用于定向流体输送的表面制造技术

一种用于被动定向流体输送的毛细管结构包括具有向前方向和向后方向的毛细管，该毛细管包括第一和第二毛细管单元，每个毛细管单元具有一系列毛细管部件，所述毛细管部件包括与发散部分流体连通的连接部分、具有向前侧和在向前方向上产生凹形弯月面的尺寸的发散部分，其中第二毛细管单元的连接部分连接到第一毛细管单元的发散部分的向前侧以形成至少一个过渡部分，并且其中过渡部分中尺寸的变化在向后方向上产生凸形液体弯月面或具有无穷大的曲率半径的直液体弯月面。

Surface for Directional Fluid Transport

A capillary structure for passive directional fluid delivery includes a capillary having a forward and a backward direction. The capillary comprises a first and a second capillary unit, each of which has a series of capillary components, including a connecting part connected with a divergent part and a forward part. A divergent portion of the size of a concave meniscus is generated laterally and in the forward direction, where the connection portion of the second capillary unit is connected to the forward side of the divergent portion of the first capillary unit to form at least one transition portion, and the change in size in the transition portion generates a convex liquid meniscus in the backward direction or a convex liquid meniscus in the backward direction. A straight liquid meniscus with an infinite radius of curvature.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于定向流体输送的表面
技术介绍
通常，由于在可见于吸收和流体处理结构中的许多多孔结构中纤维的随机取向，需要大量材料来移动流体体积。结果，几种不同性质的材料被结合使用来输送流体。可促进流体移动的表面将使结构性能更好，并可利用通常不使用的能力。可以形成或放置这样的表面以促进液体移动。这样，流体不会随机移动，而是遵循表面结构。这为人们提供了设计流体流动位置的能力。以前，解决这些或相关问题的不成功尝试包括授予Comanns等人的加拿大专利申请No.CA2875722A1，它描述了互连的毛细管；以及技术出版物“One-wayWickinginOpenMicro-channelsControlledbyChannelTopography”,JournalofColloidandInterfaceScience404(2013)169-178，它描述了尝试最小化但不消除回流的定向流体传输。
技术实现思路
本文描述的公开解决了上述问题，并提高了流体处理的效率。根据本公开，一种用于被动定向流体输送的毛细管结构包括具有向前方向和向后方向的毛细管，该毛细管包括第一和第二毛细管单元，每个毛细管单元具有一系列毛细管部件，所述毛细管部件包括与发散部分流体连通的连接部分、具有向前侧和在向前方向上产生凹形弯月面的尺寸的发散部分，其中第二毛细管单元的连接部分连接到第一毛细管单元的发散部分的向前侧以形成至少一个过渡部分，并且其中过渡部分中尺寸的变化在向后方向上产生凸形液体弯月面或具有无穷大的曲率半径的直液体弯月面。本公开还描述了一种用于定向输送具有接触角的流体的基底，该基底包括用于被动定向流体输送的毛细管结构，该毛细管结构包括具有向前方向和向后方向的毛细管，该毛细管包括第一和第二毛细管单元，每个毛细管单元具有一系列毛细管部件，所述毛细管部件包括与发散部分流体连通的连接部分、具有向前侧和在向前方向上产生凹形弯月面的尺寸的发散部分，其中第二毛细管单元的连接部分连接到第一毛细管单元的发散部分的向前侧以形成至少一个过渡部分，并且其中过渡部分中尺寸的变化在向后方向上产生凸形液体弯月面或具有无穷大的曲率半径的直液体弯月面。本公开还描述了一种用于流体的被动定向输送的毛细管结构，该流体相对于毛细管结构具有接触角，该结构包括毛细管，该毛细管包括多个毛细管单元，每个毛细管单元具有一系列毛细管部件，所述毛细管部件包括与发散部分流体连通的连接部分、由过渡部分跟随的发散部分，其中连接部分具有纵横比αconnective>1/2((1/cosθ)–1)，其中发散部分以使得α/2<π/2–θ的角度从连接部分发散，并且其中过渡部分结合了从一个毛细管单元的发散部分到下一个毛细管单元的连接部分的宽度的突然变化。本公开的其他特征和方面在下文更详细地讨论。附图说明通过参考以下说明、所附权利要求书和附图，本公开的前述及其他特征和方面以及实现它们的方式将变得更显而易见，并且本公开本身将得到更好的理解，其中：图1是本公开的液体二极管的毛细管的表面设计的示意性平面图；图2A是具有示例性尺寸的图1所示类型的多个毛细管的平行布置的示意性平面图；图2B是具有示例性尺寸的图2A的多个毛细管的平行布置的示意性特写平面图；图3是本公开的用于被动定向液体输送的液体二极管的示意图，该液体二极管包括结构的两个周期或毛细管单元，其中在向前方向上流动并且液体前沿在向后方向上停止。在图5中更详细地示出了用C表示的过渡点；图4A是在图3中用A表示的用于双向流动的连接毛细管部件的示意性剖视图；图4B是在图3中用B表示的用于双向流动的具有小倾斜角的圆锥形毛细管部件的示意性剖视图；图4C是用于双向流动的连接毛细管部件的示意性剖视图，其在图3中用A表示并限定了曲率半径；和图5是图4B的圆锥形毛细管部件和图4A的连接毛细管部件之间的接头处的示意性剖视图，其中突然变窄形成导致定向流动的单一过渡点，在图3中用C表示。图5中的曲率半径r1和r2具有不同的长度。在本说明书和附图中反复使用参考字符旨在表示本公开相同或类似的特征或元件。附图是表示性的，并且未必按比例绘制。图中的某些比例可能被放大了，而其他部分则可能被最大程度缩小了。具体实施方式本领域的普通技术人员应当理解，本讨论仅是对本公开的示例性方面的描述，并且不旨在限制本公开的更广泛的方面。本公开总体上涉及受益于定向流体输送的应用。一般来说，这种定向液体输送的应用范围很广，从吸收制品到微流体、医疗应用、酿酒厂、热交换器、电子冷却、过滤系统、润滑、电子墨水显示和集水装置。本公开涉及一种用于定向流体输送(包括通过毛细力的完全定向液体输送)的表面。该设计通过使用封闭或开放毛细管(即毛细管)来控制流体从源位置到单独的期望位置的输送，以允许逆重力(或不逆重力)定向流动。在一个示例中，由于在许多多孔结构中纤维的随机取向，需要大量材料来移动流体体积。结果，在一种方法中，几种具有不同性质的材料被结合使用来输送流体。可促进流体移动(特别是向结构的更远部分)的表面将允许结构利用通常不使用的流动面积或吸收能力。例如，这种表面可以形成或放置在层合物或膜上，以促进液体移动。这样，流体不会随机移动，而是遵循表面结构。这为人们提供了设计流体流动位置的能力。此外，纤维性多孔结构一旦润湿就容易发生孔隙坍塌或结垢，导致液体输送效率低下。本公开的表面结构被设计成使得毛细管通过将液体从通道向外转移到另一个位置或储存材料来提供可再生的空隙空间，从而使得通道再次可供使用。这可以通过由膜、凝胶、膜状结构或包括刚性聚合物材料的刚性材料制造材料来实现。根据本公开，接触角为0<θ<90°(固有地或通过处理)的所有材料都适用于定向液体输送。合适材料的示例包括聚合物、金属、陶瓷、半导体、玻璃、膜、非织造物或任何其它合适材料。术语聚合物不限于技术聚合物，而是包括可生物降解的聚合物，例如纤维素化合物、聚磷腈、聚乳酸(PLA)和诸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)的弹性体。特别适用于本申请的是聚合物，例如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、PLA、聚丙烯(PP)、硅酮、环氧树脂、水凝胶、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、乙酸纤维素(CA)和乙酸丁酸纤维素(CAB)。不具有0<θ<90°固有接触角的材料可以通过表面处理或化学处理来改变，例如等离子体改性、电晕放电、旋涂、喷涂或任何合适的方法或方法组合。该材料可以是或可以变成亲水的或亲脂的。关于本公开的特定表面结构，其上形成表面结构的基底包括至少在流体流动的一些区域与液体的接触角小于90°的表面。该表面具有包括多个毛细管的结构，这些毛细管具有不同基本类型的毛细管部件的独特顺序排列。该结构可以激光雕刻或通过其它制造方法形成到PMMA(聚(甲基丙烯酸甲酯))板或其它合适的聚合物基底中。合适的制造方法包括热压印、丝网印刷、3D印刷、微铣削、铸造、注塑成型、压印、蚀刻、光刻(包括光学光刻和UV光刻)、光聚合、双光子聚合或任何其它合适的方法或方法的组合。与其它微流体二极管技术相比，在本公开的结构中避免了可移动部件，如瓣片或圆柱形盘。本公开采用传统的散装材料，而不需要化学处理或使用多孔基底。虽然本公开提供了一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于被动定向流体输送的毛细管结构，输送结构包括：具有向前方向和向后方向的毛细管，所述毛细管包括第一和第二毛细管单元，每个毛细管单元具有一系列毛细管部件，所述一系列毛细管部件包括与发散部分流体连通的连接部分、具有向前侧和在所述向前方向上产生凹形弯月面的尺寸的所述发散部分，其中，所述第二毛细管单元的所述连接部分连接到所述第一毛细管单元的所述发散部分的所述向前侧以形成至少一个过渡部分，并且其中，所述过渡部分中所述尺寸的变化在所述向后方向上产生凸形液体弯月面或具有无穷大的曲率半径的直液体弯月面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于被动定向流体输送的毛细管结构，输送结构包括：具有向前方向和向后方向的毛细管，所述毛细管包括第一和第二毛细管单元，每个毛细管单元具有一系列毛细管部件，所述一系列毛细管部件包括与发散部分流体连通的连接部分、具有向前侧和在所述向前方向上产生凹形弯月面的尺寸的所述发散部分，其中，所述第二毛细管单元的所述连接部分连接到所述第一毛细管单元的所述发散部分的所述向前侧以形成至少一个过渡部分，并且其中，所述过渡部分中所述尺寸的变化在所述向后方向上产生凸形液体弯月面或具有无穷大的曲率半径的直液体弯月面。2.根据权利要求1所述的毛细管结构，其中，每个毛细管单元在z方向上至少部分地打开。3.根据权利要求1所述的毛细管结构，其中，每个毛细管单元在z方向上闭合。4.根据权利要求1所述的毛细管结构，还包括多个彼此平行设置的毛细管。5.根据权利要求4所述的毛细管结构，其中，每个毛细管没有与另一毛细管的互连。6.根据权利要求1所述的毛细管结构，其中，给定液体相对于所述毛细管的接触角小于90°。7.根据权利要求1所述的毛细管结构，其中，所述毛细管是亲水的。8.根据权利要求1所述的毛细管结构，其中，所述毛细管是亲脂的。9.根据权利要求1所述的毛细管结构，其中，所述过渡部分停止在所述向后方向上的流体输送。10.根据权利要求1所述的毛细管结构，其中，所述发散部分具有从所述连接部分与所述发散部分的交点测量的长度，并且其中，所述过渡部分设置在所述长度的大于50％处。11.根据权利要求1所述的毛细管结构，其中，所述发散部分具有从所述连接部分与所述发散部分的交点测量的长度，并且其中，所述过渡部分设置在所述长度的50％处。12.一种用于定向输送具有接触角θ的流体的基底，所述基底包括用于被动定向流体输送的毛细管结构，所述毛细管结构包括具有向前方向和向后方向的毛...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·福托菲尔，W·鲍姆加特纳，G·布奇伯杰，P·科姆安斯，F·伊申，
申请(专利权)人：金伯利克拉克环球有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US