采用液体浸渍表面的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及采用液体浸渍表面的装置。一种具有液体浸渍表面(120)的制品，所述表面(120)上面具有结构矩阵(124)，这些结构间隔得足够接近以在彼此之间或在其内部稳定地容纳液体(126)，并且优选地还在其上面具有薄膜。所述表面(120)使所述制品具有有利的非润湿性质。相较于先前的包括夹带在表面织构(108)内的气体(110)(例如空气)的非润湿表面(104)，这些液体浸渍表面(120)可抗刺穿和结霜，并且因此更稳固。

Device for impregnating surfaces with liquid

The invention relates to a device for impregnating a surface with liquid. A product having a liquid impregnated surface (120) having a structure matrix (124) above the surface (120) spaced sufficiently close to accommodate the liquid (126) stably between or within each other, and preferably still having a film on it. The surface (120) gives the product a favorable non wetting property. These liquid impregnated surfaces (120) are resistant to piercing and frosting and therefore more stable than previous non-wetting surfaces (104), including gases (110) (such as air) entrapped in surface textures (108).

【技术实现步骤摘要】
采用液体浸渍表面的装置本申请是申请日为2011年11月22日、申请号为201180073070.4、专利技术名称为“采用液体浸渍表面的装置”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求2011年8月5日提交的美国临时专利申请No.61/515,395的优先权和权益，该临时专利申请以全文引用的方式并入本文中。
本专利技术整体涉及非润湿和低粘附性表面。更具体地讲，在某些实施方案中，本专利技术涉及抗液体刺穿、结冰、结垢、水合物形成和/或具有防污性的非润湿表面。
技术介绍
在过去的十年中微米/纳米工程化表面的出现为增强热流体科学中的多种物理现象开辟了新的技术。例如，使用微米/纳米表面织构提供了非润湿表面，该表面能够实现更小的粘性阻力、降低对冰和其它材料的粘附力、自清洁性和斥水性。这些改进一般是因固体表面与相邻液体之间的接触减少(即更少的润湿)而产生。一种受关注的非润湿表面是超疏水表面。一般而言，超疏水表面在本质上疏水的表面，如疏水性涂层上包括微米/纳米级粗糙度。超疏水表面借助于微米/纳米表面织构内的气-水界面来阻止与水接触。现有非润湿表面(例如超疏水、超疏油和超斥金属的表面)的缺点之一是它们易受刺穿影响，这会破坏表面的非润湿能力。当撞击液体(例如液滴或液流)取代表面织构内所夹带的空气时发生刺穿。先前旨在防止刺穿的诸多努力集中于将表面织构尺寸从微米级降低至纳米级。现有非润湿表面的另一个缺点是它们易受冰的形成和粘附的影响。例如，当在现有超疏水表面上形成霜时，这些表面就变成亲水性的。在冷冻条件下，水滴可以粘附于表面，并且冰会积聚。冰的移除可能是困难的，因为冰会与表面的织构互锁在一起。类似地，当这些表面例如在脱盐或油气应用中，暴露于以盐饱和的溶液时，在表面上产生积垢并且导致失去功能性。现有非润湿表面的类似局限性包括在表面上形成水合物以及形成其它有机或无机沉积物的问题。需要更稳固的非润湿表面(例如超疏水表面、超疏油表面和超斥金属的表面)存在需要。具体地讲，需要可抗刺穿和结冰的非润湿表面。专利技术概述本文描述了非润湿表面，其包括在表面上的微米/纳米工程化结构的矩阵或在表面上的充液孔隙或其它微小的孔之内浸渍的液体。相较于先前的包括夹带在表面织构内的气体(例如空气)的非润湿表面，这些液体浸渍表面可抗刺穿和结霜，因此更稳固。本专利技术在本质上是基本的并可用于受益于非润湿表面的任何应用中。例如，本文所述的方法可以用于减小输油和输气管线中的粘性阻力，防止在飞行器和/或电力线上结冰，并且使撞击液体的积聚减至最少。本文所述的方法和设备相较于现有非润湿表面，即本文中所称的气体浸渍表面具有数项优点。例如，与气体浸渍表面相比，液体浸渍表面的抗刺穿性要高得多。这使得液体浸渍表面能够承受液体撞击期间较高的压力(例如较高的液滴速度)。在某些实施方案中，液体浸渍表面通过使用微米级表面织构而不是先前的气体浸渍表面方法中所利用的纳米级织构来阻止刺穿。使用微米级织构而不是纳米级织构极其有利的至少一部分原因是在于微米级结构成本较低并且更容易制造。通过恰当地选择浸渍液体，可容易地定制本文所述的液体浸渍表面使得适应多种应用。例如，固体表面上水阻力的减小可以借助于以油作为浸渍液体来实现，这是因为水可容易地在油上滑动。使用油作为浸渍液体还适合于防止结霜和结冰。在本申请中，霜和冰可仅形成于表面织构的顶端，从而大大地降低了结冰速率和粘附强度。在一个方面，本专利技术涉及一种包含液体浸渍表面的制品，所述表面包含结构矩阵，这些结构间隔得足够以在彼此之间或在其内部稳定地容纳液体。在某些实施方案中，该液体在室温下的粘度不大于约1000cP(或cSt)，不大于约100cP(或cSt)，或不大于约50cP(或cSt)。在某些实施方案中，该液体在室温下的蒸气压不大于约20mmHg，不大于约1mmHg，或不大于约0.1mmHg。在某些实施方案中，所述结构具有基本上均匀的高度并且其中该液体填充所述结构之间的间隙并对所述结构涂布在所述结构的顶部上厚度达至少约5nm的涂层。在某些实施方案中，所述结构界定孔隙或其它孔并且该液体填充所述结构。在某些实施方案中，该液体的后退接触角为0°，使得该液体在所述结构的顶部上形成稳定薄膜。在某些实施方案中，该矩阵的结构间间隔为约1微米至约100微米。在某些实施方案中，该矩阵的结构间间隔为约5纳米至约1微米。在某些实施方案中，该矩阵具有分级结构。例如，所述分级结构可以是上面包含纳米级结构的微米级结构。在某些实施方案中，所述结构的高度不大于约100微米。在某些实施方案中，所述结构为柱状物。在某些实施方案中，所述结构包括一个或多个球形粒子、纳米针、纳米草和/或提供表面粗糙度的不规则几何形状结构。在某些实施方案中，所述结构包含一个或多个孔隙、孔穴、连通孔隙和/或连通孔穴。在某些实施方案中，该表面包含多孔介质，其具有不同尺寸的多个孔隙。在某些实施方案中，液体包括全氟化碳液体、全氟氟化真空油(例如Krytox1506或Fromblin06/6)、氟化冷却剂(例如全氟三戊胺，以FC-70出售，由3M制造)、离子液体、与水不可混溶的氟化离子液体、包含PDMS的硅酮油、氟化硅酮油、液态金属、电流变流体、磁流变流体、铁磁流体、介电液体、烃类液体、碳氟化合物液体、制冷剂、真空油、相变材料、半液体、润滑脂、滑液和/或体液。在某些实施方案中，该制品为蒸汽轮机部件、燃气轮机部件、飞行器部件或风轮机部件，并且液体浸渍表面被构造为用于排斥撞击液体。在某些实施方案中，该制品为眼镜、护目镜、滑雪面罩、钢盔、钢盔护面罩或镜子，并且该液体浸渍表面被构造为用于抑制在其上面成雾。在某些实施方案中，该制品为飞行器部件、风轮机部件、电力传输线或防风罩，并且该液体浸渍表面被构造为用于抑制在其上面结冰。在某些实施方案中，该制品为管线(或其一部分或涂层)，并且该液体浸渍表面被构造为用于抑制在其上面形成水合物和/或能增强流体在其上面流动的滑动性(降低阻力)。在某些实施方案中，该制品为换热器部件或输油或输气管线(或其一部分或涂层)，并且该液体浸渍表面被构造为用于抑制在其上面形成和/或粘附盐。在某些实施方案中，该液体浸渍表面被构造为用于抑制腐蚀。在某些实施方案中，该制品为人造关节，并且该液体浸渍表面被构造为用于减小配合表面之间的摩擦力和/或提供对关节持久的润滑作用。在某些实施方案中，该制品为发动机部件(例如活塞或汽缸)，并且该液体浸渍表面被构造为用于提供对该部分持久的润滑作用。在某些实施方案中，该液体浸渍表面被构造为用于随着时间的推移从该表面释放液体，从而随着时间的推移提供润滑作用。在某些实施方案中，该液体浸渍表面为防污表面，其被构造成防止碎屑吸附在其上面。在某些实施方案中，该制品为换热器部件，并且该液体浸渍表面被构造成有助于冷凝物在其上面流落，从而增强冷凝传热。附图说明参考下文描述的图和权利要求，可更好地理解本专利技术的目的和特征。图1a为根据本专利技术的某些实施方案的接触非润湿表面的液体的示意性剖视图。图1b为根据本专利技术的某些实施方案的刺穿了非润湿表面的液体的示意性剖视图。图1c为根据本专利技术的某些实施方案的与液体浸渍表面接触的液体的示意性剖视图。图2a为根据本专利技术的某些实施方案的停留在液体浸渍表面上的液滴的示意性剖视本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制品，其包含液体浸渍表面，所述表面包含结构矩阵，所述结构间隔得足够接近以在彼此之间或在其内部稳定地容纳液体。

【技术特征摘要】
2011.08.05 US 61/515,3951.一种制品，其包含液体浸渍表面，所述表面包含结构矩阵，所述结构间隔得足够接近以在彼此之间或在其内部稳定地容纳液体。2.根据权利要求1所述的制品，其中所述液体在室温下的粘度不大于约1000cP。3.根据权利要求1或2所述的制品，其中所述液体在室温下的蒸气压不大于约20mmHg。4.根据权利要求2所述的制品，其中所述液体在室温下的粘度不大于约100cP。5.根据权利要求2所述的制品，其中所述液体在室温下的粘度不大于约50cP。6.根据前述权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉吉夫·迪米曼，J·戴维·史密斯，克里帕·K·瓦拉纳斯，埃内斯托·礼萨加杜尼奥·卡韦略，
申请(专利权)人：麻省理工学院，
类型：发明
国别省市：美国,US