用于增加至少一个液滴在介质上滑动的能力的方法技术

用于增加至少一个液滴(15)在介质(5)上滑动的能力的方法，在方法中,在介质中产生具有足够振幅的超声表面波，以使液滴在惯性‑毛细管本征振动模式下变形，由此减少液滴与介质的附着，从而使液滴更容易在外力的作用下移动，超声表面波的振幅不足以导致所述液滴非对称变形达到在没有外力的情形下沿超声表面波的传播方向移动的程度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增加至少一个液滴在介质上滑动的能力的方法
本专利技术涉及一种促进液体的至少一个液滴在基板上滑动的方法。
技术介绍
在多种领域中，必须消除与液体在表面上的积聚相关的影响。例如，在医疗应用中，可以在无需添加抗凝血剂的情况下有必要防止或至少延迟血液的液滴在表面上的凝结。在光学系统中，水滴在透镜上的冷凝可能妨碍正确观察，因此其必须被清洁，这证明是繁琐的。作为附加的示例，燃烧产物或燃料液滴的冷凝物在某些发动机部件上的积聚可能降低其能量效率。精确控制液滴在表面上的移动也可能是有用的。为了移除积聚在表面上的液体的液滴，众所周知的是在液滴上施加机械力，例如借助于机动车的挡风玻璃上的挡风玻璃刮水器。然而，挡风玻璃刮水器限制了驾驶员可用的视野。而且，它使沉积在挡风玻璃表面上的油脂颗粒扩散。此外，必须定期更换挡风玻璃刮水器的配件。此外，在很多应用中，例如在微流体中，由于缺少可用于提供合适的机械装置的空间，机械力不能容易施加在液滴上，而且这可能会损坏表面。一种已知的移除积聚在表面上的液滴的方法包括使所述表面功能化。例如，申请US2014/0817666和US2014/290732描述了覆盖有多孔体的基板，其具有纳米尺寸或微米尺寸的孔，因此形成功能化表面。当液滴沉积在该功能化表面上时，多孔体浸渍有液体，从而在基板与液滴之间形成润滑层，该润滑层可以容易地在表面上滑动。然而，构成适于表面功能化的基板的材料的数量是有限的。此外，表面功能化可改变润湿性以外的表面性质。例如，对于涉及表面光学性质的应用几乎没有意义。最后，在表面浸透与干燥的若干循环之后，多孔体的孔通过液体中容纳的残留颗粒的累积而逐渐地变得被填充，并且最终不再形成润滑层。然后功能化表面失去促进液滴的滑动的能力。用于控制表面疏水性的电场的应用也是已知的，特别是在微流体领域。这种技术，由首字母缩略词EWOD(装置上的电润湿，ElectroWettingOnDevices)所知，包括在两个电极之间施加电位差，以使表面电极化以使其亲水，从而使液滴从表面松散。通过控制极化的位置，然后可以移动液滴。然而，几乎没有材料适用于这种技术，而且这种技术不适用于厚度大的基板。此外，EWOD技术需要电极整个表面上的特别精确地定位，在这里需要控制润湿性质。通过使它们所安置的基板振动来移除液滴也是已知的，特别是通过产生超声表面波以引起液滴在表面上的移动或使液滴蒸发。超声表面波具有的优点是它们可以借助于换能器容易地产生。此外，它们几乎没有衰减，并且可以在远距离上传播。GB2387107和GB1037787相应地描述了头盔遮护和挡风玻璃，其包括用于产生用于移除雨滴的超声波的换能器。然而，这些文献没有提及关于超声波的特性。US4,768,256描述了一种用于从挡风玻璃移动雨滴的装置，其中施加在挡风玻璃上的超声波使得雨滴沿与纵向超声波的传播方向相反的方向移动。在文章“经由调制表面声学的低能量固着液滴致动(lowpowersessiledropletsactuationviamodulatedsurfaceacoustic)”(M.Baudoin,P.Brunet,O.BouMatarandE.Herth,Appl.Phys.Lett.,Vol.100,154102(2012))中，最近已经描述了一种方法，其中将超声表面波施加到其上有水滴的基板上，其中超声表面波的频率和振幅使得液滴振动并且不对称地变形，从而使其沿超声表面波的传播方向移动。FR1308877和WO2012/095643描述了一种通过超声波蒸发从挡风玻璃移除雨滴的方法。选择振动的振幅和频率，使落在挡风玻璃上的雨滴不会与后者接触，并且一旦它们进入挡风玻璃表面的振动移动区域就会被蒸发。然而，为了获得液滴的蒸发或移动，如上所述引起基板中的一个振动所需的能量特别高，这限制了它们的实际应用，特别是用于自主装置的开发。特别地，虽然FR1308877和WO2012/095643没有具体规定用于蒸发液滴而产生的波的振幅和频率，但众所周知，蒸发需要的能量比在基板上移动液滴所需的能量更多。因此，需要一种可以容易地实施的方法，其允许移除附着在基板表面上的液体的液滴，并且可以应用于具有不同形状，尺寸和构成材料的基板。
技术实现思路
本专利技术旨在满足这种需要，并且通过提出一种促进至少一个液滴在基板上滑动的方法来实现这一目的，一种方法，其中在基板中产生超声表面波，该超声表面波具有足够振幅，以使液滴根据惯性-毛细管本征振动模式而变形，由此减少了液滴到基板的附着，从而有助于液滴在外力作用下移动，超声表面波的振幅不足以导致液滴的不对称变形达到所述液滴在没有外力的情况下沿超声表面波的传播方向移动的程度。根据本专利技术的方法特别值得注意的是，借助于比在上述现有技术的方法中使用的能量更低的能量的超声波，液滴从防止其移动的基板的不规则处释放。然后，通过施加外力、特别是具有低振幅的外力，可以更容易地移动液滴。“液滴的释放”意味着液滴的惯性-毛细管本征振动使得可以释放最初被(特别是化学地和机械地)捕获在表面不规则处的接触线或三线结构(与基板、液滴和例如空气的周围气体同时接触)。此外，根据本专利技术的方法特别强大，因为它允许主动控制表面的振动并由此主动控制液滴的振动。因此，可以根据表面状况调整表面的振动。因此，与现有技术的方法相比，根据本专利技术的方法对基板的污染物和表面缺陷不太敏感。而且，根据本专利技术的方法还允许精确控制液滴在基板上的移动。根据本专利技术的方法的较高能量效率可归因于以下事实：在现有技术中，在没有接触线的振动的情形下液滴在基板的表面上移动。因此，需要向液滴提供足够的能量以超过所谓的滞后角，从该滞后角开始接触线离开由不规则处形成的捕获部，并成功地移动液滴。因此，需要比根据本专利技术的方法更多的能量供应来移动液滴。特别地，在根据本专利技术的方法中所使用的用于促进液滴的滑动的超声表面波的能量可以比在现有技术中使用的用于移动液滴的超声波的能量低至少10倍，或甚至至少30倍。而且，如将在下文看到的，根据本专利技术的方法特别通用。值得注意的是，它可以应用于微米或几十米长的薄和厚的各种不同基板，只要它们具有用于超声表面波在其上传播的足够的刚度。而且，根据本专利技术的方法不限于特定类型的液体。因此，简化了本专利技术的实施，并且特别是它不需要对基板表面进行任何复杂的特殊的处理。令人惊讶的是，并且尚未被解释，已经观察到根据液滴的惯性-毛细管模式的振动在低频率处发生，比超声表面波的基频低，特别是低至少60000倍，或者甚至低100万倍。此外，发现通过用具有相同基频的波对表面施加压力，可以使不同直径的液滴根据它们的固有惯性-毛细管模式振动。因此，具有相同频率的波可以引起尺寸非常不同的液滴的振动。液滴的“惯性-毛细管本征振动模式”是由液滴的惯性与其表面张力之间的竞争导致的液滴的振荡共振模式。它在(byJ.Rayleigh,Proc.R.Soc.London,Vol.29,71(1879)andH.Lamb,"Hydrodynamics",CambridgeUniversityPress,England(1932))中被证明。它通常也称为瑞利-拉姆模式。附图说明通过阅读下面给出的其非限制性实施例实例的详细描述并检视附图，可以更好地理解本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种促进至少一个液滴(15)在基板(5)上滑动的方法，其中，在所述基板中产生超声表面波(10)，其振幅足以使所述液滴根据惯性‑毛细管本征振动模式而变形，由此减少所述液滴到所述基板的附着，从而促进所述液滴在外力作用下的移动，所述超声表面波的振幅不足以导致所述液滴的非对称变形达到所述液滴在没有外力的情形下沿所述超声表面波的传播方向移动的程度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.09 FR 15620671.一种促进至少一个液滴(15)在基板(5)上滑动的方法，其中，在所述基板中产生超声表面波(10)，其振幅足以使所述液滴根据惯性-毛细管本征振动模式而变形，由此减少所述液滴到所述基板的附着，从而促进所述液滴在外力作用下的移动，所述超声表面波的振幅不足以导致所述液滴的非对称变形达到所述液滴在没有外力的情形下沿所述超声表面波的传播方向移动的程度。2.根据前述权利要求所述的方法，其中，调节所述超声表面波的基频和振幅，使所述液滴的振荡振幅与所述液滴处于静止时的尺寸的比值小于或等于1.4，或者甚至小于或等于1.3，或者甚至小于或等于1.15。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述超声表面波的基频在1MHz和100MHz之间。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述超声表面波的基频以20Hz与10kHz之间的调制频率调制。5.根据前述权利要求所述的方法，其中，所述表面波的基频由所述液滴的对称惯性-毛细管本征振动模式的固有频率调制。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述表面波是瑞利波或拉姆波。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述液滴的尺寸(Φ)小于5mm，特别是在0.1mm与1.5mm之间，例如等于1mm。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述液滴的惯性-毛细管本征振动模式的固有频率在20Hz与10kHz之间。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述基板由弹性模量高于0.1MPa的材料制成。10.根据前述权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿德里安·比索尼雷，奥利维尔·布·马塔尔拉卡兹，米夏埃尔·博杜安，菲力浦·布吕内，
申请(专利权)人：里尔大学，国家科学研究中心，里尔中央理工学校，
类型：发明
国别省市：法国,FR