方法形成。将浸渍液体施加至第一表面（84)，从而使 得浸渍液体填充介于多个固体特征之间的间隙区域，且形成具有比第一滚动角小的第二滚 动角的第二表面。浸渍液体可使用喷涂、浸涂、旋涂、倾注、气相沉积方法或者通过本文所述 的任何其它方法施加。所述方法进一步包括再次施加浸渍液体以保持第二表面的第二滚动 角（86)小于第一滚动角。这可例如保持经液体浸渍的表面的超疏水性或者非润湿性。任 选地，可由与置于间隙区域中的浸渍液体接触的液体混合物施加浸渍液体（88)。所述液体 混合物可用于首次施加浸渍液体，或者补充置于在固体表面上形成的多个固体特征的间隙 区域中的一定量浸渍液体。在一些实施方案中，浸渍液体可由液体递送机构再次施加，所述 液体递送机构可与经液体浸渍的表面的间隙区域流体连接。在一些实施方案中，液体递送 机构可通过毛细管作用与间隙区域流体连接。在一些实施方案中，液体递送机构可通过压 力差（例如由栗送机构产生的压力差）或它们的组合与间隙区域流体连接。
[0206] 下文显示了经液体浸渍的表面和液体再供应机构的各个实施例。这些实施例仅仅 出于示意性目的，并非意欲限制本发明的范围。
[0207] 包括由蜂蜡形成的固体特征的经液体浸渍的表面
[0208] 图20A显示了包括PET表面的经液体浸渍的表面的SEM图像。将蜂蜡在乙醇中的 悬浮液喷涂至PET表面。使乙醇蒸发，从而留下置于PET表面上的蜂蜡颗粒，从而形成固体 特征。然后将浸渍液体喷涂至PET表面上，从而形成经液体浸渍的表面。图20B显示了置 于蜂蜡颗粒之中和之上的浸渍液体。观察到极低的Φ，且浸渍液体置于基本上所有固体特 征上。
[0209] 通过蚀刻形成的铝表面上的层次固体特征
[0210] 将铝表面在酸性溶液中化学蚀刻以使表面粗糙化并形成固体特征（S卩，织构）。将 所述表面在超声器中用丙酮清洁以移除污垢和污染物。将清洁的基材在室温下浸入2. 5M HC1溶液中达约8分钟。具有较高粗糙度的织构可通过将表面暴露于HC1达较长时间而获 得。在蚀刻后，将表面用去离子水充分冲洗，然后浸入沸水中达约20分钟。这导致在两个 长度标度上形成层次固体特征。图21A显示了在形成固体特征后的铝表面的SEM图像，其 显示了较大的特征；图21B显示了一部分织构化铝表面的放大图，其显示了较小的特征。通 过干涉分析法测得的表面复杂性为约95%，这等于约1. 95的wenzel粗糙度。然而，该粗糙 度参数不能说明图21A中所示的层次纳米特征。因此，实际的铝wenzel粗糙度可能要高得 多。
[0211] 通过喷砂形成的不锈钢表面上的固体特征
[0212] 借助细尺寸碳化硅砂粒对不锈钢表面进行喷砂。所述不锈钢表面在约lOOpsi压 力下喷砂约30秒。将所述基材用水充分冲洗，然后用丙酮和异丙醇清洁以从不锈钢表面移 除过量的砂粒和碎肩。图22A显示了不锈钢表面的SEM图像，图22B显示了一部分不锈钢 表面的放大图。表面的复杂性为约35%，这等于约1. 35的wenzel粗糙度。
[0213] 对具有不同粘度浸渍液体的经液体浸渍的表面冷凝的阻碍
[0214] 图23a显示了包含lOOcSt硅油作为浸渍液体的第一经液体浸渍的表面。图23c 显示了包含10cSt硅油的第二经液体浸渍的表面。在置于设定为约-20°C温度的室中的同 时，使用Peltier冷却器将这两种经液体浸渍的表面冷却至约-5°C的温度。该极高的冷却 足以克服图23c的第二经液体浸渍的表面中所含的10cSt硅油的遮蔽现象。在第二经液体 浸渍的表面上冷凝的水滴具有半球形状。与此相反，即使在该高度的过冷下，第一经液体浸 渍的表面中所含的较高粘度lOOcSt油凝聚的阻碍要大得多。如图23b中所示的一部分第 一经液体浸渍的表面的放大图中所示的那样，相对于在第二经液体浸渍的表面上观察到的 球度，第一经液体浸渍的表面上的水滴的球度显著更低。此外，水滴的凝聚显著减少。
[0215] 置于各种经液体浸渍的表面上的不同接触液体的流动参数
[0216] 本实施例显示了一系列实验的结果，所述实验包括使多个不同的外部相在多个不 同的被不同浸渍液体浸渍的固体表面上流动。所实施的实验结果示于下表3中。在下表3 中，θΜω,β?为浸渍液体（例如硅油，下标"〇"）在空气（下标、"）存在下在表面（下标 "s"）上的后退接触角，且其中为浸渍液体（例如硅油，下标"〇"）在外部相（下 标"e"）存在下在表面（下标"s"）上的后退接触角。θ\=CosYl/r)为在织构化基材 上的临界接触角，且为滚动角。
[0217] 表3 :滚动角的卖骑测宙
[0218]
[0219] 滑动角使用500μ1体积的外部流体（除了水）测量，对此使用5μL液滴。观察 到在其中后退〈Θ/的实验中，滚动角αM、（例如小于或等于20° )，而在其中Θ后 退,。')〉9/的情况下，滚动角α汰（例如大于或等于40° )。
[0220] 上表3中所示的实验数据中所用的硅表面为10μm硅方形粧（10X10X10μm)，其 具有10μm的粧间距。10μm硅方形微粧使用光刻图案化且使用深反应离子蚀刻（DRIE)蚀 亥IJ。使用piranha溶液将织构化的基材清洁并使用溶液沉积法用十八烷基三氯硅烷（0TS， 获自Sigma-Aldrich)涂覆。
[0221] 上表3中所示的"WPTFE"表面由喷涂至PET基材上的7:ITeflon颗粒和TokoLF Dibloc蜡的混合物的喷涂混合物构成。巴西棕榈蜡（CW)表面由喷涂至PET表面上的PPE CW构成。浸渍液体为丙烯二（辛酸酯/癸酸酯）（"roC"）、Krytox1506、D0WPMX200硅 油、10cSt( "硅油"）和Christo-lubeEXP101413-1( "CL"）。所用的外部相为蛋黄酱、牙 膏（例如Crest超白牙膏）和红水基漆。Wenzel粗糙度r使用Taylorhobson干涉分析仪 测量。尽管不能容易地获得Φ的精确估计值，然而在干涉分析仪中观察到，对表中所述的 所有经浸渍的表面而言，Φ远远小于0. 25 ;并且测试且使用0. 25作为我们表面的Φ的上 限值，我们确定〇〇?((1-Φν(Γ-φ)) =Θ。比Θ，的值大不超过5°。
[0222] 具有经液体浸渍的表面的导管和Τ形管储槽
[0223] 图24显示了管"管1"，其包括置于管1侧壁的内表面上的经液体浸渍的表面。在 管的内表面上通过用悬浮在乙醇中的蜂蜡颗粒的溶液充入该管并排空溶液达30秒而形成 固体特征。从排空后残留在表面上的溶液蒸发溶剂时，留下织构化表面。通过喷涂用丙二 醇二癸酸酯/二辛酸酯浸渍固体特征，从而形成经液体浸渍的表面。所述管包括通孔部分。 在通孔部分中通过动力钻孔限定具有约1/32英寸（0.79mm)直径的多个通孔。在通孔部 分周围设置T形管，从而使得T形管限定了用于容纳浸渍液体的补充供料的本地储槽（如 图16示意性地描述）。将导管与具有较大直径的T形管连接，从而连通来自外部储槽的恒 定浸渍液体供料。在导管中安装流量阀，从而使得可控制浸渍液体至T形管的流量。将管 1经由设置用于控制接触液体通过管1的流量的流量阀与用作接触液体的牙膏的槽连接。 在所有实验期间，槽压保持在约5psi下。图25显示了接触液体流量阀打开和接触液体流 经管1。图25获自打开阀门后约1分20秒，其显示非牛顿接触液体足够快地在管中流动， 而很少或不粘附在管的侧壁上。还打开浸渍液体阀，从而使得浸渍液体的补充供料经由孔 与经液体浸渍的表面连通。接触液体的流量为约13克/秒，同时浸渍液体的流量保持为约 0. 006克/秒。浸渍液体与接触液体的流量之比为约0. 04%。
[0224] 图26显示了接触液体通过管1-4的流量的图。比较管1的流量、通过不包括经液 体浸渍的表面或浸渍液体储槽的第二管"管2"的接触液体流量、通过包括经液体浸渍的表 面但不包括浸渍液体储槽的第三管"管3"的接触液体流量，和通过包括浸渍液体储槽而在 管内表面上不具有多个固体特征的第四管"管4"的接触液体流量。管2具有最小的接触液 体流量，其在整个实验持续期间保持为约〇. 4克/秒。管3具有比管2显著更高的接触液 体流量。管3的流量峰值为约5. 4克/秒，但降至约2. 5克/秒。管4具有约9. 0克/秒 的较高初始流量，但显著降至约管2的流量。相反地，管1具有比管2、管3和管4流量显 著更高的接触液体流量。管1具有约13克/秒的流量，其在约140秒操作后降至约12克 /秒。管4具有约0. 15克/秒的液体润滑剂平均流量，这显著高于管1中的约0. 006克/ 秒。尽管液体润滑剂至管4内表面（未涂覆）的流动更大，但接触液体的流量仍远远小于 管1 (具有连续液体再供应的经液体浸渍的表面）中的接触液体的流量。
[0225] 尽管上文已描述了系统、方法和设备的各实施方案，然而应理解的是它们仅以示 例而非限制的方式给出。当上述方法和步骤表明特定事件以特定顺序发生时，受益于本发 明的本领域技术人员会认识到可改变特定步骤的顺序，且该改变是根据本发明的变型。此 外，可能的话，特定步骤可以以平行工艺同时实施，以及如上文所述顺序实施。已特别地显 示和描述了实施方案，然而应理解的是可对形式和细节进行各种改变。
【主权项】
1. 一种具有经液体浸渍的表面的装置，其包括： 具有第一滚动角的第一表面； 设置在第一表面上的多个固体特征，所述多个固体特征限定了介于所述多个固体特征 之间的间隙区域； 设置在所述间隙区域中的浸渍液体，确定所述间隙区域的尺寸并对所述间隙区域进行 设置以通过毛细管作用保持被浸渍液体浸渍； 至少部分由设置在所述间隙区域中的浸渍液体限定的具有比第一滚动角小的第二滚 动角的第二表面；和 设置用于将浸渍液体输送至所述间隙区域的液体递送机构。2. 权利要求1的装置，其中所述液体递送机构包括设置用于容纳浸渍液体供料的储 槽，所述储槽与所述间隙区域流体连接，从而使得浸渍液体供料可通过毛细管作用流入所 述间隙区域中。3. 权利要求2的装置，其中容纳浸渍液体供料的储槽处于比所述间隙区域更高的压力 下，从而使得所述浸渍液体供料由于压力差而被推动进入所述间隙区域。4. 权利要求2的装置，其中所述液体递送机构包括设置用于将浸渍液体由所述储槽输 送至所述间隙区域的栗送机构。5. 权利要求1的装置，其中所述经液体浸渍的表面具有如下中的至少一个：具有约 0〈Φ〈0. 25范围的浮出面积比例Φ，和铺展系数5Μ(ν)〈0。6. 权利要求5的装置，其中0. 01〈Φ〈0. 25。7. 权利要求6的装置，其中所述固体特征包括化学改性表面、涂覆表面和与单层结合 的表面中的至少一种。8. 权利要求1的装置，其中如下中的至少一种：9，后退=〇、9。咖,后退 =〇,和Θ。咖， 后退=〇。9. 权利要求1的装置，其中如下中的至少一种：Θ 和10. 权利要求1的装置，其中如下中的至少一种：Θ。办)，后退〈9。，和9。5(6)，后退〈 9。。11. 权利要求1的装置，其中如下中的至少一种：θ fsW,后退〈^气，和 0〇S(e)，后退〈0*。。12. 权利要求1的装置，其中在所述经液体浸渍的表面上设置接触液体，所述接触液体 不同于所述浸渍液体。13. 权利要求12的装置，其中所述装置包括如下中的至少一种：容器、管线、喷嘴、阀 门、导管、器皿、瓶、模具、模口、斜槽、碗、盆、箱、盖、洗衣洗涤剂盖和管。14. 权利要求12的装置，其中所述接触液体包括如下中的至少一种：食品、化妆品、水 泥、沥青、焦油、冰激凌、蛋黄、水、酒精、水银、镓、制冷剂、牙膏、漆、花生酱、冻胶、果酱、蛋黄 酱、番茄酱、芥末、调味品、洗衣洗涤剂、消费产品、汽油、石油产品、油、生物流体、血液和血 浆。15. 权利要求1的装置，其中所述多个固体特征具有大于约1. 01的wenzel粗糙度。16. -种具有经液体浸渍的表面的装置，其包括： 第一基材，其具有第一表面、第二表面和一个或多个从第一表面延伸至第二表面的 孔； 第二基材，其与第二表面隔开且限定了介于第一基材的第二表面和第二基材之间的内 部区域； 设置在第一基材的第一表面上的多个固体特征，所述多个固体特征限定了介于所述多 个固体特征之间的间隙区域； 设置在所述间隙区域中的浸渍液体，确定所述间隙区域的尺寸并对所述间隙区域进行 设置以通过毛细管作用保持被浸渍液体浸渍；和 设置在所述内部区域中的浸渍液体供料，所述内部区域与所述间隙区域流体连接，从 而使得所述浸渍液体供料可经由一个或多个孔流入所述间隙区域中。17. 权利要求16的装置，其中对所述一个或多个孔进行设置，从而使得所述浸渍液体 供料可通过毛细管作用流入所述间隙区域中。18. 权利要求16的装置，其中第一基材的第一表面具有第一滚动角，且 其中设置在所述间隙区域中的浸渍液体限定了具有第二滚动角的第三表面，当使用与 用于测量第二滚动角相同体积的接触液体来测量第一滚动角时，第二滚动角小于第一滚动 角。19. 权利要求16的装置，其中第二基材为接触液体可流过其中的管线。20. 权利要求16的装置，其中确定第一基材的形状并对所述第一基材进行设置以容纳 液体。21. 权利要求20的装置，其中设置在所述间隙区域中的浸渍液体限定了第三表面。22. -种装置，其包括： 容器，其具有内表面、外表面，且限定了设置用于容纳液体的内部区域； 设置在内表面上的多个固体特征，所述多个固体特征限定了介于所述多个固体特征之 间的间隙区域； 设置在所述间隙区域中的浸渍液体，确定所述间隙区域的尺寸并对所述间隙区域进行 设置，从而使得毛细力将浸渍液体保留在所述间隙区域中；和 设置在与浸渍在所述间隙区域中的浸渍液体接触的内部区域中的液体混合物，所述液 体混合物包括其中的浸渍液体，从而使得所述液体混合物可将浸渍液体供应至所述间隙区 域。23. 权利要求22的装置，其中所述液体混合物为多相液体。24. 权利要求23的装置，其中配制所述多相液体以使得当管的温度从第一温度变化至 第二临界温度时，所述多相液体变得不稳定且分离成两个不同的本体相。25. 权利要求22的装置，其中将所述液体混合物配制成过饱和的，从而使得在所述内 表面上诱发浸渍液体成核。26. 权利要求22的装置，其中所述内表面具有第一滚动角，且设置在所述间隙区域中 的浸渍液体限定了具有比第一滚动角小的第二滚动角的接触表面。27. 权利要求26的装置，其中配制所述液体混合物，从而将浸渍液体供应至所述间隙 区域以保持第二滚动角小于第一滚动角。28. -种方法，其包括： 在第一表面上设置多个固体特征，所述第一表面具有第一滚动角； 将浸渍液体施加至第一表面，从而使得浸渍液体填充介于所述多个固体特征之间的间 隙区域，所述浸渍液体形成具有比第一滚动角小的第二滚动角的第二表面；和 再次施加浸渍液体以保持第二表面的第二滚动角小于第一滚动角。29. 权利要求28的方法，其中由与设置在所述间隙区域中的浸渍液体接触的多相液体 补充浸渍液体。30. 权利要求28的方法，其中由与所述间隙区域流体连通的液体递送机构补充浸渍液 体。31. 权利要求30的方法，其中所述液体递送机构通过毛细管作用和压力差中的至少一 种与所述间隙区域流体连通。32. 权利要求28的方法，其中所述方法包括在第二表面上设置接触液体，所述接触液 体不同于经液体浸渍的表面。33. 权利要求32的方法，其中所述接触液体包括如下中的至少一种：食品、化妆品、水 泥、沥青、焦油、冰激凌、蛋黄、水、酒精、水银、镓、制冷剂、牙膏、漆、花生酱、冻胶、果酱、蛋黄 酱、番茄酱、芥末、调味品、洗衣洗涤剂、消费产品、汽油、石油产品、油、生物流体、血液和血 浆。34. 权利要求32的方法，其中第一表面为如下中至少一种的表面：容器、管线、喷嘴、阀 门、导管、器皿、瓶、模具、模口、斜槽、碗、盆、箱、盖、洗衣洗涤剂盖和管。35. 权利要求34的方法，其中在第二表面上设置接触液体，所述接触液体包括如下中 的至少一种：食品、化妆品、水泥、沥青、焦油、冰激凌、蛋黄、水、酒精、水银、镓、制冷剂、牙 膏、漆、花生酱、冻胶、果酱、蛋黄酱、番茄酱、芥末、调味品、洗衣洗涤剂、消费产品、汽油、石 油产品、油、生物流体、血液、血浆。
【专利摘要】一般而言，本文所述的实施方案涉及用于制备具有提高的耐久性的经液体浸渍的表面的设备、系统和方法。在一些实施方案中，经液体浸渍的表面包括具有第一滚动角的第一表面。在第一表面上设置多个固体特征，从而使得在所述多个固体特征之间限定了多个间隙区域。在间隙区域中设置浸渍液体。此外，确定所述间隙区域的尺寸并对所述间隙区域进行设置，从而使得表面保持被浸渍液体浸渍。设置在所述间隙区域中的浸渍液体限定了具有比第一滚动角小的第二滚动角的第二表面。所述装置还包括设置用于将浸渍液体输送至所述间隙区域的液体递送机构。
【IPC分类】F16N7/12, B29C33/58, B05D5/08
【公开号】CN105408031
【申请号】CN201480025368
【发明人】J·D·史密斯, C·W·海本, T·丛, J·卡贝克, C·波尔斯, K·瓦拉纳西, E·格林
【申请人】利奎格利德股份有限公司
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2014年3月17日
【公告号】CA2906827A1, EP2969257A1, US20140314975, WO2014145414A1