用于修改在表面上冷凝的物件和方法
【專利摘要】本文中所述的物件和方法提供一種用于操控在表面上冷凝的方式，所述方式是通過使在所述表面上的紋理(102)微米/納米工程化并且所述紋理特征(102)之間的空隙用穩(wěn)定地保持在其間或在其內(nèi)的浸漬液體(106)填充。所述物件和方法允許水或其它冷凝相的液滴(101)，即使在微米大小范圍內(nèi)都容易從所述表面流下，從而增強(qiáng)冷凝物質(zhì)與冷凝表面之間的接觸。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過使用具有相對較高的表面張力的浸漬(次級)液體(106)，并且甚至更優(yōu)選地，具有高表面張力和低粘度兩者的浸漬液體，增強(qiáng)了滴狀冷凝。
【專利說明】用于修改在表面上冷凝的物件和方法
[0001] 相關(guān)申請
[0002] 本申請要求2012年2月29日提交的美國臨時專利申請第61/605, 133號的優(yōu)先 權(quán)和權(quán)益，并且將所述申請以其全文引用的方式并入本文中。
[0003] 政府支持
[0004] 本發(fā)明是在美國國家科學(xué)基金會授予的撥款號CBET 0952564下在政府支持下進(jìn) 行的。政府擁有本發(fā)明的某些權(quán)利。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0005] 本發(fā)明大體上涉及增強(qiáng)或抑制液滴從表面流下的物件和方法。更具體地說，在某 些實(shí)施例中，通過在表面的微米或納米級紋理中封裝或浸漬次級液體來提供用于操控在表 面上冷凝的物件和方法。

【背景技術(shù)】
[0006] 如果表面冷卻到指定壓力下的飽和溫度以下，那么蒸氣冷凝在表面上。冷凝相可 以在表面上生長為液膜和/或液滴或液體島狀物。冷凝適用于許多工業(yè)應(yīng)用，但是在某些 應(yīng)用中，通過促進(jìn)液滴流下來抑制或防止冷凝液體在表面上的膜狀累積是有用的。
[0007] 關(guān)于希望冷凝的應(yīng)用，膜的形成（即，膜狀冷凝）可能是不利的，因為膜會充當(dāng)冷 凝表面與冷凝物質(zhì)之間的熱傳遞的熱障礙。為了克服這種局限性，可以對表面加以改性以 使得冷凝相在表面上以液滴或島狀物形式生長（即，滴狀冷凝）。在滴狀冷凝下，液滴凝聚 并且周期性地流下，留下與冷凝物質(zhì)接觸的大的裸露表面，從而得到比膜狀冷凝大兩倍到 十倍的熱傳遞系數(shù)。在滴狀冷凝機(jī)制下，可以實(shí)現(xiàn)170_300kW/m 2的高熱通量。
[0008] 用于促進(jìn)滴狀冷凝的表面改性已經(jīng)使用例如涂料（例如，二（十八烷基）二硫醚 或油酸）、離子植入技術(shù)和具有微米/納米結(jié)構(gòu)的紋理化表面來實(shí)施。這類改性的常見目的 是促進(jìn)在冷凝表面上以大接觸角形成液滴。舉例來說，使用用納米/微米結(jié)構(gòu)紋理化的表 面獲得的超疏水表面可以使接觸線阻塞（contact line pinning)降到最低。參看圖la,在 附著力極小的情況下，開始與紋理化表面（例如，具有表面的峰或柱子頂部102)接觸的毫 米滴101可以容易地流下。然而，即使在展現(xiàn)大接觸角的表面上，冷凝相（例如，水）也不 會容易地流下，因為接觸線會阻塞到所述表面。舉例來說，參看圖lb，冷凝液滴會形成溫澤 (Wenzel)狀態(tài)（例如，冷凝相104圍住在表面的峰形或柱子頂部102的下方），在所述狀態(tài) 下，不容易實(shí)現(xiàn)液滴的脫阻塞，并且因此，液滴不容易流下。
[0009] 存在對操控（例如，促進(jìn)或抑制）在表面上冷凝的改良物件和的方法的需求。舉 例來說，存在對促進(jìn)滴狀冷凝并且液滴的阻塞極小的堅固表面的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本文中所述的物件和方法提供一種用于操控在表面上冷凝的方式，所述方式是通 過在所述表面上微米/納米工程化紋理并且所述紋理特征之間的空隙用穩(wěn)定地保持在其 間或在其內(nèi)的浸漬液體填充。所述物件和方法允許水或其它冷凝相的液滴（例如，即使在 微米大小范圍內(nèi)）容易從所述表面流下或流出，從而增強(qiáng)所述表面的熱傳遞系數(shù)。已經(jīng)發(fā) 現(xiàn)，通過使用用微米和/或納米結(jié)構(gòu)紋理化并且具有表面張力相對較高的浸漬（次級）液 體，并且甚至更優(yōu)選地，具有高表面張力和低粘度兩者的浸漬液體的表面，增強(qiáng)了滴狀冷 凝。
[0011] 此外，在某些實(shí)施例中，可以通過在浸漬表面上或在封裝次級液體中施加電場來 操控發(fā)生冷凝的熱力學(xué)條件。
[0012] 所述物件和方法適用于涉及冷凝的各種裝置，包括冷凝器、機(jī)翼、葉片、渦輪機(jī)、管 道、加濕器、除濕器、霧水采集器和收集器等。
[0013] 參看圖lc，在某些實(shí)施例中，所述物件和方法通過包括浸漬在表面紋理內(nèi)（即，封 裝）的次級液體106操控在表面上冷凝。次級液體封裝表面紋理，從而防止冷凝相達(dá)到溫 澤狀態(tài)。因為液體不同于氣體，在大范圍內(nèi)的壓力下是不可壓縮的，所以甚至可以用相對較 大的微紋理，而不需要如與先前非封裝或非浸漬表面一起采用的納米級紋理來防止冷凝相 的圍住。另外，次級層大大增加了冷凝相的液滴遷移率。冷凝液滴在次級液體上的遷移率 增加允許液滴容易從表面流下。不同于先前需要高液滴接觸角的超疏水表面，用本文中所 述的表面實(shí)現(xiàn)的高液滴遷移率與液滴接觸角無關(guān)。此外，在不同實(shí)施例中，可以在表面上形 成冷凝相的溫度通過在浸漬表面上或在封裝次級液體中施加電場來操控。因此，可以在高 于指定壓力的飽和溫度的溫度下誘導(dǎo)滴狀冷凝，并且可以大大提高在指定過冷溫度下的滴 狀冷凝和/或液滴流下的速率。
[0014] 在一個方面，本發(fā)明針對一種包括經(jīng)配置以促進(jìn)或抑制在上面冷凝和/或在上面 流下冷凝液的液體浸漬表面的物件，所述表面包括特征矩陣和浸漬液體，所述特征間隔足 夠靠近以在其間或在其內(nèi)穩(wěn)定地含有浸漬液體。在一個實(shí)施例中，浸漬（次級）液體的表 面張力使得浸漬液體在冷凝相（初級液體，即，冷凝液）上不擴(kuò)散并且冷凝相在浸漬液體上 不擴(kuò)散并且不形成膜。熱力學(xué)上，通過以下給出這個限制：
[0015] ( Y wa- Y ow) < Y oa < ( Y wa+ Y ow) (I)
[0016] 其中Ywa是初級液體相對于空氣的表面張力，Ym是浸漬液體相對于空氣的表面 張力，并且Y mt是浸漬（次級）液體相對于初級液體的表面張力。
[0017] 在某些實(shí)施例中，表面經(jīng)配置以促進(jìn)在其上冷凝和/或流下冷凝液，并且其中浸 漬液體的表面張力是冷凝液的表面張力的約30 %到約95 %。在某些實(shí)施例中，浸漬液體的 表面張力是冷凝液的表面張力的約33%到約67%。在某些實(shí)施例中，冷凝液是水。在某些 實(shí)施例中，浸漬液體的表面張力是約24達(dá)因/厘米到約49達(dá)因/厘米。在某些實(shí)施例中， 浸漬液體是（或含有）Krytox-1506、離子液體（例如，BMI-頂)、十四烷、十五烷、順-十氫 化萘、α-溴萘、α-氯萘、油酸乙酯、鄰溴甲苯、二碘甲烷、三溴丙烷、苯基芥子油、四溴化乙 炔和/或EMI-Im(C 8H11F6N3O4S2)。在某些實(shí)施例中，浸漬液體的粘度不超過約500cP。在某 些實(shí)施例中，浸漬液體的粘度不超過約l〇〇cP。在某些實(shí)施例中，浸漬液體的粘度不超過約 50cP。在某些實(shí)施例中，特征矩陣包含分級結(jié)構(gòu)。舉例來說，在某些實(shí)施例中，分級結(jié)構(gòu)是 在上面包含納米級特征的微米級特征。在此考慮了，在某些實(shí)施例中，在隨附與此的附言中 所述的液體浸漬表面的特征另外包括在以上物件的液體浸漬表面中。
[0018] 在另一個方面，本發(fā)明針對一種用于增強(qiáng)在表面上冷凝和/或流下冷凝液的方 法，所述方法包括用浸漬液體浸漬表面，所述表面包括特征矩陣和浸漬液體，所述特征間隔 足夠靠近以在其間或在其內(nèi)穩(wěn)定地含有浸漬液體。在某些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括 向所述表面的至少一部分施加電場或電通量以增強(qiáng)冷凝和/或流下冷凝液。在某些實(shí)施例 中，所述表面是上文所述的液體浸漬表面之一。
[0019] 在另一個方面，本發(fā)明針對一種包括經(jīng)配置以促進(jìn)或抑制在上面冷凝和/或在上 面流下冷凝液的液體浸漬表面的物件，所述表面包括在固體襯底上的特征矩陣和浸漬液 體，所述特征在任何方向上都間隔足夠靠近以在其間或在其內(nèi)穩(wěn)定地含有浸漬液體。在某 些實(shí)施例中，浸漬液體具有相對于空氣的表面張力Y m=(YweTYot) < Ym < (Ywa+YtJ， 其中Ywa是冷凝液相對于空氣或其它周圍氣體的表面張力，Y m是浸漬液體相對于空氣或 其它周圍氣體的表面張力，并且Ymt是浸漬液體與冷凝液之間的界面張力。在某些實(shí)施例 中，表達(dá)式（a)到（d)中的一或多者成立：
[0020] (a) ( Y wa- Y ow) < Y oa < ( Y wa+ Y ow);
[0021] (b) Y os/ Y ws < [1+ ( Y ow/ Y ws) ((r-1) / (r- Φ))]；
[0022] (c) Y M/ Y wa > [ll OT/ Y wa];以及
[0023] (d) Yoa/Ywa < [i+yow/y J,
[0024] 其中Ywa是冷凝液相對于空氣或其它周圍氣體的表面張力，Ym是浸漬液體相對 于空氣或其它周圍氣體的表面張力，Y tw是浸漬液體與冷凝液之間的界面張力，Ytjs是浸漬 液體與固體襯底之間的界面張力， Yws是冷凝液與固體襯底之間的界面張力，r是固體襯底 的實(shí)際表面積與固體襯底的投影面積的比率，并且Φ是固體襯底的接觸冷凝液的表面積 的分?jǐn)?shù)。在某些實(shí)施例中，（a)、（b)、（C)和（d)全部成立以使得浸漬液體在冷凝液上不擴(kuò) 散，冷凝液不移動浸漬液體，并且冷凝液在浸漬液體上不以膜狀冷凝形式擴(kuò)散。在某些實(shí)施 例中，表面經(jīng)配置以促進(jìn)在其上冷凝和/或流下冷凝液，并且其中浸漬液體的表面張力是 冷凝液的表面張力的約30%到約95%。在某些實(shí)施例中，浸漬液體的表面張力是冷凝液的 表面張力的約33%到約67%。在某些實(shí)施例中，冷凝液是水。在某些實(shí)施例中，浸漬液體 的表面張力是約24達(dá)因/厘米到約49達(dá)因/厘米。在某些實(shí)施例中，浸漬液體包含至少 一個選自由以下組成的群組的成員：Krytox-1506、離子液體（例如，BMI-IM)、十四燒、十五 烷、順-十氫化萘、α -溴萘、α -氯萘、二碘甲烷、油酸乙酯、鄰溴甲苯、二碘甲烷、三溴丙烷、 苯基芥子油、四溴化乙炔和EMI-Im (C8H11F6N3O4S 2)。在某些實(shí)施例中，浸漬液體的粘度不超 過約500cP。在某些實(shí)施例中，浸漬液體的粘度不超過約100cP。在某些實(shí)施例中，浸漬液 體的粘度不超過約50cP。在某些實(shí)施例中，浸漬液體在室溫下的蒸氣壓不超過約20mm Hg。 在某些實(shí)施例中，特征矩陣包含分級結(jié)構(gòu)。在某些實(shí)施例中，分級結(jié)構(gòu)是在上面包含納米級 特征的微米級特征。在某些實(shí)施例中，所述特征具有實(shí)質(zhì)上均勻高度并且其中浸漬液體填 充所述特征之間的空隙并且在所述特征的頂部上面用厚度至少約5nm的層涂布所述特征。 在某些實(shí)施例中，所述特征定義孔隙或其它孔并且其中浸漬液體填充所述特征。在某些實(shí) 施例中，浸漬液體在所述特征的頂部上形成穩(wěn)定薄膜。在某些實(shí)施例中，矩陣具有約1微米 到約100微米的特征到特征間距。在某些實(shí)施例中，特征包含至少一個選自由以下組成的 群組的成員：柱子、粒子、納米針、納米草和無規(guī)幾何形狀特征。在某些實(shí)施例中，所述物件 包含多個間隔開的電極，其經(jīng)配置用于向液體浸漬表面施加電場或電通量。在某些實(shí)施例 中，所述物件是冷凝器。在某些實(shí)施例中，固體襯底包含一或多個選自由以下組成的群組的 成員：烴、聚合物、含氟聚合物、陶瓷、玻璃、玻璃纖維和金屬。在某些實(shí)施例中，固體襯底是 涂層。在某些實(shí)施例中，固體襯底本質(zhì)上是疏水性的。
[0025] 在另一個方面，本發(fā)明針對一種用于增強(qiáng)在表面上冷凝和/或流下冷凝液（初級 液體）的方法，所述方法包括用浸漬液體（次級液體）浸漬表面，所述表面包括在固體襯底 上的特征矩陣和浸漬液體，所述特征在任何方向上都間隔足夠靠近以在其間或在其內(nèi)穩(wěn)定 地含有浸漬液體。在某些實(shí)施例中，配置所述表面和/或選擇所述浸漬液體以使得表達(dá)式 (a)到（d)中的一或多者成立：
[0026] (a) ( Y wa- Y ow) < Y oa < ( Y wa+ Y ow);
[0027] (b) Y os/ Y ws < [1+ ( Y ow/ Y ws) ((r-1) / (r- Φ))]；
[0028] (c) Y M/ Y wa > [ll OT/ Y wa];以及
[0029] (d) Yoa/Ywa < [i+yow/y J,
[0030] 其中Ywa是冷凝液相對于空氣或其它周圍氣體的表面張力，Ym是浸漬液體相對 于空氣或其它周圍氣體的表面張力，Ytw是浸漬液體與冷凝液之間的界面張力，Ytjs是浸漬 液體與固體襯底之間的界面張力，Yws是冷凝液與固體襯底之間的界面張力，r是固體襯底 的實(shí)際表面積與固體襯底的投影面積的比率，并且Φ是固體襯底的接觸冷凝液的表面積 的分?jǐn)?shù)。在某些實(shí)施例中，（a)、（b)、（c)和（d)全部成立以使得次級液體在初級液體上不 擴(kuò)散，初級液體不移動次級液體，并且初級液體在次級液體上不以膜狀冷凝形式擴(kuò)散。在某 些實(shí)施例中，選擇次級液體以使得次級液體在初級液體上的擴(kuò)散系數(shù)S是負(fù)的，其中S = Y ，其中Y ?是冷凝液相對于空氣或其它周圍氣體的表面張力，是浸漬液體 相對于空氣或其它周圍氣體的表面張力，并且Ymt是浸漬液體與冷凝液之間的界面張力。 在某些實(shí)施例中，選擇次級液體以使得次級液體與初級液體具有部分混溶性，從而降低基 本上由初級液體組成的初級相的表面張力并且擴(kuò)散系數(shù)S是負(fù)的。在某些實(shí)施例中，所述 方法進(jìn)一步包括向所述表面的至少一部分施加電場或電通量。在某些實(shí)施例中，所述方法 包括通過多個間隔開的電極施加電場或電通量，其中所述電極分散開以將電荷散布遍及浸 漬液體中。在某些實(shí)施例中，所述表面是任一上述實(shí)施例的物件的液體浸漬表面。
[0031] 關(guān)于本發(fā)明的指定方面描述的實(shí)施例的要素可以用于本發(fā)明另一個方面的各種 實(shí)施例中。舉例來說，在此考慮了，取決于一個獨(dú)立權(quán)利要求的從屬權(quán)利要求的特征可以用 于其它獨(dú)立權(quán)利要求中的任一者的設(shè)備和/或方法中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032] 參考下文所述的圖式和權(quán)利要求書，可以更好地理解本發(fā)明的目標(biāo)和特征。
[0033] 圖Ia是根據(jù)本發(fā)明的示意性實(shí)施例，初級液體（例如，冷凝相）在固體表面（例 如，超疏水表面）上呈凱西（Cassie)狀態(tài)的示意圖，其中初級液體位于微米結(jié)構(gòu)的頂部上。
[0034] 圖Ib是根據(jù)本發(fā)明的示意性實(shí)施例，初級液體（例如，冷凝相）在固體表面（例 如，超疏水表面）上呈溫澤狀態(tài)的示意圖，其中液體可以在所述表面上的實(shí)質(zhì)上每一個地 方成核并且大液滴保持圍住狀態(tài)。
[0035] 圖Ic是根據(jù)本發(fā)明的示意性實(shí)施例，初級液體（例如，冷凝相）在固體表面（例 如，超疏水表面）上的示意圖，其中次級液體浸漬到固體表面的表面紋理中，從而防止初級 液體在微紋理內(nèi)圍住和阻塞。
[0036] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的示意性實(shí)施例，具有干燥柱子頂部的經(jīng)離子液體浸漬、經(jīng)OTS 處理的硅微柱陣列的SEM (掃描電子顯微鏡）圖像，所述干燥柱子頂部如通過在柱子頂部上 存在離子液體的非潤濕液滴所指示。
[0037] 圖3包括根據(jù)本發(fā)明的示意性實(shí)施例，水蒸氣在具有疏水性方柱陣列的超疏水表 面上冷凝的一系列ESEM(環(huán)境掃描電子顯微鏡）圖像，所述方柱的寬度、邊緣到邊緣間距和 縱橫比分別是10 μ m、10 μ m和1。
[0038] 圖4是用于選擇針對特定固體表面與初級液體有關(guān)的次級液體的例示性向?qū)А＿@ 個流型圖涉及油、水和固體表面的表面能并且基于其比率預(yù)測初級液體的懸浮液滴將在封 裝表面上保持的狀態(tài)。
[0039] 圖5包括描繪根據(jù)本發(fā)明的示意性實(shí)施例，在用兩種類型的次級液體浸漬的表面 上的滴狀冷凝的一系列照片。
[0040] 圖6是根據(jù)本發(fā)明的示意性實(shí)施例，在50%相對濕度下不蒸發(fā)的水滴的ESEM圖 像，所述不蒸發(fā)可能是因為所述液滴被次級液體的薄膜覆蓋。
[0041] 圖7a是比較根據(jù)本發(fā)明的示意性實(shí)施例，在用兩種類型的次級液體浸漬的表面 上被冷凝水滴覆蓋的表面的分?jǐn)?shù)的曲線。
[0042] 圖7b是比較根據(jù)本發(fā)明的示意性實(shí)施例，關(guān)于用兩種類型次級液體浸漬的經(jīng)OTS 處理硅微柱陣列表面，每單位面積水滴數(shù)量的曲線。
[0043] 圖8是描繪根據(jù)本發(fā)明的示意性實(shí)施例，液滴在經(jīng)離子液體浸漬、經(jīng)OTS處理的硅 微柱陣列上的冷凝的一系列圖像。
[0044] 圖9a是根據(jù)本發(fā)明的示意性實(shí)施例，具有干燥柱子頂部的經(jīng)離子液體浸漬、經(jīng) OTS處理的硅微柱陣列的SEM圖像，所述干燥柱子頂部如通過在柱子頂部上存在離子液體 (BMI-IM)的非潤濕液滴所指示。
[0045] 圖9b是根據(jù)本發(fā)明的示意性實(shí)施例，用離子液體完全封裝的經(jīng)OTS處理、經(jīng)納米 紋理化微柱表面的SEM圖像。
[0046] 圖10是描繪根據(jù)本發(fā)明的示意性實(shí)施例，液滴在用離子液體完全封裝的經(jīng)納米 紋理化微柱陣列上冷凝的一系列圖像。
[0047] 圖Ila是根據(jù)本發(fā)明的示意性實(shí)施例，針對以下三種不同樣品，液滴速度相對于 液滴大小的曲線：純金樣品；用形成懸浮滴狀的次級液體浸漬的方形微柱（SMP)陣列表面； 以及用形成懸浮滴狀的次級液體浸漬的納米紋理化微柱（NG-SMP)陣列。
[0048] 圖Ilb是顯示根據(jù)本發(fā)明的示意性實(shí)施例，不同大小的液滴在用形成懸浮滴狀的 次級液體浸漬的納米紋理化微柱（NG-SMP)陣列上如何移動的曲線。主Y軸顯示不同大小 的液滴所采用的角度，其中〇度表示沿著重力并且180度表示與重力方向相反的液滴移動。 副軸顯示位移時間（液滴直徑/液滴速度），給出每一個液滴相對于其大小移動一定距離所 耗費(fèi)的時間。較短的位移時間表示液滴具有較高的遷移率。
[0049] 圖12包括根據(jù)本發(fā)明的示意性實(shí)施例，液滴在通過離子液體浸漬并且暴露于電 子通量或電流的微米紋理化表面上的優(yōu)選冷凝的圖像。
[0050] 圖13包括描繪根據(jù)本發(fā)明的示意性實(shí)施例，液滴在經(jīng)離子液體浸漬、經(jīng)OTS處理 的硅微柱陣列上的冷凝的一系列圖像。
[0051] 圖14包括描繪根據(jù)本發(fā)明的示意性實(shí)施例，液滴在暴露于電子束的經(jīng)離子液體 浸漬、經(jīng)OTS處理的硅微柱陣列上冷凝的兩個系列的圖像。
[0052] 圖15a是顯示根據(jù)本發(fā)明的示意性實(shí)施例，針對不同電子束電壓液滴，在經(jīng)離子 液體浸漬、經(jīng)OTS處理的硅微柱陣列上形成冷凝液滴的影響區(qū)域的曲線。
[0053] 圖15b是顯示根據(jù)本發(fā)明的示意性實(shí)施例，在暴露于電子束（15kV和I. 7nA)的經(jīng) 離子液體浸漬、經(jīng)OTS處理的硅微柱陣列上，沿著距離電子束聚焦點(diǎn)的徑向距離，冷凝液滴 的大小變化的曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0054] 在此考慮了，所要求的發(fā)明的設(shè)備、物件、方法和工藝涵蓋使用本文中所述的實(shí)施 例的信息所進(jìn)行的變化和調(diào)適。相關(guān)領(lǐng)域的一般技術(shù)者可以執(zhí)行本文中所述的設(shè)備、物件、 方法和工藝的調(diào)適和/或修改。
[0055] 在整份說明書中，其中將設(shè)備和物件描述為具有、包括或包含特定組件，或其中將 工藝和方法描述為具有、包括或包含特定步驟，在此另外考慮了存在基本上由所述組件組 成，或由所述組件組成的本發(fā)明的設(shè)備和物件，并且存在基本上由所述加工步驟組成，或由 所述加工步驟組成的根據(jù)本發(fā)明的工藝和方法。
[0056] 應(yīng)該理解，步驟順序或用于執(zhí)行某些動作的順序是不重要的，只要本發(fā)明保持可 操作即可。另外，兩個或兩個以上步驟或動作可以同時進(jìn)行。
[0057] 本文中對任何出版物的提及（例如，在背景部分中）不是承認(rèn)所述出版物充當(dāng)關(guān) 于本文中所存在的權(quán)利要求書中的任一項的現(xiàn)有技術(shù)。背景部分是出于清楚的目的而存 在，并且不意味是關(guān)于任一請求項的現(xiàn)有技術(shù)的說明。
[0058] 在名稱為"液體浸漬表面、其制造方法和并有所述液體浸漬表面的裝置 (Liquid-Impregnated Surfaces, Methods of Making, and Devices Incorporating the Same) "的美國專利申請第13/302, 356號中描述了液體浸漬表面，所述專利的揭示內(nèi)容特 此以其全文引用的方式并入本文中。
[0059] 在某些實(shí)施例中，使用微米級特征（例如，特性尺寸是1微米到約100微米）。在 某些實(shí)施例中，使用納米級特征（例如，小于1微米，例如，1納米到1微米）。
[0060] 參看圖2,在一個實(shí)驗性實(shí)例中，用離子液體封裝或浸漬微紋理化表面。所述表 面由硅制成并且包括以10 μ m間隔開的10 μ m柱方形圖案202,并且用十八烷基三氯硅烷 (OTS)預(yù)處理。通過沉積并且擴(kuò)散離子液體液滴并且然后允許過量的離子液體通過重力從 表面流掉來進(jìn)行封裝。如所描繪，離子液體的彎月面輪廓204清晰可見。所述封裝是非常堅 固的，因為所述液體強(qiáng)烈附著在表面并且即使在水龍頭下用噴水口噴射之后也不會泄漏。 在其它實(shí)施例中，可以使用例如浸涂、旋涂、噴涂等其它方法將次級液體封裝在微紋理化表 面中。
[0061] 如所提到的，用于促進(jìn)滴狀冷凝的先前方法利用超疏水表面，其降低了冷凝相與 超疏水表面之間的接觸面積。具體來說，冷凝相可以位于微米/納米表面紋理的頂部上，將 空氣截留在冷凝液滴下方，從而降低液滴與冷凝表面之間的附著力。然而，在實(shí)際應(yīng)用中， 超疏水表面具有許多限制。
[0062] 舉例來說，在成核期間，液相或氣相在下層表面上轉(zhuǎn)換成冷凝相（液體或固體）。 這種轉(zhuǎn)換涉及分子從一個相到另一個的轉(zhuǎn)變，并且因此成核的起始可以在納米級開始。 在某些實(shí)施例中，在表面上成核的液滴通常比超疏水表面的納米/微米結(jié)構(gòu)的特征大小 (例如，表面上的柱子或孔隙的長度尺度）小得多。在進(jìn)一步冷凝之后，液滴以它們可以 變成或保持相對于表面結(jié)構(gòu)圍住狀態(tài)的狀態(tài)生長。因此，參看圖3,展現(xiàn)凱西-巴克斯特 (Cassie-Baxter)流態(tài)的表面在將預(yù)先存在的液滴引入到其表面上時可以在冷凝期間展現(xiàn) 呈溫澤流態(tài)的液滴。在不同實(shí)施例中，在超疏水表面上冷凝期間達(dá)到溫澤流態(tài)的結(jié)果是這 類液滴的滯后作用顯著增加并且因此其從表面流下的能力下降。用氟硅烷處理圖3中所描 繪的表面以使其具有疏水性。然而，可以看出，液滴302呈'圍住狀態(tài)'，其中它們存在或駐 留在方柱304之間的區(qū)域中，而不是位于方柱的頂部上。
[0063] 在某些實(shí)施例中，具有用次級液體封裝或浸漬的微米結(jié)構(gòu)的表面顯示使與次級液 體不可混溶的液滴流下的能力明顯增強(qiáng)。發(fā)現(xiàn)粘度（例如，次級液體的粘度）是影響液滴 從這些表面流下的能力的關(guān)鍵因素。在不同實(shí)施例中，用次級液體封裝或浸漬表面顯著提 高了冷凝相從冷凝表面流下的速率。這種增強(qiáng)可以通過恰當(dāng)選擇次級液體和/或針對指定 次級液體設(shè)計表面紋理來實(shí)現(xiàn)。
[0064] 在某些實(shí)施例中，選擇次級液體以提供冷凝特性增強(qiáng)的表面。在一個實(shí)施例中，次 級液體的選擇取決于初級冷凝相的材料特性。舉例來說，次級液體相對于冷凝相的所希望 的特點(diǎn)包括不可混溶性或部分混溶性（小于其重量的5% )、非反應(yīng)性和/或較低的表面張 力。在某些實(shí)施例中，較高的表面張力是優(yōu)選的。在某些實(shí)施例中，次級液體與初級液體的 部分混溶性引起初級液體的表面張力改變，使得次級液體在初級液體上的擴(kuò)散系數(shù)S變成 負(fù)的并且因此，次級液體在初級相上面不擴(kuò)散，其中S根據(jù)方程式2定義。
[0065] S= Ywa-Yoa-Yow ⑵
[0066] 擴(kuò)散系數(shù)根據(jù)部分混溶性改變并且可以用作相對于水的次級液體的這類液體的 一些實(shí)例包括1，1_二苯基-乙烷、苯、離子液體（1-丁基-3-甲基咪唑鎗雙（三氟甲基磺 ?；啺罚┑?。舉例來說，純水具有72達(dá)因/厘米的表面張力并且具有關(guān)于離子液體 (1- 丁基-3-甲基咪唑鎗雙（三氟甲基磺?；啺罚┑恼龜U(kuò)散系數(shù)（22達(dá)因/厘米）。 然而，添加 I. 3% wt/vol所述離子液體使水的表面張力變?yōu)?2達(dá)因/厘米并且離子液體 (1- 丁基-3-甲基咪唑鎗雙（三氟甲基磺酰基）酰亞胺）在水上的擴(kuò)散系數(shù)變?yōu)?8達(dá)因/ 厘米并且因此冷凝水以滴狀方式形成于所述離子液體的表面上而不是被其遮蓋。
[0067] 現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)用低粘度次級液體浸漬的表面比那些用高粘度次級液體浸漬的表面快 得多地流下水滴。舉例來說，在一個實(shí)驗中，沉積在用具有低粘度（IOcSt)的次級液體浸漬 的表面上的10 μ 1液滴流下液滴的速度是用具有高粘度（IOOOcSt)的次級液體浸漬的表面 的液滴流下速度的約100倍。在這個實(shí)例中，兩個表面以相同的角度（距離水平面約30° ) 傾斜。在某些實(shí)施例中，次級液體的粘度是約IOcSt到約lOOOcSt。然而，關(guān)于在表面上冷 凝生長，次級液體的選擇還會需要考慮次級液體的其它參數(shù)，例如表面張力。
[0068] 參看圖4,在某些實(shí)施例中，已經(jīng)開發(fā)出用于指導(dǎo)選擇用于在指定固體表面上與特 定初級液體一起使用的次級液體的數(shù)學(xué)圖。當(dāng)封裝液體相對于固體表面的表面能（Y tJ與 冷凝相相對于固體表面的表面能（Yws)的比率如下時：
[0069] Yos/Yws < [l+(y0w/yws) ((γ-1)/(γ-Φ))] , (3)
[0070] 發(fā)現(xiàn)當(dāng)引入到封裝表面時，初級液體保持懸浮在封裝表面的頂部上并且不移動次 級（封裝）液體。在方程式（3)中，r是實(shí)際面積與投影面積的比率，并且Φ是固體的接 觸冷凝液的面積分?jǐn)?shù)。然而，當(dāng)以下成立時：
[0071] y Os/y WS > [1+( Y0w/Yws) ((γ-1)/(γ-Φ))] , (4)
[0072] 發(fā)現(xiàn)初級液體移動次級液體并且阻塞在固體表面上。類似地，如果次級液體和初 級液體的表面能使得：
[0073] Yoa/Ywa < [i-yow/y J, (5)
[0074] 那么發(fā)現(xiàn)次級液體將在冷凝初級液體上擴(kuò)散，從而遮蓋它。此外，當(dāng)以下成立時：
[0075] Yoa/Ywa > [i-yow/y J, (6)
[0076] 次級液體不能遮蓋初級液體。另外，初級相在次級膜的頂部上不以膜狀冷凝形式 擴(kuò)散也是有利的。關(guān)于這一點(diǎn)，應(yīng)該選擇次級液體以使得次級液體和初級液體的表面能滿 足以下：
[0077] Yoa/Ywa < [i+yow/y J0 ⑵
[0078] 參看圖5,冷凝工藝在用具有不同表面張力和類似粘度的次級液體封裝或浸漬的 表面上可以顯著不同。在圖5的頂行圖像中，用真空油（KRYT0X 1506)浸漬所示表面，所述 真空油在25°C的表面張力是17達(dá)因/厘米，同時其擴(kuò)散系數(shù)（方程式（2)中的S)是6達(dá) 因/厘米。在底行圖像中，用離子液體（1-丁基-3-甲基咪唑鎗雙（三氟甲基磺?；?亞胺）浸漬所示表面，所述離子液體在25°C的表面張力是37達(dá)因/厘米，同時如上文所提 及，其在水中的擴(kuò)散系數(shù)是-8達(dá)因/厘米。圖像中所示的亮白色方形點(diǎn)是10 μ m柱子，以 IOym間隔開。圖中所示的深黑色點(diǎn)是冷凝在表面上的水滴。這些圖像中的每一個是在相 同放大倍數(shù)下和在相同條件（即，壓力約800Pa，并且溫度約3.7°C)下在ESEM內(nèi)獲得的。 如所描繪，在用具有相對于水的負(fù)擴(kuò)散系數(shù)的液體浸漬的表面上比在用具有相對于水的正 擴(kuò)散系數(shù)的液體浸漬的表面上觀察到顯著更多的冷凝。
[0079] 在某些實(shí)施例中，通過使用具有相對較高的表面張力的次級液體使滴狀冷凝達(dá)到 最大。在一個實(shí)施例中，相比于冷凝相的表面張力，次級液體的表面張力是冷凝相的表面張 力的約30 %到約95 %，或優(yōu)選地是冷凝相的表面張力的約33 %到約67 %。舉例來說，當(dāng)冷 凝相是水（表面張力是約73達(dá)因/厘米）時，次級液體的表面張力優(yōu)選地是約24達(dá)因/ 厘米到約49達(dá)因/厘米。在某些實(shí)施例中，選擇具有比初級冷凝相低得多的表面張力的次 級液體可以使由冷凝相的液滴所產(chǎn)生的肉眼可見的接觸角變大，從而提高液滴遷移率。然 而，參看圖6,次級液體的低得多的表面張力會引起次級液體602上升到冷凝相604之上并 且覆蓋它，因為次級液體在初級相上的擴(kuò)散系數(shù)（方程式（2)中的S)可能是正的，從而充 當(dāng)對抗冷凝工藝的障礙。在一個實(shí)施例中，通過選擇具有較高表面張力的次級液體來克服 這個障礙或使其最小化。換句話說，具有較高表面張力的次級液體較不太可能覆蓋冷凝相 以充當(dāng)冷凝和/或冷凝熱傳遞的障礙。在另一個實(shí)施例中，通過選擇與初級相具有部分混 溶性以使得這種部分混溶性降低初級相的表面張力并且因此擴(kuò)散系數(shù)變負(fù)的次級液體來 克服這個障礙或使其最小化。
[0080] 參看圖7a和圖7b，進(jìn)行實(shí)驗來研究冷凝相（例如，水）在用具有不同表面張力的 次級液體浸漬的表面上的液滴生長。次級液體中的一種是對于水具有負(fù)擴(kuò)散系數(shù)的離子液 體（-8達(dá)因/厘米）。另一種次級液體是具有低表面張力并且對于水具有正擴(kuò)散系數(shù)（6達(dá) 因/厘米）的真空油。這兩種次級液體具有幾乎相同的粘度并且還具有比冷凝相（即，水， 在25°C的表面張力=72達(dá)因/厘米）的表面張力低的表面張力。然而，負(fù)擴(kuò)散系數(shù)液體的 水滴生長速率遠(yuǎn)大于在正擴(kuò)散系數(shù)液體上的水滴生長速率，如通過液滴占有面積所示（圖 7a)。在真空油的情況下所觀察到的冷凝減少可以歸因于在冷凝工藝期間在冷凝相（水滴） 周圍形成膜。根據(jù)流型圖（圖4)中所用的名稱，這在曲線中歸結(jié)為遮蓋懸浮滴狀冷凝。在 一個實(shí)施例中，遮蓋懸浮滴狀冷凝通過減少用于冷凝水的新成核位置的形成也是顯著的并 且還抑制了水滴之間的聚結(jié)，導(dǎo)致冷凝速率大大降低，如圖7b中以每單位面積液滴數(shù)量與 時間的形式所描繪。
[0081] 雖然次級液體可以替換在微結(jié)構(gòu)下方的空氣并且從而通過防止液滴到達(dá)溫澤流 態(tài)而增強(qiáng)流下，但是通過冷凝形成的大液滴仍然會在微米紋理化表面上顯示低遷移率。舉 例來說，圖8包括根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，液滴802在用平面微柱804紋理化的表面上的 一系列圖像。雖然次級液體的使用減小了固體表面與冷凝相之間的接觸區(qū)域（例如，液滴 不是處于完全溫澤流態(tài)），但是大液滴仍然可以在表面上保持阻塞狀態(tài)。
[0082] 參看圖9a，在某些實(shí)施例中，冷凝液滴在液體浸漬表面上的低遷移率是由液滴阻 塞在不存在次級液體的微米結(jié)構(gòu)902上所造成的。然而，目前發(fā)現(xiàn)這種阻塞行為可以通過 在表面上的預(yù)先存在的微米結(jié)構(gòu)上引入另一層分級結(jié)構(gòu)而顯著減少。舉例來說，參看圖％， 在平面方柱904上添加納米紋理可以由于極大毛細(xì)管壓力而使次級液體潤濕整個柱子。
[0083] 圖10包括一系列照片，所述照片顯示根據(jù)某些實(shí)施例，通過在微米紋理化表面上 引入另一層分級結(jié)構(gòu)對冷凝所產(chǎn)生的影響。在所描繪的實(shí)例中，在方形微柱上引入納米紋 理使得微柱完全被離子液體封裝，從而消除先前在初級冷凝相（水）與冷凝表面之間充當(dāng) 附著點(diǎn)的區(qū)域。所描繪的液滴顯示出極高的遷移率并且即使微小的液滴仍沿著所述表面迅 速移動。
[0084] 參看圖Ila和圖11b，在一個實(shí)驗中，測量冷凝水滴在納米紋理化微柱上的遷移 率，并且觀察到極高的流下速率。據(jù)發(fā)現(xiàn)，大小小于水的毛細(xì)管長度（約2. 7_)的液滴可以 在這些表面上以約0. 2mm/s到2mm/s的速度移動。從圖Ila所示，在金表面上的液滴遷移 率是約〇 μ m/s，并且在用對于水具有負(fù)擴(kuò)散系數(shù)的液體封裝的微米紋理化表面上，液滴遷 移率是約20-50 μ m/s。然而，在方形微柱上添加納米紋理并且用對于水具有負(fù)擴(kuò)散系數(shù)的 液體封裝所述表面之后，即使30微米大小的液滴都能夠以約200 μ m/s的速度移動。此外， 液滴在經(jīng)封裝納米紋理化微柱上的遷移率不受重力影響，因為它們可以沿著與重力方向相 反的方向移動（圖lib)。
[0085] 在某些實(shí)施例中，通過針對指定柱大小，增加微柱陣列之間的柱間距；和/或通過 針對指定陣列面積，減小柱大小，來放大或改良這種流下效應(yīng)。舉例來說，減小封裝流體的 暴露紋理表面積與暴露表面積的比率可以增加液滴的流下速度。在不同柱間距的情況下， 在用離子液體完全封裝的納米紋理化微柱上觀察到了對冷凝液滴的流下行為的類似作用。 [0086] 在某些實(shí)施例中，關(guān)于固體表面和次級液體的各種標(biāo)準(zhǔn)提供最佳液滴流下。舉例 來說，固體表面和次級液體兩者優(yōu)選地具有比冷凝液體的表面能低的表面能。此外，固體表 面優(yōu)選地包括間隔足夠靠近的特征矩陣，從而在其間或在其內(nèi)穩(wěn)定含有或浸漬液體。此外， 在一個實(shí)施例中，用于穩(wěn)定含有液體所需的粗糙度的量取決于所述液體在化學(xué)性質(zhì)相同的 平滑表面上的潤濕性。舉例來說，如果液體在平滑表面上形成零接觸角，那么所述液體可以 形成穩(wěn)定的膜，即使在無紋理的情況下。然而，紋理仍然可以向所述膜提供額外的穩(wěn)定性。 此外，正如前面所論述的，次級液體表面張力優(yōu)選地相對于冷凝相足夠低，以使得次級液體 在冷凝相上面不擴(kuò)散。
[0087] 在某些實(shí)施例中，當(dāng)冷凝相是水時，合適的次級液體包括KRYT0X-1506、離子液體 (例如，81〇-頂)、十四烷（^= 26.86達(dá)因/厘米）、十五烷（^= 27.07達(dá)因/厘米）、 順-十氫化萘（￥=32.2達(dá)因/厘米）、〇-溴萘（^=44.4達(dá)因/厘米）、二碘甲烷（^ = 50.8 達(dá)因/ 厘米）、EMI-Im (C8H11F6N3O4S 2) U =41.6 達(dá)因/ 厘米）、α-氯萘（γ =41.8 達(dá)因/厘米）、油酸乙酯（Y = 31. 0達(dá)因/厘米）、鄰溴甲苯（γ = 41. 5達(dá)因/厘米）、苯 基芥子油=36. 16達(dá)因/厘米）等。冷凝相可以是能夠在表面上冷凝的任何材料。舉 例來說，冷凝相可以是水、醇、汞、鎵、制冷劑和其混合物。
[0088] 在某些實(shí)施例中，包括通過異相成核冷凝生長的系統(tǒng)的自由能AG給出如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種物件，其包含經(jīng)配置以促進(jìn)或抑制在上面冷凝和/或在上面流下冷凝液的液體 浸漬表面，所述表面包含在固體襯底上的特征矩陣和浸漬液體，所述特征間隔足夠靠近以 在其間或在其內(nèi)穩(wěn)定含有浸漬液體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的物件，其中所述浸漬液體具有相對于空氣的表面張力￥。3，其 使得： (y wa- y ow) < y oa < (y wa+ y ow) 其中Ywa是所述冷凝液相對于空氣或其它周圍氣體的表面張力，？。3是所述浸漬液體 相對于空氣或其它周圍氣體的表面張力，并且y是所述浸漬液體與所述冷凝液之間的界 面張力。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的物件，其中表達(dá)式（a)到（d)中的一或多者成立： (a) (ywa-yow) < Yoa< (ywa+Y0W)； (b) y〇s/yws < [i+(y〇w/yws) ((r-i)/(r-4)))]； (c) y M/ y wa > [卜 y ?/ y wJ ;以及 (d) Yoa/Ywa < [l+Y〇w/YWJ, 其中Ywa是所述冷凝液相對于空氣或其它周圍氣體的表面張力，￥。3是所述浸漬液體 相對于空氣或其它周圍氣體的表面張力，Y是所述浸漬液體與所述冷凝液之間的界面張 力，￥。3是所述浸漬液體與所述固體襯底之間的界面張力，Yws是所述冷凝液與所述固體襯 底之間的界面張力，r是所述固體襯底的實(shí)際表面積與所述固體襯底的投影面積的比率，并 且小是所述固體襯底的接觸所述冷凝液的表面積的分?jǐn)?shù)。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的物件，其中（a)、(b)、（c)和（d)全部成立 以使得所述浸漬液體在所述冷凝液上不擴(kuò)散，所述冷凝液不移動所述浸漬液體，并且所述 冷凝液在所述浸漬液體上不以膜狀冷凝形式擴(kuò)散。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的物件，其中所述表面經(jīng)配置以促進(jìn)在其上 冷凝和/或流下冷凝液，并且其中所述浸漬液體的表面張力是所述冷凝液的表面張力的約 30 % 到約 95%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的物件，其中所述浸漬液體的表面張力是所述冷凝液的表面張 力的約33 %到約67%。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的物件，其中所述冷凝液是水。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的物件，其中所述浸漬液體的表面張力是約24達(dá)因/厘米到約 49達(dá)因/厘米。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的物件，其中所述浸漬液體包含至少一個 選自由以下組成的群組的成員：Krytox-1506、離子液體（例如，BMI-IM)、十四燒、十五燒、 順-十氫化萘、a-溴萘、a-氯萘、二碘甲烷、油酸乙酯、鄰溴甲苯、二碘甲烷、三溴丙烷、苯 基芥子油、四溴化乙炔和EMI-Im(C8HnF6N30 4S2)。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的物件，其中所述浸漬液體的粘度不超過 約 500cP。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的物件，其中所述浸漬液體的粘度不超過約l〇〇cP。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的物件，其中所述浸漬液體的粘度不超過約50cP。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的物件，其中所述浸漬液體在室溫下的蒸 氣壓不超過約20mm Hg。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的物件，其中所述特征矩陣包含分級結(jié)構(gòu)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的物件，其中所述分級結(jié)構(gòu)是在上面包含納米級特征的微米 級特征。
16. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的物件，其中所述特征具有實(shí)質(zhì)上均勻高 度并且其中所述浸漬液體填充所述特征之間的空隙并且在所述特征的頂部上面用厚度至 少約5nm的層涂布所述特征。
17. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的物件，其中所述特征定義孔隙或其它孔 并且其中所述浸漬液體填充所述特征。
18. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的物件，其中所述浸漬液體在所述特征的 頂部上形成穩(wěn)定薄膜。
19. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的物件，其中所述矩陣具有約1微米到約 100微米的特征到特征間距。
20. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的物件，其中所述特征包含至少一個選自 由以下組成的群組的成員：柱子、粒子、納米針、納米草和無規(guī)幾何形狀特征。
21. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的物件，其中所述物件包含多個間隔開的 電極，所述電極經(jīng)配置用于向所述液體浸漬表面施加電場或電通量。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的物件，其中所述物件是冷凝器。
23. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的物件，其中所述固體襯底包含一或多個 選自由以下組成的群組的成員：烴、聚合物、含氟聚合物、陶瓷、玻璃、玻璃纖維和金屬。
24. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的物件，其中所述固體襯底是涂層。
25. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的物件，其中所述固體襯底本質(zhì)上是疏水 性的。
26. -種用于增強(qiáng)在表面上冷凝和/或流下冷凝液（初級液體）的方法，所述方法包含 用浸漬液體（次級液體）浸漬所述表面，所述表面包含在固體襯底上的特征矩陣和所述浸 漬液體，所述特征間隔足夠靠近以在其間或在其內(nèi)穩(wěn)定含有所述浸漬液體。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中配置所述表面和/或選擇所述浸漬液體以使得 表達(dá)式（a)到（d)中的一或多者成立： (a) ( y wa- y ow) < y oa < ( y wa+ y ow)； (b) y〇s/yws < [i+(y〇w/yws) ((r-i)/(r-4)))]； (C) YM/rwa> [1-YQW/Ywa];以及 (d) Yoa/Ywa < [l+Y〇w/YWJ, 其中Ywa是所述冷凝液相對于空氣或其它周圍氣體的表面張力，￥。3是所述浸漬液體 相對于空氣或其它周圍氣體的表面張力，Y是所述浸漬液體與所述冷凝液之間的界面張 力，￥。3是所述浸漬液體與所述固體襯底之間的界面張力，Yws是所述冷凝液與所述固體襯 底之間的界面張力，r是所述固體襯底的實(shí)際表面積與所述固體襯底的投影面積的比率，并 且小是所述固體襯底的接觸所述冷凝液的表面積的分?jǐn)?shù)。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中（a)、(b)、（c)和（d)全部成立以使得所述次級 液體在所述初級液體上不擴(kuò)散，所述初級液體不移動所述次級液體，并且所述初級液體在 所述次級液體上不以膜狀冷凝形式擴(kuò)散。
29. 根據(jù)權(quán)利要求26到28中任一權(quán)利要求所述的方法，其中選擇所述次級液體以使 得所述次級液體在所述初級液體上的擴(kuò)散系數(shù)S是負(fù)的，其中S = y wa- y M- y OT，其中y wa是所述冷凝液相對于空氣或其它周圍氣體的表面張力，Y M是所述浸漬液體相對于空氣或 其它周圍氣體的表面張力，并且Y是所述浸漬液體與所述冷凝液之間的界面張力。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中選擇所述次級液體以使得所述次級液體與所述 初級液體具有部分混溶性，從而降低基本上由所述初級液體組成的初級相的表面張力并且 所述擴(kuò)散系數(shù)S是負(fù)的。
31. 根據(jù)權(quán)利要求26到30中任一權(quán)利要求所述的方法，其進(jìn)一步包含向所述表面的至 少一部分施加電場或電通量。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其包含通過多個間隔開的電極施加所述電場或電通 量，其中所述電極分散開以將電荷散布遍及所述浸漬液體中。
33. 根據(jù)權(quán)利要求26到32中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述表面是根據(jù)權(quán)利要求 1到25中任一權(quán)利要求所述的物件的液體浸漬表面。
【文檔編號】B08B17/06GK104349850SQ201280072369
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月29日
【發(fā)明者】蘇尚特·阿南德, 亞當(dāng)·T·帕克森, 喬納森·大衛(wèi)·史密斯, 克里帕·K·瓦拉納西 申請人:麻省理工學(xué)院