CN101541666A - 具有超疏水表面的液体渗透本体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种装置，包括：刚性液体渗透本体，具有第一非平坦的液体渗透本体表面，并具有第二液体渗透本体表面；液体渗透本体中的多个液体渗透单元；以及在第一液体渗透本体表面上的多个凸起的微型功能部件。还公开了一种装置，包括：液体渗透本体，具有第一液体渗透本体表面和第二液体渗透本体表面；在液体渗透本体中的多个液体渗透单元；第一液体渗透本体表面上的多个凸起的微型功能部件；以及流体密封本体，其与第二液体渗透本体表面一起形成第二流体密封结构。并公开了利用装置处理与流体一起的液体的方法和保持超疏水表面的方法。

Description

具有超疏水表面的液体渗透本体
本申请要求2006年11月30日提交的、名称为“具有超疏水(superhydrophobic)表面的液体渗透本体”的美国专利申请系列第11/607,134号的优先权；通过参考将其全部内容结合在本申请中。
技术领域
本发明大致涉及具有超疏水表面的结构，以及用于具有超疏水表面的结构的制造的工艺。
背景技术
疏水结构由于其对诸如水的高表面张力液体的排斥能力而为人们所熟知。已经将一些疏水结构形成为包括由空隙间隔开并被相互保持在基板的适当位置上的多个凸起的部件。这些凸起的部件可采取包括柱状、刀片状、钉状和山脊状的各种形状的形式。当具有足够高的表面张力的液体接触这样的疏水结构的表面时，液体可以以使液体不能立刻渗透进入空隙的足够高的局部接触角与疏水结构的表面形成界面。因此，这样的表面被描述为“超疏水”。
尽管存在这些发展，形成在凸起的部件上的超疏水表面通常要求小心地注意维持由液体施加至凸起的部件的低压，以延迟超疏水排斥力和通过表面并进入凸起的部件之间的空隙的液体的合成渗透(resultant penetration)的衰减。因为这样的流动可能在表面上产生相当大的压力，这样的低压要求可能会妨碍这样的超疏水表面在液体需要在表面上流动的环境中的使用。而且，为了最终用途应用的有限范围，已经对疏水表面行为进行了研究。这样的最终用途的扩展可能促进处理液体的新方法。
因此，存在对使超疏水表面特性的开发更切实可行的新型超疏水表面结构的持续需求。
发明内容
在实施例的一个具体方式中，提供了一种装置，包括：刚性液体渗透本体，具有第一非平坦的液体渗透本体表面，并具有第二液体渗透本体表面；在液体渗透本体中的多个液体渗透单元，多个液体渗透单元中的每一个具有限定与在第一和第二液体渗透本体表面两者中的开口连通的流体通路的单元壁；以及在第一液体渗透本体表面上的多个凸起的微型部件。
在实施例的另一个具体方式中，提供了一种装置，包括：液体渗透本体，具有第一液体渗透本体表面和第二液体渗透本体表面；在液体渗透本体中的多个液体渗透单元，多个液体渗透单元中的每一个具有限定与在第一和第二液体渗透本体表面两者中的开口连通的流体通路的单元壁；在第一液体渗透本体表面上的多个凸起的微型部件；以及流体密封本体，其与第二液体渗透本体表面一起形成第二流体密封结构。
在实施例的另一个具体方式中，提供了一种处理与流体一起的液体的方法，包括：提供一种装置，包括：液体渗透本体，其包括第一流体密封结构，并具有第一液体渗透本体表面和第二液体渗透本体表面；在液体渗透本体中的多个液体渗透单元，多个液体渗透单元中的每一个具有限定与在第一和第二液体渗透本体表面两者中的开口连通的流体通路的单元壁；在第一液体渗透本体表面上的多个凸起的微型部件；和流体密封本体，其与第二液体渗透本体表面一起形成第二流体密封结构；以及将第一液体引入第一流体密封结构，并将流体引入第二流体密封结构，从而允许在通过液体渗透本体的第一液体和流体之间发生相互作用。
作为实施例的另一个具体方式，提供了一种保持超疏水表面的方法，包括：提供一种装置，包括：液体渗透本体，其包括第一流体密封结构，并具有第一液体渗透本体表面和第二液体渗透本体表面；在液体渗透本体中的多个液体渗透单元，多个液体渗透单元中的每一个具有限定与在第一和第二液体渗透本体表面两者中的开口连通的流体通路的单元壁；在第一液体渗透本体表面上的多个凸起的微型部件；和流体密封本体，其与第二液体渗透本体表面一起形成第二流体密封结构；以及将第一液体引入第一流体密封结构，将气态流体引入第二流体密封结构，并将在第一流体密封结构中的压力保持在相对于在第二流体密封结构中的压力所选择的范围内。
对本领域技术人员来说，通过研究下述附图和详细的描述，本发明的其它系统、方法、特征和优点会是或将会变得明显。可以想到的是，所有这样的其它的系统、方法、特征和优点包括本说明书中，在本发明的保护范围之内，并由随附的权利要求进行保护。
附图说明
参照附图，能够更好地理解本发明。附图中的元件没有必要成比例，相反，重点用来展示本发明的原理。而且，在附图中，相同的附图标记在不同的视图中表示对应的部分。
图1为示出一种装置的实施例的顶视图，装置包括具有第一液体渗透本体表面和在第一液体渗透本体表面上的多个凸起的微型部件的液体渗透本体。
图2为示出图1的装置的沿2-2线截取的局部剖面侧视图。
图3为示出图1和2的装置的沿3-3线截取的剖面底视图。
图4为示出一种装置的实施例的透视图，装置包括液体渗透本体，液体渗透本体包括导管并具有第一液体渗透本体表面和在第一液体渗透本体表面上的多个凸起的微型部件的液体渗透本体。
图5为示出图4的装置的沿5-5线截取的剖面侧视图。
图6为示出一种装置的实施例的透视图，装置包括液体渗透本体，液体渗透本体包括空腔并具有第一液体渗透本体表面和在第一液体渗透本体表面上的多个凸起的微型部件。
图7为示出图6的装置的沿7-7线截取的剖面侧视图。
图8为示出一种装置的实施例的透视图，装置被选择为包括或者具有导管的多个装置或者具有空腔的多个装置，或者包括具有导管的装置和具有空腔的装置的多个装置。
图9为示出用于制造图1-8所示的装置的工艺的实施例的流程图。
图10为示出在根据图9的工艺的制造期间，图4-5中所示的装置的实施例的透视图。
图11为示出处理流体与液体的方法的实例的流程图。
图12为示出保持超疏水表面的方法的实例的流程图。
具体实施方式
提供了一种装置，包括：液体渗透本体，具有第一和第二液体渗透本体表面；在液体渗透本体中的多个液体渗透单元，多个液体渗透单元中的每一个具有限定与在第一和第二液体渗透本体表面两者中的开口连通的流体通路的单元壁；以及在第一液体渗透本体表面上的多个凸起的微型部件。在一个实施例中，多个凸起的微型部件中的每一个可以包括端部，端部形成超疏水表面，凸起的微型部件以一定的距离与第一液体渗透本体表面隔离开。作为另一个实施例，液体渗透本体可以包括液体渗透导管或液体渗透空腔。在另一个实施例中，装置可以包括与第二液体渗透本体表面一起形成流体密封结构的流体密封本体。
图1为装置100的实施例的顶视图，包括具有第一液体渗透本体表面104和在第一液体渗透本体表面104上的多个凸起的微型部件106的液体渗透本体102。图2为沿2-2线截取的局部剖面侧视图，显示图1的装置100。图3为沿3-3线截取的剖面底视图，示出图1和2的装置100。除了图1所示的第一液体渗透本体表面104之外，液体渗透本体102包括图2所示的第二液体渗透本体表面108。如通过液体渗透本体102的锯齿端103、105指出，图2示出装置100的局部视图。
在一个实施例中，多个凸起的微型部件106中的每一个可以包括端部110，端部110以一定的距离112与第一液体渗透本体表面104间隔开，端部110形成超疏水表面114。作为另一个实施例，装置100可以包括在第二液体渗透本体表面108上的多个凸起的微型部件116。在另一个实施例中，多个凸起的微型部件116中的每一个可以包括端部118，端部118以一定的距离120与第二液体渗透本体表面108间隔开，端部118形成超疏水表面121。作为例子，多个凸起的微型部件106可以与液体渗透本体102一体形成。同样，作为例子，多个凸起的微型部件116可以与液体渗透本体102一体形成。在本说明书中，术语“一体(monolithic)”意味着如此描述的装置元件，如凸起的微型部件106、116和液体渗透本体102为相同材料的单一、整体。应当理解，装置100同样可以由多个单块部分(未示出)装配。
液体渗透本体102包括多个液体渗透单元122。多个液体渗透单元122中的每一个包括单元壁124，单元壁124限定分别地与在第一液体渗透本体表面104和第二液体渗透本体表面108中的开口128、130连通的流体通路126。作为一个例子，多个流体通路126可以足够大，使得流体可以在第一液体渗透本体表面104和第二液体渗透本体表面108之间渗透，而不是仅仅通过第一和第二液体渗透本体表面104、108之间的扩散来穿过。在一个实施例中，流体通路126的横截面125可以具有在约0.1毫米和约50毫米之间的范围内的平均直径。作为另一个实施例，流体通路126的横截面125可以具有在约5毫米和约10毫米之间的范围内的平均直径。在另一个实施例中，流体通路126的横截面125可以具有在约0.5毫米和约3毫米之间的范围内的平均直径。
在一个实施例中，液体渗透本体102可以具有在约0.1毫米和约50毫米之间的范围内的、位于第一和第二液体渗透本体表面104和108之间的厚度119。作为另一个实施例，液体渗透本体102可以具有约1毫米的、位于第一和第二液体渗透本体表面104和108之间的厚度119。
在本说明书全文采用的术语“流体(fluid)”意味并包括处于能够流动状态的物质。作为例子，“流体(fluid)”可以包括气体、液体、或者气体和液体；并且如果所述“流体”能够流动则还可以包括固体。
作为流体包括液体的例子，以施加至凸起的微型部件106的端部110的选定的流体压力，超疏水表面114可以防止微型部件流体立刻渗透超疏水表面114。在一个实施例中，液体渗透本体102可以包括多个液体渗透单元122，每个液体渗透单元122具有与第一液体渗透本体表面104连通的单个第一液体渗透本体表面开口128，以及与第二液体渗透本体表面108连通的单个第二液体渗透本体表面开口130。在另一个实施例中(未示出)，多个流体通路126，或者每个流体通路126可以与在第一和第二液体渗透本体表面104、108中的开口128、130直接连接在一起。作为例子(未示出)，开口128可以通过流体通路126与多个开口130连通，或者开口130可以通过流体通路126与多个开口128连通。作为一个例子，在第一液体渗透本体表面104中的开口128和在第二液体渗透本体表面108中的开口130之间的流体通路126可以为如图2所示的直的。在另一个实施例中(未示出)，液体渗透本体102可以包括不是直的流体通路126。作为例子，液体渗透本体102可以包括以一个或多个角度在第一和第二液体渗透本体表面104和108之间弯曲、分支或通过的流体通路126，所述角度垂直于或者不垂直于邻近与流体通路126连通的开口128、130的这样的表面的平面(未示出)。
在一个实施例中，在液体渗透本体102中的多个单元壁124中的每一个可以包括形成第一液体渗透本体表面104的一部分或形成第二液体渗透本体表面108的一部分的背脊132。作为另一个实施例，装置100可以包括多个凸起的微型部件106，每个微型部件106定位在背脊132上。
作为例子，在第一液体渗透本体表面104中的开口128可以具有选择的开口形状，且可以在第一液体渗透本体表面104中相互定位成第一阵列。图1示出了具有形成具有六边形形状的第一液体渗透本体表面开口128的单元壁124的液体渗透单元122的第一阵列的实施例，所述开口128设置成在第一液体渗透本体表面104中的蜂巢状第一阵列。作为另一个实施例，单元壁124可以具有在相邻的液体渗透单元122之间选定的厚度134，并且为了最大化在第一液体渗透本体表面104中的这样的开口128的密度，多个第一液体渗透本体表面开口128可以仅通过具有选定厚度134的单元壁124而在第一液体渗透本体表面104中隔开。在一个实施例中，单元壁124的选定厚度134可以约为1毫米。作为例子，单元壁124的选定厚度134可以在约0.05毫米和约5毫米之间的范围内。在另一实施例中(未示出)，第一液体渗透本体表面104中的开口128可以形成不同与图1所示的第一阵列。作为例子，可以采用其它形状的第一液体渗透本体表面开口128。在多个实施例中，可以选择第一液体渗透本体表面开口128的一个或多个下述形状：三角形、正方形、矩形、五边形、梯形、七边形、多边形、圆形、椭圆形和不规则形状。作为另一个例子，第一液体渗透本体表面开口128的形状可以选择为包括：选定形状或不同的选定形状的多于一个尺寸或刻度尺寸，用于包含在第一液体渗透本体表面104中的不同选定位置或区域。作为另一个例子，在第二液体渗透本体表面108中的开口130可以具有以同样方式选择的形状，并且可以以与关于开口128所讨论的相同的方式在所选择的第二液体渗透本体表面108中定位成阵列。图3示出了具有形成具有六边形形状的第二液体渗透本体表面开口130的单元壁124的液体渗透单元122的第一阵列的实施例，开口130设置成与可以选择用于图1所示的第一液体渗透本体表面104的第一阵列相同的蜂巢状第一阵列用于第一液体渗透本体表面104。在另一个实施例中(未示出)，具有形成具有正方形形状(未示出)的第一和第二液体渗透本体表面开口128、130的单元壁124的液体渗透单元122的第一阵列可以包括设置成正方形网状第一阵列的开口128、130。
作为例子，装置100可以包括在第一液体渗透本体表面104上定位成第二阵列的多个凸起的微型部件106，第二阵列不同于第一阵列。图1示出包括定位在液体渗透单元122的单元壁124的背脊132上的多个凸起的微型部件106的第二阵列的例子，凸起的微型部件106在第一液体渗透本体表面104中设置成第一阵列。在一个实施例中，多个凸起的微型部件106可以定位在由单元壁124限定的液体渗透单元122之间的顶点136处。在图1所示的例子中，多个凸起的微型部件106可以设置在如上所述的具有六边形形状并在第一液体渗透本体表面104中设置成第一阵列的液体渗透单元122之间的顶点136处。相应地，如图1所示，凸起的微型部件106可以在第一液体渗透本体表面104上设置成不同于第一阵列的第二阵列。以这种方式，作为一个例子，凸起的微型部件106和第一液体渗透本体表面开口128可以在第一液体渗透本体表面104上定位成没有共同的边界的这样的第二和第一阵列。
在一个实施例中，第一液体渗透本体表面104和第二液体渗透本体表面108可以都包括平坦表面。在本说明书全文中，术语“平坦(planar)”意味着所描述的表面大致或基本上为平坦的，但没有必要是完全平坦的。作为另一个实施例，第一和第二液体渗透本体表面104和108可以为共平面的。在另一实施例中，第一和第二液体渗透本体表面104和108可以都不是平坦的，或者每个可以为平坦的但不是共平面的。在一个实施例中(未示出)，第一液体渗透本体表面104可以包括诸如半圆柱形或圆柱形表面的非平坦表面。作为另一个实施例，液体渗透本体102可以具有适合保持其形状的刚性结构。在另一个实施例中，第一液体渗透本体表面104可以包括诸如半圆柱形或圆柱形表面刚性非平坦表面。作为例子，液体渗透本体102的部分或全部可以形成第一流体密封结构138。在下文进一步讨论的实施例中，液体渗透本体102可以形成包括导管或空腔的第一流体密封结构138。在本说明书的全文中，术语“导管(conduit)”意味着包括能够用来将流体从一点传输至另一点的内部区域的结构。在本说明书的全文中，术语“空腔(cavity)”意味着包括中空内部区域的结构。作为一个例子，第一液体渗透本体表面104可以形成导管的内部区域或空腔的内部区域。在另一实施例中，液体渗透本体102的部分或全部可以形成诸如管状导管或管状空腔的管状第一流体密封结构138。作为例子，这样的管状第一流体密封结构138可以具有如横向限制传输流体的方向的导管的管状横截面，或者横向限制从空腔流出的方向的管状横截面，即圆形的、椭圆形的、正方形的、矩形的、多边形的或不规则形状。
在一个实施例中，装置100可以包括流体密封本体140。作为另一个实施例，流体密封本体140可以与第二液体渗透本体表面108一起形成第二流体密封结构142。在第二液体渗透本体表面108为平坦的实施例中，第二流体密封结构142可以占据大致具有矩形棱镜或立方形状的空间。在液体渗透本体102可以形成如管状导管或管状空腔的管状第一流体密封结构138的实施例中，第二流体密封结构142可以占据围绕管状第一流体密封结构138并大致具有环形形状的空间。作为另一个实施例，装置100可以包括连接液体渗透本体102和流体密封本体140的支撑部件144。作为一个例子，支撑部件144可以相对流体密封本体140将液体渗透本体102保持在所选定的位置。在一个实施例中(未示出)，装置100可以包括将液体渗透本体102和流体密封本体140连接在一起的多个支撑部件144。
作为例子，装置100可以包括第一流体密封结构138和第二流体密封结构142，并且第二流体密封结构142可以被选择为流体压力密封腔。在另一实施例中，第一和第二流体密封结构138和142中的任意一个或者两者都可以包括用于流体输入和输出的一个或多个接头。作为一个例子，第一流体密封结构138可以包括用于流体输入的接头146和用于流体输出的接头148。在另一个实施例中，第二流体密封结构142可以包括用于流体输入的接头150和用于流体输出的接头152。作为例子，接头146-152可以包括开口或阀门。在另一个实施例中，第一和第二流体密封结构138和142中的任意一个或者两者都可以分别包括一个或多个流体压力测量装置154和156。在多个实施例中，在附图中所示的和在本说明书中所讨论的装置100的元件中的任意一个或者全部可以为刚性的，并能够在装置100的应用中保持它们的形状。作为一个例子，在包括第一和第二流体密封结构138和142并且其中将第二流体密封结构142选择为流体压力密封腔的装置100的操作中，第二流体密封结构142中的流体压力能够使增加的流体压力被应用在第一流体密封结构138中。作为一个例子，第一流体密封结构138中的流体压力可以包括流体流进或流过第一流体密封结构138产生的压力。在另一个实施例中(未示出)，装置100可以包括用于将其中的流体传入装置100或传出装置100的导管。作为另一个例子(未示出)，装置100可以包括用于保持装置100的结构和操作完整性的周壁和另外的支撑部件。
作为在第一流体密封结构138中的流体包括液体的例子，在第一流体密封结构138中逐渐增加的流体压力可能最终导致在超疏水表面114中的崩溃。在超疏水表面114中发生这样的崩溃之后，液体可能从第一流体密封结构138穿透液体渗透单元122进入第二流体密封结构142。在将第二流体密封结构142选择为流体压力密封腔的实施例中，在第二流体密封结构142中的流体压力可以通过控制通过接头150、152的流体的输入和输出并用流体压力测量装置156监控而向上调节，以抵消在第一流体密封结构138中的液体的流体压力。作为一个例子，通过平衡第一和第二流体密封结构138和142中流体压力，尽管在第一流体密封结构138中的液体存在增加的流体压力，仍然可以保持超疏水表面114。
在一个实施例中，通过降低凸起的微型部件106的端对端间隔距离158或“间距(pitch)”，可以增加能够由通过凸起的微型部件106的端部110共同形成的超疏水表面114支撑的最大流体压力。作为另一个实施例，随后讨论的3D印刷工艺可以用在装置100的制造中。在这种情况中，在另一个实施例中，可以在3D印刷工艺中选择相对较高的分辨率，以降低凸起的微型部件106的端部110之间的间隔158。作为一个例子(未示出)，这样的降低可能有利于省略凸起的微型部件106、116，并有利于将第一和第二液体渗透本体表面104、108用作超疏水表面。
作为例子，通常，能够由具有包含空气的底层结构的超疏水表面114支撑的最大液压可以采用如下方程描述，
b > 1 - sin ( &theta; A - &alpha; ) 2 | cos ( &theta; A - &alpha; ) | d , d < 2 2 &sigma; | cos ( &theta; A - &alpha; ) | &Delta;P
其中，b为凸起的微型部件106的高度112，d为凸起的微型部件106的端部110之间的距离158，并且ΔP等于液体P1压力大于空气压力的压力，以兆帕(“MPa”)表示。而且，方程式中的θA为液体与凸起的微型部件106的端部110之间的前进接触角(advancing contact angle)。此外，方程中的α为平均角度，所述平均角度为在第一液体渗透本体表面104和端部110之间的凸起的微型部件106的横向表面从垂直于第一液体渗透本体表面104的线偏离的角度。并且，在方程中，σ为液-气界面的表面张力。作为一个例子，如果液体为水，则在20摄氏度(“℃”)处σ＝0.0727牛顿每米(N/m)，在约一个大气压下ΔP为0.1MPa，并且(θA-α)为120°。相应地，间距d(158)应当小于约1微米，且凸起的微型部件(106)高度b(112)应当大于约0.4微米。作为另一个实施例，上述方程还大致示出了能够由超疏水表面114支撑的最大液压与凸起的微型部件106的直径160成反比。在Choi and Kim的论文“Large Slip of Aqueous Liquid Flow Over aNanoengineered Superhydrophobic Surface”，Physical Review Letters，Vol.96，pp.066001-1-066001-4(American Physical Society February 17，2006)中公开了上述方程，在此以参考的方式将其全部内容结合在本文中。
作为另一个常规实施例，形成在由不包括液体渗透单元的固体本体表面(未示出)支撑的凸起的微型部件106的端部110上的超疏水表面114大致能够支撑达到约0.0005MPa的液压，在200微米的端对端距离158或“间距”处等于大约0.07磅每平方英寸。在另一个实施例中(未示出)，由这样的固体本体表面支撑的凸起的微型部件106可以选择为具有位于固体本体表面上的棱锥基部的棱锥形状。在这样的实施例中，超疏水表面114能够支撑相对地增加约50-100％的最大液压。在另一个实施例中，如果超疏水表面114能够形成在由不包括液体渗透单元的固体本体表面支撑的、并具有2微米端对端距离158或“间距”的凸起的微型部件106的端部上，则理论上超疏水表面114能够支撑达到约0.05MPa等于约7.4psi的液压。
在另一实施例中，上述方程展示了，对于凸起的微型部件106的给定直径160，如果超疏水表面114下面的气压增加，则超疏水表面114能够支撑的最大液压也能够增加，使得越过支撑凸起的微型部件106的本体表面的ΔP保持为常数。
作为例子，可以设置用于包含超疏水表面114下面的空气的封闭空间，使得可以将空气保持在选定的压力下，在一个实施例中选定的压力是可以增加的。在一个实施例中，可以将空气压力控制为小于超疏水表面114上的液体的压力，以避免在液体中引入气泡或者产生不稳定的液体/空气界面。作为另一个例子，可以将空气压力控制为大于为上述方程中的ΔP所规定的值，使得超疏水表面114可以保持完整。作为另一个例子，可以将第二流体保持结构142中的空气压力增加为包括高的压力、允许将第一流体保持结构138中的液体压力保持在相应的高的压力的任何选定的值。在另一个实施例中，凸起的微型部件106还可以另外地选择为具有相对小的允许相应的更大的最大值ΔP的端对端距离158，这导致可以将超疏水表面114保持在更大的ΔP操作窗口内。也作为另一个例子，将空气压力控制在ΔP操作窗口内的选定的值可以降低或消除在第一流体保持结构138中形成气泡，或者便于它们通过流体通路126到达第二流体保持结构142，用于去除或进一步处理。作为例子，这样的气泡可能形成在第一流体保持结构138中，并变成贴附至第一液体渗透本体表面104。作为例子，贴附至第一液体渗透本体表面104的气泡可以产生对流体流的阻碍，并有利于在第一流体保持结构138中的流体流的压力降低。
在一个实施例中，设置有包括导管的第一流体保持结构138和选择为流体压力保持腔的第二流体保持结构142的装置100可以便于包括液体的流体以增加的压力流过导管，同时保持超疏水表面114。作为一个例子，如此增加的压力可以发生在包括液体的流体高通过量流过期间，或者发生在包括液体的高粘性流体流过包括在第一流体保持结构138的导管的期间。应当理解，装置100可以包括凸起的微型部件106或者116，或者包括106和116二者。在一个实施例中，可以独立地选择用于引入第一流体保持结构138的流体和用于引入第二流体保持结构142的流体。
作为另一个实施例，用于引入第一流体保持结构138的流体可以包括液体，并且用于引入第二流体保持结构142的流体可以包括气体或液体。在一个实施例中，除了与凸起的微型部件106的端部接触的表面周围部分外的液体的整个表面周围(未示出)可以被设置为通过液体渗透本体102而靠近第二流体保持结构142中的流体。通过以选定的气体压力抵消增加的液体压力，其中用于引入第一流体保持结构138的流体包括液体、且用于引入第二流体保持结构142的流体包括气体的装置100可以用来以增加的压力保持在第一流体保持结构138中液体的流体流动，而不损害超疏水表面114。作为另一个例子，所选定的气体压力可以便于气体移动、流动、扩散或分解进入液体，或者便于气体与液体的反应。其中用于引入第一流体保持结构138的流体包括液体、且用于引入第二流体保持结构142的流体也包括液体的装置100可以用来便于第一和第二流体保持结构138和142中的液体之间的相互作用。作为一个例子，第一流体保持结构138中的液体或者第二流体保持结构142中的液体的分子可以分别移动、流动或扩散至第二流体保持结构142中的液体或者第一流体保持结构138中的液体，并分别与第二流体保持结构142中的液体或者第一流体保持结构138中的液体相互作用。在多个实施例中，这样的移动、流动或扩散可以作为由液体的蒸气压力引起的例子。在另一个实施例中，超疏水表面114、121可以变得折中，且由此允许液体之间的诸如它们的反应或混合的直接相互作用。作为例子，超疏水表面114、121的这样的折中可以由增加的压力的外部应用或内部发生或者由超疏水表面114、121不可支撑的另一条件所产生。
作为例子，通过将包括血液的流体引入第一流体保持结构138，并将包含氧气的流体引入第二流体保持结构142，装置100可以用来氧化血液，使得氧气可以被传递至血液，并将二氧化碳从血液中去除。在另一实施例中，通过将包括液体的流体引入第一流体保持结构138，并将用于与液体反应的流体引入第二流体保持结构142，装置100可以用在化工制造中，使得跨过整个液体渗透本体102或者在超疏水表面114处发生反应。在这种情况中，用于反应的流体可以以增加的速率相互接触，并可以导致以增加的速率流进第一和第二流体保持结构138和142，这可以有利于增加的反应速率。作为另一个例子，装置100可以用来便于在第一流体保持结构138中的液体、如医学治疗装置中的血液的流动的增加的流速。在另一实施例中，装置100可以用于方便从在第一流体保持结构138中的液体中移除气体或水蒸气，诸如通过移除溶剂而干燥溶解在液体溶剂中的固体。作为另一个例子，通过允许在第一流体保持结构138中流动的液体与在第二流体保持结构142中流动的流体相互作用，装置100可以用于诸如血液的液体的透析。在这种情况中，在一个实施例中，可以选择装置100包括超疏水表面114和121，则可以导致液体在第二流体保持结构142中流动。作为另一个例子，通过允许携带来自在第一流体保持结构138中流动的液体的分子的水蒸气与在第二流体保持结构142中的流动的流体接触，装置100可以用在燃料电池中。
分别地在第一和第二液体渗透本体表面104和108处测量的凸起的微型部件106、116的平均直径小于约1000微米(在本说明书全文中称为“微型(micro-scale)”)。作为一个例子，分别地在第一和第二液体渗透本体表面104和108处测量的凸起的微型部件106、116的平均直径可以小于约400微米。在一个实施例中，分别地在第一和第二液体渗透本体表面104和108处测量的凸起的微型部件106、116的平均直径可以大于约50微米。具有相对小的平均直径160的凸起的微型部件106、116可以对在凸起的微型部件上的流体的流动产生相对低的阻力。作为另一个实施例，在第一和第二液体渗透本体表面104和108处，凸起的微型部件106、116可以具有0.24毫米的直径，并且在端部110、118处，凸起的微型部件106、116具有约0.15毫米的直径。
在一个实施例中，在第一和第二液体渗透本体表面104和108上，并分别远离第一和第二液体渗透本体表面104和108延伸的凸起的微型部件106、116的平均长度112、120可以小于约10毫米(“mm”)。在另一个实施例中，在第一和第二液体渗透本体表面104和108上，并分别远离第一和第二液体渗透本体表面104和108延伸的凸起的微型部件106、116的平均长度112、120可以小于约2毫米。作为另一例子，在第一和第二液体渗透本体表面104和108上，并分别远离第一和第二液体渗透本体表面104和108延伸的凸起的微型部件106、116的平均长度112、120可以大于约10毫米。在另一实施例中，在第一和第二液体渗透本体表面104和108上，并分别远离第一和第二液体渗透本体表面104和108延伸的凸起的微型部件106、116的平均长度112、120可以大于约16毫米。作为另一个例子，在第一和第二液体渗透本体表面104和108上，并分别远离第一和第二液体渗透本体表面104和108延伸的凸起的微型部件106、116的平均长度112、120在约1000微米和约2000微米之间的范围内。作为另一个例子，在第一和第二液体渗透本体表面104和108上，并分别远离第一和第二液体渗透本体表面104和108延伸的凸起的微型部件106、116的平均长度112、120在约600微米和约700微米之间的范围内。
在一个例子中，第一液体渗透本体表面104可基本上被由凸起的微型部件106的端部110形成的超疏水表面114覆盖。在另一实施例中，第二液体渗透本体表面108可基本上被由凸起的微型部件116的端部118形成的超疏水表面121覆盖。被“基本上覆盖(substantially covered)”意味着凸起的微型部件106、116在第一和第二液体渗透本体表面104和108上分别地以足够的密度间隔开，使得凸起的微型部件106、116的端部110和118共同呈现超疏水特性。在本说明书全文所采用的术语“超疏水(superhydrophobic)”意思是凸起的微型部件106、116的主题样式没有立刻被具有大于约70达因每厘米(“d/cm”)表面张力的液体所沾湿，并且可能没有立刻被具有大于约28d/cm表面张力的液体所沾湿。作为一个例子，具有约28d/cm表面张力的酒精可能没有立刻沾湿如在本说明书中公开的凸起的微型部件的超疏水样式。
作为例子，凸起的微型功能部件106、116可以在第一和第二液体渗透本体表面104和108上分别地设置成样式，使得最接近的凸起的微型功能部件106、116之间的平均间隔(“间距”)在约1微米和约1毫米之间的范围内。在另一实施例中，凸起的微型部件106、116可以在第一和第二液体渗透本体表面104和108上分别地设置成样式，使得最接近的凸起的微型部件106、116之间的平均间距在约0.2毫米和约0.6毫米之间的范围内。在另一个实施例中，凸起的微型部件106、116可以在第一和第二液体渗透本体表面104和108上被任意间隔开、均匀间隔开、或者以限定的样式或倾斜度间隔开。
作为另一个例子，凸起的微型部件106、116可以分别地在第一和第二液体渗透本体表面104和108上设置成六边形单位晶胞样式。在一个实施例中，成六边形单位晶胞中的凸起的微型部件106、116的外表面之间的最大间距可以约为0.4毫米，并且成单位晶胞的凸起的微型部件106、116的外表面之间的最小间距可以约为0.2毫米。
凸起的微型部件106、116可以具有任何选定的横截面形状，这样的横截面可以被定义为在大致横断第一和第二液体渗透本体表面104和108的一部分的方向上通过凸起的微型部件106、116的截面。作为例子，这样的横截面形状可以包括柱状、刀片状、钉状、锥状、正方形、钉状和脊状中的单个或组合。作为例子，在2006年5月23日公开为美国专利第7,048,889号、名称为“Dynamically Controllable Biological/ChemnicalDetectors Having Nanostructured Surfaces”的美国专利申请系列第10/806,543号的图1A-E和3A-C中示出的合适的横截面形状，在此以参考的方式将其全部内容结合进本文中。在2006年3月23日提交的、名称为“Super-Phobic Surface Structures”的美国专利申请系列第11/387,518号中公开了其它合适的横截面形状，在此以参考的方式将其全部内容结合进本文中。
除形成超疏水表面114、121之外，凸起的微型部件106、116还可以共同作为热绝缘体。在一个实施例中，凸起的微型部件106、116可以具有沿凸起的微型部件106、116的长度112、120变化的尺寸的横截面形状。作为一个例子，这样变化的横截面形状可以在相邻的凸起的微型部件106、116之间限定空隙空间。这种空隙空间可以增加由用作热绝缘体的凸起的微型部件106、116形成的超疏水表面的有效性。
在一个实施例中，凸起的微型部件106、116可以具有正方锥形形状，正方锥形形状具有在第一和第二液体渗透本体表面104和108上测量的约200微米×200微米的平均正方形尺寸，凸起的微型部件106、116在第一和第二液体渗透本体表面104和108上，并以约2000微米的平均长度112、120、以约200微米的间距延伸远离第一和第二液体渗透本体表面104和108。在另一个实施例中，凸起的微型部件106、116可以具有正方矩形形状，正方矩形形状具有在第一和第二液体渗透本体表面104和108上测量的约200微米×200微米的平均尺寸，凸起的微型部件106、116在第一和第二液体渗透本体表面104和108上，并以约1500微米的平均长度112、120、以约600微米的间距延伸远离第一和第二液体渗透本体表面104和108。作为另一个例子，凸起的微型部件106、116可以具有正方矩形形状，正方矩形形状具有在第一和第二液体渗透本体表面104和108上测量的约200微米×200微米的平均尺寸，凸起的微型部件106、116在第一和第二液体渗透本体表面104和108上，并以约1000微米的平均长度112、120、以约600微米的间距延伸远离第一和第二液体渗透本体表面104和108。在另一个实施例中，凸起的微型部件106、116可以具有正方矩形形状，正方矩形形状具有在第一和第二液体渗透本体表面104和108上测量的约200微米×200微米的平均尺寸，凸起的微型部件106、116在第一和第二液体渗透本体表面104和108上，并以约1500微米的平均长度112、120、以约500微米的间距延伸远离第一和第二液体渗透本体表面104和108。作为另一个例子，凸起的微型部件106、116可以具有正方矩形形状，所述正方矩形形状具有在第一和第二液体渗透本体表面104和108上测量的约200微米×200微米的平均尺寸，凸起的微型部件106、116在第一和第二液体渗透本体表面104和108上，并以约1000微米的平均长度112、120、以约500微米的间距延伸远离第一和第二液体渗透本体表面104和108。在另一个实施例中，凸起的微型部件106、116可以具有正方矩形形状，所述正方矩形形状具有在第一和第二液体渗透本体表面104和108上测量的约200微米×200微米的平均尺寸，凸起的微型部件106、116在第一和第二液体渗透本体表面104和108上，并以约1000微米的平均长度112、120、以约400微米的间距延伸远离第一和第二液体渗透本体表面104和108。作为另一个例子，凸起的微型部件106、116可以具有钉状形状，钉状形状具有在第一和第二液体渗透本体表面104和108上测量的约100微米×200微米的平均尺寸，凸起的微型部件106、116在第一和第二液体渗透本体表面104和108上，并以约1000微米的平均长度112、120、以约400微米的间距延伸远离第一和第二液体渗透本体表面104和108。
用于形成装置100的材料可以包括生产适合形成机械地坚固固体本体的选定聚合物的前驱物试剂。在一个实施例中，可以部分地根据所产生的聚合物的相对弹性或刚性来选择用于聚合物材料的前驱物。作为例子，装置100可以包括依赖于所选择的关于装置100的最终用途场合的刚性或弹性聚合物。在另一个实施例中，可以选择用于生物相容的聚合物的前驱物。作为例子，聚乙烯是生物相容的。在采用以固态方式施加的材料的快速原型沉积工艺(rapid prototype laydown processes)(下文将讨论)的情况中，作为例子，可以选择具有窄的颗粒尺寸分布的聚合物颗粒。在另一个实施例中，聚合物颗粒可以选择为具有相对小的平均颗粒尺寸，使得可以制造具有相对小的尺寸的凸起的微型部件106、116。如下文进一步讨论的，在选择喷墨工艺或其它流体喷射工艺用于形成装置100的材料的沉积的情况中，试剂可以设置成诸如液体的流体形式。
用于形成装置100的材料包括单体、低聚物、预聚物和聚合物，以及固化剂和其它聚合添加剂。将被采用或形成的合适的聚合物可以包括：如聚乙烯、聚丙烯和共聚物之类的聚烯烃；丙烯酸聚合物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(“ABS”)聚合物；聚碳酸酯(“PC”)；PC-ABS；甲基异丁烯酸酯；甲基异丁烯酸酯-ABS共聚物(“ABSi”)；聚苯砜；聚酰胺；和如氟碘酸化乙烯基丙烯共聚物和Teflon
Figure A20078004368100201
氟化烃聚合物之类的含氟聚合物。作为例子，可以选择具有最小浓度的活性亲水半族的聚合物。可以选择添加剂，以增加装置100的整体弹性。在一个实施例中，与选定的聚合物相容但具有相对低的分子重量的分子可以用作弹性化添加剂。对于聚乙烯聚合物，作为一个例子，低分子重量的线性烃蜡可以用作弹性化添加剂。在另一实施例中，如全氟化烃蜡之类的卤化烃可以用作这样的添加剂。在另一实施例中，可以采用紫外线固化聚合物，如丙烯酸、聚氨酯丙烯酸脂、乙烯基醚、环氧丙烯酸脂、环氧和氯乙烯聚合物。合适的聚合物组分可以包括从StratasysInc.，14950 Martini Dr.，Eden Prairie，Minnesota 55344和从Redeye RPM，8081 Wallace Rd.，Eden Prairie，Minnesota 55344可商业利用的快速原型化聚合物。作为一个例子，从3-D Systenis，Inc.可商业利用的VisiJetHR-200塑性材料可以用作构筑材料。VisiJet
Figure A20078004368100203
HR-200塑性材料包括三乙撑乙二醇二甲丙烯酸脂、聚氨酯丙烯酸脂聚合物和丙烯乙二醇单甲碘化物聚合物。作为另一个实施例，用于形成装置100的材料包括诸如陶瓷粉末的陶瓷。
先前关于凸起的微型部件106、116的直径、长度、间距和形状的讨论，关于形成超疏水表面114、121和它们用作绝热体的讨论，关于用于形成装置100的材料的讨论同样适用于在本说明书其它地方公开的所有的其它凸起的微型部件和包括超疏水表面的所有其它装置，包括下文讨论的装置400、600和800。
图4为示出装置400的实施例的透视图，装置400包括：包括导管和具有第一液体渗透本体表面404的液体渗透本体402；以及在第一液体渗透本体表面404上的多个凸起的微型部件406。图5为沿5-5线截取的横截面侧视图，示出图4的装置400。图4和5展示出其中液体渗透本体102被选择为包括导管的装置100的例子。因此，装置100的上述讨论适用于图4和5的下述讨论，并在下述讨论中结合它的全部内容。除第一液体渗透本体表面404之外，液体渗透本体402还包括第二液体渗透本体表面408。在一个实施例中，多个凸起的微型部件406中的每一个可以包括端部410，端部410以一定的距离与第一液体渗透本体表面404间隔开，端部410形成超疏水表面412。作为另一个实施例(仅在图5中和图4的上部示出)，装置400同样可以包括位于第二液体渗透本体表面408上的多个凸起的微型部件407，形成另一超疏水表面413。作为例子，多个凸起的微型部件406或407或两者可以与液体渗透本体402一体形成。液体渗透本体402包括多个液体渗透单元414。多个液体渗透单元414中的每一个包括单元壁(未示出)，单元壁限定分别地与在第一液体渗透本体表面404和第二液体渗透本体表面408中的开口(未示出)连通的流体通路(未示出)。在多个实施例中(未示出)，液体渗透本体402可以包括液体渗透单元414，液体渗透单元414被定向为第一阵列，并在第一液体渗透本体表面404和第二液体渗透本体表面408中具有背脊、流体通路、单元壁和开口，它们以与较早讨论的与装置100相关的相同的方式进行选择。作为一个例子，装置400可以包括多个凸起的微型部件406，凸起的微型部件406在第一液体渗透本体表面404上定位成第二阵列，第二阵列与第一阵列不同，并且第一阵列和第二阵列以与如上述关于装置100所讨论的相同的方式进行选择。同样地，作为另一个例子，装置400可以包括在第二液体渗透本体表面408上定位成第二阵列的多个凸起的微型部件407，第二阵列与第一阵列不同。
作为例子，液体渗透本体402的一部分或全部可以形成包括导管的第一流体保持结构416。作为一个例子，第一液体渗透本体表面404可以形成导管的内部区域。作为另一个例子，液体渗透本体402可以具有适合保持其形状的刚性结构。在另外的实施例中，在附图中所示的和在本说明书中所讨论的装置400的元件中的任意一个或者全部可以为刚性的，并能够在装置400的应用中保持它们的形状。在另一个实施例中，液体渗透本体402可以形成包括管状导管的第一流体保持结构416，具有与较早关于装置100所讨论的相同方式的管状横截面。在共同拥有的2006年5月3日递交的、名称为“Superhydrophobic Surfaces and Fabrication Process”的美国专利申请系列第11/416,893号中公开了关于包括凸起的微型部件的导管的背景技术信息，在此以参考的方式将其全部内容结合在本文中。
在一个实施例中，装置400可以包括流体保持本体418。作为另一个实施例，流体保持本体418可以与第二液体渗透本体表面408一起形成第二流体保持结构420。在液体渗透本体402可以形成包括管状导管的第一流体保持结构416的实施例中，第二流体保持结构420可以占据围绕包括管状导管的第一流体保持结构416的空间，并通常可以具有环形形状。作为另一个实施例，装置400可以包括将液体渗透本体402和流体保持本体418连接在一起的一个或多个支撑部件419。作为一个例子，以与上述关于装置100所讨论的相同的方式，支撑部件419可以相对流体保持本体418将液体渗透本体402保持在所选定的位置。作为另外的例子，装置400可以包括第一流体保持结构416和第二流体保持结构420，并且第二流体保持结构420可以以与上述联系装置100所讨论的相同的方式被选择为流体压力保持腔。在另一个实施例中，第一流体保持结构416和第二流体保持结构420中任意一个或二者可以包括一个或多个接头421或流体压力测量装置423，或者包括这二者，它们被以与较早关于装置100所讨论的类似的方式进行设置或操作。
在一个实施例中，多个凸起的微型部件406可以大致在朝着纵向轴线422的方向从第一液体渗透本体表面404延伸。作为一个例子，包括管状导管的液体渗透本体402的边界可以由示例性的虚线424、426、428和430示意性地限定。装置400的端部432、434可以便于流体(未示出)大致在纵向轴线422的端部的箭头的方向上通过装置400。
在另一实施例中，纵向轴线422可以包括弯曲区域(未示出)，并且第一液体渗透本体表面404可以大致跟随弯曲。作为例子，弯曲可以是渐变的，或者可以包括突变弯曲。纵向轴线422还可以包括直的区域，或者整个纵向轴线422可以为弯曲的。包括导管的第一流体保持结构416可以具有由带箭头的虚线表示的并限定在横切于纵向轴线422的方向上的直径436。在一个实施例中，液体渗透本体402可以具有大致圆柱形的外部形状，使得装置400可以具有整体的管状形状。在装置400可以包括第二流体保持结构420的另一个实施例中，第二流体保持结构420也可以具有大致圆柱形的外部形状，使得装置400可以具有整体的管状形状。作为另一个例子(未示出)，液体渗透本体402，或者如果存在第二流体保持结构420，可以包括其它材料，使得装置400可以具有另外的选定外部形状。在另一实施例(未示出)中，装置400可以集成在具有其它的组件的装置中。
作为例子，第一流体保持结构416的直径436沿着纵向轴线422可以为相同的。作为另一个例子(未示出)，第一流体保持结构416的直径436在沿着纵向轴线422的不同的位置处可以包括两个或多个不同的值。在另一个实施例(未示出)中，直径436的值可以沿着纵向轴线422在一个或两个方向上限定出一个斜坡或者另外的样式的变形，例如形成漏斗状或吸液管尖端。
图6为示出装置600的实施例的透视图，装置600包括液体渗透本体602和多个凸起的微型部件606，液体渗透本体602包括空腔并具有第一液体渗透本体表面604，多个凸起的微型部件606位于第一液体渗透本体表面604上。图7为沿7-7线截取的横截面侧视图，示出图6的装置600。图6和7展示出装置100的例子，其中液体渗透本体102被选择为包括空腔。因此，装置100、400的上述讨论适用于图6和7的下述讨论，并在下述讨论中结合它的全部内容。除第一液体渗透本体表面604之外，液体渗透本体602还包括第二液体渗透本体表面608。在一个实施例中，多个凸起的微型部件606中的每一个可以包括端部610，端部610以一定的距离与第一液体渗透本体表面604间隔开，端部610形成包括底层614的超疏水表面612。作为另一个实施例(仅在图7中和图6的上部示出)，装置600同样可以包括位于第二液体渗透本体表面608上的多个凸起的微型部件616，形成另一超疏水表面618。作为例子，多个凸起的微型部件606或616可以与液体渗透本体602一体形成。液体渗透本体602包括多个液体渗透单元622。多个液体渗透单元622中的每一个包括单元壁(未示出)，单元壁限定了分别与第一液体渗透本体表面604和第二液体渗透本体表面608中的开口(未示出)连通的流体通路(未示出)。在多个实施例(未示出)中，液体渗透本体602可以包括液体渗透单元622，液体渗透单元622被定向为第一阵列，并在第一液体渗透本体表面604和第二液体渗透本体表面608中具有背脊、流体通路、单元壁和开口，它们以与较早关于装置100所讨论的相同的方式进行选择。作为一个例子，装置600可以包括多个凸起的微型部件606，其在第一液体渗透本体表面604上定位成第二阵列，第二阵列与第一阵列不同，并且第一阵列和第二阵列以与如上述关于装置100所讨论的相同的方式进行选择。同样地，作为另一个例子，装置600可以包括在第二液体渗透本体表面608上定位成第二阵列的多个凸起的微型部件616，第二阵列与第一阵列不同。
作为例子，液体渗透本体602的一部分或全部可以形成包括空腔的第一流体保持结构624。作为一个例子，第一液体渗透本体表面604可以形成空腔的内部区域。作为另一个例子，液体渗透本体602可以具有适合保持其形状的刚性结构。在另外的实施例中，在附图中所示的和在本说明书中所讨论的装置600的元件中的任意一个或者全部可以为刚性的，并能够在装置600的应用中保持它们的形状。在另一个实施例中，液体渗透本体602可以形成包括管状空腔的第一流体保持结构624，具有与较早关于装置100所讨论的相同方式的管状横截面。在共同拥有的2006年5月3日递交的、名称为“Superhydrophobic Surfaces and Fabrication Process”的美国专利申请系列第11/416,893号中公开了关于包括凸起的微型部件的空腔的背景技术信息，在此以参考的方式将其全部内容结合在本文中。
在一个实施例中，装置600可以包括流体保持本体626。作为另一个实施例，流体保持本体626可以与第二液体渗透本体表面608一起形成第二流体保持结构628。在液体渗透本体602可以形成包括管状空腔的第一流体保持结构624的实施例中，第二流体保持结构628可以占据围绕包括管状空腔的第一流体保持结构624的空间，并且它本身通常可以具有空腔形状。作为另一个实施例，装置600可以包括将液体渗透本体602和流体保持本体626连接在一起的一个或多个支撑部件629。作为一个例子，以与上述关于装置100所讨论的相同的方式，支撑部件626可以相对流体保持本体626将液体渗透本体602保持在所选定的位置。在一个实施例中，通过在装置600中包括盖件(未示出)，第二流体保持结构420可以被选择为流体压力保持腔，所述盖件以线632形成与覆盖第二液体渗透本体表面608和流体保持本体626的，保持。在另一个实施例中，第一流体保持结构624和第二流体保持结构628中的任意一个或二者可以包括一个或多个接头631或流体压力测量装置633，或者包括这二者，它们被以与较早关于装置100所讨论的类似的方式进行设置和操作。
在一个实施例中，多个凸起的微型部件606可以大致在朝着纵向轴线634的方向从第一液体渗透本体表面604延伸。作为一个例子，液体渗透本体602的边界可以由示例性的虚线636、638、640和642示意性地限定。装置600中的开口端644可以便于流体(未示出)大致在纵向轴线634的端部处的箭头的方向流进和流出装置600。
在另一实施例中，纵向轴线634可以包括弯曲区域(未示出)，并且第一液体渗透本体表面604大致可以跟随弯曲。作为例子，弯曲可以是渐变的，或者可以包括突变弯曲。纵向轴线634还可以包括直的区域，或者整个纵向轴线634可以为弯曲的。包括空腔的第一流体保持结构624可以具有由带箭头的虚线表示的并限定横切于纵向轴线634的方向上的直径646。在一个实施例中，液体渗透本体602可以具有大致圆柱形的外部形状，使得装置600可以具有整体的杯状形状。在装置600可以包括第二流体保持结构628的另一个实施例中，第二流体保持结构628也可以具有大致圆柱形的外部形状，使得装置600可以具有整体的杯状形状。作为另一个例子(未示出)，液体渗透本体602，或者如果存在，第二流体保持结构628，可以包括其它材料，使得装置600可以具有另外的选定形状。在另一实施例(未示出)中，装置600可以集成为具有其它组件的装置。
作为例子，第一流体保持结构624的直径646沿着纵向轴线634可以为相同的。作为另一个例子(未示出)，第一流体保持结构624的直径646可以包括沿着纵向轴线634在不同的位置的两个或多个不同的值。在另一个实施例(未示出)中，直径646的值可以沿着纵向轴线634在一个或两个方向上限定出一个斜坡或者另外的图案化变形，作为例子，形成瓶状或碗状。在一个实施例中，第一流体保持结构624的直径646可以具有约5毫米的长度，并且在纵向轴线634方向的管状空腔的深度可以约为7毫米。
作为例子，装置600可以结合在更大的装置(未示出)中，使得液体渗透本体602可以与其它材料(未示出)一体形成。在一个实施例中，多个装置600可以使它们的纵向轴线634以彼此平行间隔开的阵列对齐，每个装置600具有开口端644，开口端644排列成平面(未示出)。作为例子，96个装置600可以共同形成用于执行生物和化学测试的标准的96-井微型井(mircro-well)板。在一个实施例中，在完成水合阶段测试之后，凸起的微型部件606可以便于来自装置400的试剂的自身清洁。
图8为选择为包括多个装置802的装置800的实施例的横截面图。作为一个例子，装置800可以包括一个或多个装置400和一个或多个装置600。因此，装置100、400和600的上述讨论适用于图8的下述讨论，并在下述讨论中结合它们的全部内容。在一个实施例中，装置800可以包括7个装置802，每个装置802独立地选择为装置400或装置600。作为另一个实施例，装置800可以包括相互配置为如图8所示的4个装置400和3个装置600。应当理解，任何数量的装置802、在装置400和600之间的任何选择、装置400和600相互之间的任何配置可以选择为包括在装置800中的多个装置802。作为例子，2至约1000之间的数量、或2至约100之间的数量、或2至约10之间的数量的装置802可以包括在装置800中。如先前所讨论的，作为例子，图4-5所示的装置400可以包括选择为包括导管、并具有第一液体渗透本体表面404和第二液体渗透本体表面408的一个液体渗透本体402。还如先前所讨论的，作为例子，图6-7所示的装置600可以包括选择为包括空腔、并具有第一液体渗透本体表面604和第二液体渗透本体表面608的一个液体渗透本体602。应当理解，装置400和600中的每一个包括其它特征，并可以选择为包括其它特征，如已经在上文所解释的。在一个实施例中，将多个装置400、600包括在装置800中可以便于在装置800中利用的流体之间的比在单个这种装置400、600中可能发生的相互作用速率更高的相互作用速率。作为另一个实施例，装置800可以包括位于各对装置802之间的一个或多个支撑部件804。作为一个例子，支撑部件804可以将各对装置802相互保持在选定的位置。
在一个实施例中，装置800可以包括流体保持本体806。作为另一个实施例，流体保持本体806可以与第二液体渗透本体表面408、608一起形成第二流体保持结构808。作为另一个实施例，第二流体保持结构808可以具有适合保持其形状的刚性结构。在另外的实施例中，附图中所示和本说明书中所描述的装置800的元件中的任意一个或者全部可以为刚性的，并能够在装置800的应用中保持它们的形状。在一个实施例中，第二流体保持结构808可以占据围绕装置802的空间，并且与如图4和6所示的方式相同，通常可以具有的环形形状。作为另一个实施例，装置800可以包括将第二液体渗透本体表面408、608和流体保持本体806连接在一起的一个或多个支撑部件810。作为一个例子，支撑部件810可以将装置400、600保持在相对于流体保持本体806所选定的位置。作为另外的实施例，与上述关于装置100所讨论的方式相同，第二流体保持结构808可以被选择为流体压力保持腔。在另一个实施例中，第二流体保持结构808可以包括一个或多个接头812或流体压力测量装置814，或者包括这二者，它们被以与较早关于装置100所讨论的类似的方式进行设置和操作。作为另一个例子，流体保持本体806的内部表面816可以(未示出)包括多个凸起的微型部件，凸起的微型部件包括以一定的距离从形成超疏水表面的内部表面816间隔开的端部。
在另一个实施例中，选择为包括在装置800的装置400的纵向轴线422和装置600的纵向轴线634可以相互平行。作为所有的纵向轴线422、634相互平行的另一个实施例，装置800可以包括弯曲区域(未示出)，并且第一液体渗透本体表面800大致可以随着弯曲。作为例子，弯曲可以是渐变的，或者可以包括突变弯曲。作为例子，纵向轴线422、634还可以包括直的区域，或者整个纵向轴线422、634可以为弯曲的。在另一个实施例中，包括在装置800中的第一流体保持结构416、624中的任意一个可以具有相同或不同的直径436、646。作为例子，直径436、646沿着纵向轴线422、634可以为相同的，或者每个可以独立地包括在沿着纵向轴线422、634的不同的位置的两个或多个不同的值、或者每个直径436、646的值可以沿着纵向轴线422、634在一个或两个方向上独立地限定出一个斜坡或者另外的样式变形。在一个实施例中，第二流体保持结构808可以具有大致圆柱形的外部形状。作为另一个例子(未示出)，第二流体保持结构808可以包括其它材料，使得装置800可以具有另外的选定的外部形状。在另一实施例(未示出)中，装置800可以集成在具有其它组件的装置中。
图9为显示用于制造如图1-8所示的装置100、400、600、800的工艺900的实施例的流程图。工艺900在步骤902开始，并且在步骤904，三维(“3-D”)图形设计电子数据文件提供用于如上述与图1-8有关的讨论的装置100、400、600、800。可以采用已知为计算机辅助设计(“CAD”)的3-D图形计算机编程来产生3-D绘图设计。作为例子，可以采用从Autodesk，Inc.，111 Mclnnis Parkway，San Rafael，California 94903的商业上可利用的3dsMax表面建模程序。在另一个实施例中，可以采用从Parametric TechnologyCorporation，140 Kendrick St.，Needham，Massachusetts 02494的商业上可利用的PRO/工程师整体建模程序。
在步骤906，3-D图形设计数据文件可以转换成具有与所选择的3-D快速原型制造(“RPF”)装置兼容的格式的电子数据文件。在步骤908，所转换的3-D图形数据文件输入所选择的3-D快速原型制造装置。
在一个实施例中，随后，通过为装置100、400、600、800连续地沉积构筑材料层，3-D快速原型制造装置可以用来将图形数据文件转换入装置100、400、600、800。
由可以选择为用于采用工艺900制造装置100、400、600、800的商业上可利用的RPF装置执行的沉积工艺的例子如下：热相位变化喷墨沉积、光聚合物相位变化喷墨沉积、立体光刻(“SLA”)、坚实固化(solid groundcuring)(“SGC”)、选择激光烧结(“SLS”)、熔融沉积建模(“FDM”)、叠层目标制造(laminated object manufacturing)(“LOM”)、以及3-D印刷(“3DP”)。这些工艺中的每一种可以包括在支撑表面上连续沉积用于装置100、400、600、800的构筑材料薄层。支撑表面可以为其上可以引起构筑材料漂浮的固体平台或液体表面。在构筑材料需要沉积在支撑表面上的间隔开的位置的情况下，则需要设置为用于它随后的去除的目的时和需要这种目的的地方，间隔开的构造材料能够紧接着沉淀在其上的支撑材料被沉积。作为例子，支撑材料可以为能够通过加热去除的蜡状物，或者为能够选择性溶解的材料。
这些工艺中的每一种以液体或固体形式沉积构筑材料。包含以液体形式沉积构造材料的工艺包括热相位变化喷墨沉积、光聚合物相位变化喷墨沉积、和SLA工艺。当从墨汁喷嘴喷射的液体构造材料的凝固可以产生最小的空隙形式时，利用喷墨工艺可以导致制造相对高的质量的装置100、400、600、800，800。而且，从墨汁喷嘴喷射的液体构造材料可以具有很小的颗粒尺寸，这样的颗粒尺寸允许制造具有相对小的尺寸的凸起的微型部件。然而，关于凸起的微型部件的切实可行的最小尺寸由喷墨系统中的液体构造材料的流动动力学所限定。热相位变化喷墨装置可以采用与墨汁喷嘴相适应的并且在冷却时适合凝固的受限制的构造材料，这可以产生相对坚固但易碎的装置100、400、600、800。光聚合物相位变化喷墨装置可以采用与墨汁喷嘴相适应的并且在用紫外光曝光时适合固化的较宽种类的构造材料，这可以产生刚性或相对具有弹性的装置100、400、600、800。在一个实施例中，可以采用从3D-Systems，Inc.，26081 Avenue Hail，Valencia，California 91355可商业利用的InVision HR 3-D打印机；并且在步骤906，初始3-D图形电子数据文件可以转换成STL文件格式。作为一个例子，可以将从3-D Systems，Inc.可商业利用的VisiJet
Figure A20078004368100291
HR-200塑性材料用作构造材料。VisiJet
Figure A20078004368100292
HR-200塑性材料包括三乙撑乙二醇二甲丙烯酸脂、聚氨酯丙烯酸脂聚合物和丙烯乙二醇单甲碘化物。SLA可以采用液体光聚合物，紫外光激光可以在一桶光聚合物上扫描，液体光聚合物的凝固层在桶中下沉。SGC可以采用类似的技术，但凝固层可以支撑在固体构造平台上。
包括以固体形式沉积构筑材料的工艺包括SLS、FDM、LOM和3DP。SLS可以采用在两个构造材料粉末库上来回移动的调平辊，以及选择性烧结来自由辊在构造平台上施加的粉末涂层的构筑材料层的激光。3DP程序可以采用构造材料粉末的床，粘合剂通过墨汁喷嘴有选择性地喷射在床上以形成粘合的构筑材料的连续的层。通过粘合剂对粉末的不均匀的湿化以及在粘合的构筑材料颗粒之间存在空隙的结果是3DP程序可以产生具有相对粗糙的多孔结构的装置100、400、600、800。过多地采用粘合剂可能导致制造相对大或过大的凸起的微型部件。在一个实施例中，可以选择具有窄的颗粒尺寸分布和很小的颗粒的构筑材料粉末。作为另一个实施例，在应用粘合剂之前，可以仔细地控制粉末的压缩均匀性。作为一个例子，可以选择具有比由墨汁喷嘴喷射的粘合剂小滴的平均尺寸至少小约10倍的平均颗粒尺寸的构筑材料粉末。与当采用液体构筑材料的喷墨印刷时同样可以产生的收缩相比，当构筑时，这样的构筑材料粉末可以产生较少收缩的装置100、400、600、800。FDM工艺可以采用塑性线的融化和喷墨喷射。LOM工艺可以包括构筑材料片的薄层的连续的激光固化和焊接。在可以选择陶瓷粉末作为用于装置100、400、600、800的构筑材料的实施例中，可以采用SLS工艺烧结粉末。本领域技术人员应当明白，可以采用适合由SLS工艺烧结的陶瓷成分或它的等同物。作为选择非疏水陶瓷成分的例子，疏水层可以涂敷到由烧结的陶瓷制成的装置的凸起的微型部件上。在一个实施例中，这样的疏水层可以由化学水蒸气沉积工艺涂敷。在一个实施例中，可以利用全氟化烃涂敷成分。本领域技术人员应当明白，可以采用其它疏水涂敷成分。
作为另一个例子，3-D快速原型制造装置可以被编程为具有装置100、400、600、800的负的图像，以便代替构筑材料，沉积支撑材料，以制造装置100、400、600、800。在一个实施例中，可以利用VisiJet
Figure A20078004368100301
S-100建模材料、从3-D Systems，Inc.可商业利用的羟基化蜡成分作为构筑材料。
在步骤910，可以选择用于装置100、400、600、800的3-D构筑方向。作为一个例子，参照图4，可以沿纵向轴线422方向或横切于与第一流体保持结构416的直径436平行的方向构筑装置400。在一个实施例中，选择用于装置400的构筑方向，以便凸起的微型部件406、407和第二流体保持结构420(如果包括)在一个方向上构筑，从而在它们制造期间用于它们的支撑材料的沉积的需求最小化。作为一个例子，在纵向轴线422的方向上采用SLA制造装置400可以便于减少支撑材料的沉积。在以连续脊状形式选择凸起的微型部件406、407的另一个实施例中，在纵向轴线422的方向上采用SLA、FDM、LOM、3DP或InVision喷墨打印机制造装置400可以要求仍然较少的支撑材料的沉积。
图10为示出在根据图9的工艺的制造期间，如图4-5所示的装置400的实施例的透视图。图10所示的装置400包括具有第一液体渗透本体表面404的液体渗透本体402，第一液体渗透本体表面404限定了具有纵向轴线422的第一流体保持结构416；第一液体渗透本体402包括第二液体渗透本体表面408；第一液体渗透本体表面404包括凸起的微型部件406和包括凸起的微型部件407的第二液体渗透本体表面408。作为一个例子，可以在构筑支撑1002上沿箭头1004的方向制造装置400。当构筑装置400时，可以在构筑支撑1002上沉积支撑材料1006。支撑材料1006可以(未示出)填充第一流体保持结构416至围绕液体渗透本体402和凸起的微型部件406、407的线1008。作为另一个实施例，如果由凸起的微型部件的尖端开始构筑凸起的微型部件，并由将它们保持在一起的液体渗透本体的形成结束构筑凸起的微型部件，则在沉积构筑材料期间，需要用支撑材料填充凸起的微型部件之间的整个空隙空间。
在步骤912，构筑材料可以沉积在构筑支撑上，并且可以一体地制造液体渗透本体和凸起的微型部件。作为例子，因此可以如图10所示来制造装置400。在一个实施例中，构筑材料的层的每个沉积循环可以包括搅拌层，以将构筑材料的水平沉积保持在箭头1004的方向。以这种方式，可以控制所产生的装置的精确的构筑尺寸。作为一个例子，可以采用弹性材料制造凸起的微型部件406，从而搅拌产生构筑材料的当前沉积层的干净磨损，而不会破坏凸起的微型部件406。在一个实施例中，如果被3-D快速原型制造装置采用，喷墨喷嘴可以在每个沉积循环之后被测试，以检测并去除任何喷嘴阻塞。
其中，如图9所示，为了在制造期间为装置100、400、600、800提供机械支撑，可以沉积支撑材料，随后在步骤914去除支撑材料。作为例子，可以选择支撑材料成分，使得通过应用加热、或者通过将支撑材料选择性地溶解在合适的溶剂中，可以选择性地去除支撑材料。作为例子，支撑材料可以为蜡状物。随后工艺900在步骤916结束。
还可以以同样的方式利用工艺900制造装置100、400、600或800。在制造装置600的实施例中，在步骤910，可以选择3-D构筑方向，以便在朝向开口端644的常规方向，首先在第一液体渗透本体表面604的底层614上并随后在第一液体渗透本体表面604的剩余部分上制造凸起的微型部件606。
图11为示出与流体一起处理液体的方法1100的具体方式的流程图。将装置100、400、600和800的制造、结构和操作的先前讨论的全部内容结合在方法1100的讨论中。方法1100在步骤1102开始，在步骤1104，如先前所讨论的选定的装置100、400、600、800设置为包括：包括第一流体保持结构并具有第一和第二液体渗透本体表面的液体渗透本体；液体渗透本体中的多个液体渗透单元，多个液体渗透单元中的每一个具有限定与第一和第二液体渗透本体表面两者中的开口连通的流体通路的单元壁；第一液体渗透本体表面上的多个凸起的微型部件；以及与第二液体渗透本体表面一起形成第二流体保持结构的流体保持本体。在步骤1106，将第一液体引入第一流体保持结构，并将流体引入第二流体保持结构，从而允许在通过液体渗透本体的第一液体和流体之间发生相互作用。方法可以在步骤1108结束。在一个实施例中，方法可以包括将第一流体保持结构中压力保持在相对于第二流体保持结构中的压力的选定的范围内。作为另一个实施例，方法包括允许在通过液体渗透本体的第一液体和流体中气体之间发生相互作用。作为另一个例子，方法可以包括提供包括在第二液体渗透本体表面上的多个凸起的微型部件的装置；以及将第二液体引入第二流体保持结构，并允许在通过液体渗透本体的第一和第二液体之间发生相互作用。
图12为示出保持超疏水表面的方法1200的具体方式的流程图。将装置100、400、600和800的制造、结构和操作的先前的讨论的全部内容结合在方法1200的讨论中。方法1200在步骤1202开始，并且在步骤1104，如先前所讨论的选定的装置100、400、600、800设置为包括：包括第一流体保持结构并具有第一和第二液体渗透本体表面的液体渗透本体；液体渗透本体中的多个液体渗透单元，多个液体渗透单元中的每一个具有限定与第一和第二液体渗透本体表面中的开口连通的流体通路的单元壁；第一液体渗透本体表面上的多个凸起的微型部件；以及与第二液体渗透本体表面一起形成第二流体保持结构的流体保持本体。在步骤1206，将第一液体引入第一流体保持结构，并将气态流体引入第二流体保持结构，并将第一流体保持结构中的压力保持在相对于第二流体保持结构中的压力的选定的范围内。方法可以在步骤1208结束。在一个实施例中，方法可以包括将第二流体保持结构放置在增加的压力下。
可以在宽的用途应用范围内应用装置100、400、600和800，其中在用途应用中，具有超疏水表面的液体渗透本体可能是有用的。作为例子，装置100、400、600、800可以便于超低摩擦力流体流动。包含如生物芯片和微型反应器的微型流体保持结构的装置可以采用工艺900进行制造，并可以结合装置100、400、600、800。在一个实施例中，装置100、400、600、800可以用作用于生物和化学反应物的临时容器，或用作反应容器，并且在试剂为水溶液形式时，可以是自清洁的。
虽然在一些实施例中，上述描述涉及如图1-10所示的装置100、400、600、800，应当理解，主题不限于这些结构，也不限于在说明书中所讨论的结构。可以制造包括具有超疏水表面的液体渗透本体的其它形状和结构。同样地，可以利用所公开的工艺900来制造包括具有超疏水表面的液体渗透本体的其它装置。而且，本领域技术人员应当理解，图11所示的与流体一起处理液体的方式和如图12所示的保持超疏水表面的方法可以包括其它步骤和所指出的步骤的变形。应当理解，上述所讨论的关于每个装置100、400、600、800的用途应用同样可以应用于所有的这样的装置。作为例子，装置100、400、600、800可以用在：血液氧化、血液透析；商业、化学和生物工艺制造；以增加的流速在装置中传输流体，包括微射流；以及用于从液体中去除气体或水蒸气。
而且，应当理解，为了展示和描述的目的，已经提出了多个实施例的上述描述。描述是不详尽的，并且不将所要求的发明限制为所公开的精确形式。根据上述描述，或者可以根据本发明的实践，能够进行各种修改和变化。权利要求和其等同物限定了本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种装置，包括：
刚性流体渗透本体，所述刚性流体渗透本体具有第一非平坦的流体渗透本体表面，并具有第二流体渗透本体表面；
在所述流体渗透本体中的多个流体渗透单元，多个所述流体渗透单元中的每一个具有限定与在所述第一和第二流体渗透本体表面两者中的开口连通的流体通路的单元壁；和
在所述第一流体渗透本体表面上的多个凸起的微型部件。
2.根据权利要求1所述的装置，其中：多个凸起的微型部件中的每一个包括端部，所述端部与所述第一流体渗透本体表面间隔开距离，所述端部形成超疏水表面。
3.根据权利要求1所述的装置，其中：多个凸起的微型部件与所述流体渗透本体一体形成。
4.根据权利要求1所述的装置，包括：在所述第二流体渗透本体表面上的多个凸起的微型部件。
5.根据权利要求1所述的装置，其中：所述流体渗透本体包括从由流体渗透导管和流体渗透空腔组成的组中选择的第一流体保持结构，并且其中所述装置包括与所述第二流体渗透本体表面一起形成第二流体保持结构的流体保持本体。
6.一种装置，包括：
流体渗透本体，所述流体渗透本体具有第一流体渗透本体表面和第二流体渗透本体表面；
在所述流体渗透本体中的多个流体渗透单元，多个所述流体渗透单元中的每一个具有限定与在所述第一和第二流体渗透本体表面中的开口连通的流体通路的单元壁；
在所述第一流体渗透本体表面上的多个凸起的微型部件；和
流体保持本体，所述流体保持本体与所述第二流体渗透本体表面一起形成第二流体保持结构。
7.根据权利要求6所述的装置，其中：多个凸起的微型部件与所述流体渗透本体是一体的。
8.根据权利要求6所述的装置，包括：在所述第二流体渗透本体表面上的多个凸起的微型部件。
9.一种利用流体处理液体的方法，包括：
提供一种装置，所述装置包括：流体渗透本体，所述流体渗透本体包括第一流体保持结构，并具有第一流体渗透本体表面和第二流体渗透本体表面；在所述流体渗透本体中的多个流体渗透单元，多个流体渗透单元中的每一个具有限定与在所述第一和第二流体渗透本体表面两者中的开口连通的流体通路的单元壁；在所述第一流体渗透本体表面上的多个凸起的微型部件；和流体保持本体，所述流体保持本体与所述第二流体渗透本体表面一起形成第二流体保持结构；和
将第一液体引入所述第一流体保持结构，并将流体引入所述第二流体保持结构，从而允许通过所述流体渗透本体在所述第一液体和所述流体之间发生相互作用。
10.一种保持超疏水表面的方法，包括：
提供一种装置，所述装置包括：流体渗透本体，所述流体渗透本体包括第一流体保持结构，并具有第一流体渗透本体表面和第二流体渗透本体表面；在所述流体渗透本体中的多个流体渗透单元，多个所述流体渗透单元中的每一个具有限定与在所述第一和第二流体渗透本体表面两者中的开口连通的流体通路的单元壁；在所述第一流体渗透本体表面上的多个凸起的微型部件；和流体保持本体，所述流体保持本体与所述第二流体渗透本体表面一起形成第二流体保持结构；和
将液体引入所述第一流体保持结构，将气态流体引入所述第二流体保持结构，并将在所述第一流体保持结构中的压力保持在相对于在所述第二流体保持结构中的压力所选择的范围内。
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