CN109719109B - 采用液体浸渍表面的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及采用液体浸渍表面的装置和方法。本发明涉及包含液体浸渍表面(100)的装置，所述表面(100)包含浸渍液体和固体特征(102)的矩阵，所述固体特征经充分靠近地隔开以在其间或其内稳定地容纳所述浸渍液体；以及其方法。在一些实施例中，以下中的一项或两项成立：

，其中

是在平衡时所述液体浸渍表面(100)的投影表面积对应于非浸没固体的代表性分数；以及(ii)S_ow(a)<0，其中S_ow(a)是铺展系数，定义为γ_wa‑γ_wo‑γ_oa，其中γ是由下标w、a以及o指示的两相之间的界面张力，其中w是水，a是空气，并且o是所述浸渍液体。

Description

采用液体浸渍表面的装置和方法

本申请是申请日为2013年11月19日，申请号为201380070242.1，发明名称为“采用液体浸渍表面的装置和方法”的申请的分案申请。

相关申请案

本申请案主张2013年5月24日提交的美国临时专利申请案第61/827,444号和2012年11月19日提交的美国临时专利申请案第61/728,219号的权利，并且所述申请案以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及非润湿和低粘着力表面。更具体地说，在某些实施例中，本发明涉及非润湿、液体浸渍表面，其经工程改造以消除钉扎和/或避免或诱导遮掩。

背景技术

过去十年间微米/纳米工程化表面的出现已经开发了用于增强热流体科学中的广泛多种物理现象的新技术。举例来说，微米/纳米表面纹理的使用已经提供了能够实现较小粘性阻力、与冰和其它材料的减小粘着力、自清洁以及拒水性的非润湿表面。这些改进一般由固体表面与相邻液体之间减少的接触(即，较少润湿)所致。

一种类型的所关注的非润湿表面是超疏水表面。一般来说，超疏水表面包括本质上疏水表面，如疏水涂层上的微米/纳米级粗糙度。超疏水表面借助微米/纳米表面纹理内的空气-水界面而不与水接触。

现有非润湿表面(例如超疏水表面、超疏油表面以及超疏金属表面)的一个缺点是其易于刺穿，破坏表面的非润湿能力。当撞击液体(例如液滴或液流)移置表面纹理内夹带的空气时，发生刺穿。先前用以防止刺穿的努力已经集中在将表面纹理尺寸从微米级降到纳米级上。

虽然未在液体浸渍表面的先前研究中得到公认，浸渍液体可以覆盖和“遮掩”表面上的接触液体(例如水滴)。举例来说，遮掩可以通过在水滴从表面溢出时夹带在水滴中引起浸渍液体的渐进性损失。

结霜是影响各种行业，包括运输、发电、建筑以及农业的另一问题。结霜的效果可能导致电源线故障、农作物损坏以及飞机停滞。此外，霜和冰累积显著降低船舶、风轮机以及HVAC系统的性能。目前使用的除冰的活性化学品、热以及机械技术在操作上是耗时并且昂贵的。防止霜和冰增长的被动方法的发展是高度合乎需要的。疏水性表面具有对于冰核作用的高能量势垒和低冰粘着强度，并且，如果以纳米级和/或微米级适当地粗糙化，那么可以排斥过冷水滴的影响。然而，一旦表面结霜，疏水表面以及超疏水表面的防冰冻特性被否定。结霜和冰粘着力还可以通过添加液体或油脂到工作表面上来减少。举例来说，冰与飞机表面的粘着力通过涂覆硅脂显著降低，并且可以防止在涂布有注入丙二醇防冻剂的100μm多孔层的冷冻机和热交换器的外部结霜。然而，在这两种情况下，非固体相牺牲并且可能泄漏到环境中，造成显著的环境问题。

需要稳固和/或提供最佳非润湿特性以及抗结霜的非润湿表面。

发明内容

本文所描述的是非润湿表面，其在表面上包括浸渍在具有微米/纳米工程化特征的矩阵内的液体，或在表面上包括液体填充孔隙或其它微小孔。在某些实施例中，与包括夹带在表面纹理内的气体(例如空气)的先前非润湿表面相比，这些液体浸渍表面耐刺穿和结霜，并且因此更稳固。

覆盖固体特征的矩阵顶端的浸渍流体提供非润湿益处。然而，在平衡时，浸渍液体可以不覆盖表面的固体特征(例如微柱或纳米草)顶端而无连续地补充。此外，在某些浸渍流体确实覆盖固体特征顶端时，提供非润湿益处，其通常显示遮掩，并且除非补充否则浸渍流体耗尽。

据发现，液体浸渍表面可以经工程改造以提供耐刺穿性并且提供非润湿性，而不需要补充浸渍流体来补偿液体损失以遮掩，并且不需要补充浸渍液体来维持覆盖在固体特征顶端上。

在一个方面，本发明涉及一种包含液体浸渍表面的物品，所述表面包含浸渍液体和固体特征的矩阵，所述固体特征经充分靠近地隔开以在其间或其内稳定地容纳所述浸渍液体，其中以下中的一项或两项成立：(i)0<φ≤0.25，其中φ是在平衡(例如，其中平衡可以涵盖伪平衡)时液体浸渍表面的投影表面积对应于非浸没固体(即，非由浸渍液体浸没，例如可以是“非浸没”并且仍与水接触)的代表性分数；以及(ii)S_ow(v)<0，其中S_ow(v)是铺展系数，定义为γ_wv-γ_wo-γ_ov，其中γ是由下标指示的两相之间的界面张力，所述下标选自w、v以及o，其中w是水，v是与表面接触的气相(例如空气)，并且o是浸渍液体。

在一些实施例中，0<φ≤0.25或0.01<φ≤0.25或0.05<φ≤0.25。在一些实施例中，S_ow(v)<0。

在一些实施例中，浸渍液体包含选自由以下组成的群组的至少一员：硅酮油、丙二醇二辛酸酯/二癸酸酯、全氟聚醚(PFPE)、聚α-烯烃(PAO)、合成烃共寡聚物、氟化聚硅氧烷、丙二醇、四氯乙烯(全氯乙烯)、异硫氰酸苯酯(苯基芥子油)、溴苯、碘苯、邻溴甲苯、α-氯萘、α-溴萘、四溴化乙炔、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(BMIm)、三溴丙烷(1,2,3-三溴丙烷)、二溴化乙烯、二硫化碳、溴仿、碘化亚甲基(二碘甲烷)、斯塔诺拉克斯(stanolax)、施贵宝氏(Squibb's)液体矿脂、对溴甲苯、单溴苯、全氯乙烯、二硫化碳、苯基芥子油、单碘苯、α-单氯-萘、四溴化乙炔、苯胺、丁醇、异戊醇、正庚醇、甲酚、油酸、亚麻油酸以及邻苯二甲酸戊酯。

在一些实施例中，固体特征包含选自由以下组成的群组的至少一员：聚合固体、陶瓷固体、氟化固体、金属间固体以及复合固体。在一些实施例中，固体特征包含化学改性表面、涂布表面、具有粘结单层的表面。在一些实施例中，固体特征界定选自由以下组成的群组的至少一员：孔隙、腔、孔、互连孔隙以及互连腔。在一些实施例中，固体特征包含选自由以下组成的群组的至少一员：柱、纳米针、纳米草、实质上球形粒子以及非晶形粒子。在一些实施例中，固体特征具有粗糙表面(例如，固体特征的表面粗糙度例如>50nm、>100nm，并且还<1μm)。在一些实施例中，粗糙表面提供液体在其间或其内的稳定浸渍，使得θ_os(v),后退<θ_c。其中θ_c是临界接触角。

在一些实施例中，液体浸渍表面经配置以使得与表面接触的水滴不在表面上钉扎或刺穿并且具有小于40°的滚动角α。在一些实施例中，水滴的滚动角α小于35°、小于30°、小于25°或小于20°。

在另一方面，本发明涉及一种包含液体浸渍表面的物品，所述表面包含浸渍液体和固体特征的矩阵，所述固体特征经充分靠近地隔开以在其间或其内稳定地容纳所述浸渍液体，其中以下中的一项或两项成立：(i)θ_os(w),后退＝0；以及(ii)θ_os(v),后退＝0和θ_os(w),后退＝0，其中θ_os(w),后退是浸渍液体(例如油，下标‘o’)在水(下标‘w’)存在下在表面(下标‘s’)上的后退接触角，并且其中θ_os(v),后退是浸渍液体(例如油，下标‘o’)在气相(下标‘v’，例如空气)存在下在表面(下标‘s’)上的后退接触角。

在另一方面，本发明涉及一种液体浸渍表面，所述表面包含浸渍液体和固体特征的矩阵，所述固体特征经充分靠近地隔开以在其间或其内稳定地容纳所述浸渍液体，其中以下中的一项或两项成立：(i)θ_os(v),后退>0；以及(ii)θ_os(w),后退>0，其中θos(v),后退是浸渍液体(例如油，下标‘o’)在气相(下标‘v’，例如空气)存在下在表面(下标‘s’)上的后退接触角，并且其中θ_os(w),后退是浸渍液体(例如油，下标‘o’)在水(下标‘w’)存在下在表面(下标‘s’)上的后退接触角。

在一些实施例中，θ_os(v),后退>0以及θ_os(w),后退>0。在一些实施例中，以下中的一项或两项成立：(i)θ_os(v),后退<θ_c；以及(ii)θ_os(w),后退<θ_c，其中θ_c是临界接触角。在一些实施例中，以下中的一项或两项成立：(i)θ_os(v),后退<θ*_c；以及(ii)θ_os(w),后退<θ*_c，其中θ*_c＝cos^-1(1/r)，并且其中r是表面的固体部分的粗糙度。

在一些实施例中，物品是选自由以下组成的群组的一员：管道、蒸汽轮机部件、燃气轮机部件、飞机部件、风轮机部件、眼镜、镜子、输电线、容器、挡风玻璃、发动机部件、喷嘴、管或其部分或涂层。

在另一方面，本发明涉及一种包含内表面的物品，所述物品至少部分地封闭(例如，物品是输油管道、其它管道、消费品容器、其它容器)并且适合于容纳或传送具有粘度μ₁的流体，其中内表面包含液体浸渍表面，所述液体浸渍表面包含浸渍液体和固体特征的矩阵，所述固体特征经充分靠近地隔开以在其间或其内稳定地容纳所述浸渍液体，其中浸渍液体包含水(具有粘度μ₂)。

在一些实施例中，μ₁/μ₂>1。在一些实施例中，μ₁/μ₂>0.1。在一些实施例中，(h/R)(μ₁/μ₂)>0.1(其中h是固体特征的平均高度并且R是管的半径或开放系统中的平均流体深度)。在一些实施例中，(h/R)(μ₁/μ₂)>0.5。在一些实施例中，R<1mm。

在一些实施例中，浸渍液体包含添加剂(例如表面活性剂)以防止或减少浸渍液体的蒸发。在一些实施例中，所述表面包含延伸高于所述固体特征的过量浸渍液体(例如油)的拉升区域。

在另一方面，本发明涉及一种包含液体浸渍表面的物品，所述表面包含浸渍液体和固体特征的矩阵，所述固体特征经充分靠近地隔开以在其间或其内稳定地容纳所述浸渍液体，其中以下中的一项或两项成立：(i)0<φ≤0.25，其中φ是在平衡(例如，其中平衡可以涵盖伪平衡)时液体浸渍表面的投影表面积对应于非浸没固体(即，非由浸渍液体浸没-可以是“非浸没”并且仍与表面外部的非气相接触)的代表性分数；以及(ii)S_oe(v)<0，其中S_oe(v)是铺展系数，定义为γ_ev-γ_eo-γ_ov，其中γ是由下标指示的两相之间的界面张力，所述下标选自e、v以及o，其中e是在表面外部并且不同于浸渍液体的非气相(例如液体或半固体)，v是表面外部的气相(例如空气)，并且o是浸渍液体。

在一些实施例中，0<φ≤0.25。在一些实施例中，0.01<φ≤0.25。在一些实施例中，0.05<φ≤0.25。在一些实施例中，S_oe(v)<0。

在一些实施例中，浸渍液体包含选自由以下组成的群组的至少一员：硅酮油、丙二醇二辛酸酯/二癸酸酯、全氟聚醚(PFPE)、聚α-烯烃(PAO)、合成烃共寡聚物、氟化聚硅氧烷、丙二醇、四氯乙烯(全氯乙烯)、异硫氰酸苯酯(苯基芥子油)、溴苯、碘苯、邻溴甲苯、α-氯萘、α-溴萘、四溴化乙炔、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(BMIm)、三溴丙烷(1,2,3-三溴丙烷)、二溴化乙烯、二硫化碳、溴仿、碘化亚甲基(二碘甲烷)、斯塔诺拉克斯、施贵宝氏液体矿脂、对溴甲苯、单溴苯、全氯乙烯、二硫化碳、苯基芥子油、单碘苯、α-单氯-萘、四溴化乙炔、苯胺、丁醇、异戊醇、正庚醇、甲酚、油酸、亚麻油酸以及邻苯二甲酸戊酯。

在一些实施例中，固体特征包含选自由以下组成的群组的至少一员：聚合固体、陶瓷固体、氟化固体、金属间固体以及复合固体。在一些实施例中，固体特征包含化学改性表面、涂布表面、具有粘结单层的表面。在一些实施例中，固体特征界定选自由以下组成的群组的至少一员：孔隙、腔、孔、互连孔隙以及互连腔。在一些实施例中，固体特征包含选自由以下组成的群组的至少一员：柱、纳米针、纳米草、实质上球形粒子以及非晶形粒子。在一些实施例中，固体特征具有粗糙表面(例如，固体特征的表面粗糙度<1μm)。在一些实施例中，粗糙表面提供液体在其间或其内的稳定浸渍，使得θ_os(v),后退<θ_c。其中θ_c是临界接触角。在一些实施例中，液体浸渍表面经配置以使得与表面接触的水滴不在表面上钉扎或刺穿并且具有小于40°的滚动角α。在一些实施例中，水滴的滚动角α小于35°、小于30°、小于25°或小于20°。

在另一方面，本发明涉及一种包含液体浸渍表面的物品，所述表面包含浸渍液体和固体特征的矩阵，所述固体特征经充分靠近地隔开以在其间或其内稳定地容纳所述浸渍液体，其中以下中的一项或两项成立：(i)θ_os(e),后退＝0；以及(ii)θ_os(v),后退＝0和θ_os(e),后退＝0，其中θ_os(e),后退是浸渍液体(例如油，下标‘o’)在表面外部不同于浸渍液体的非气相(例如液体、固体、半固体、凝胶)(下标‘e’)存在下在表面(下标‘s’)上的后退接触角，并且其中θ_os(v),后退是浸渍液体(例如油，下标‘o’)在气相(下标‘v’，例如空气)存在下在表面(下标‘s’)上的后退接触角。

在另一方面，本发明涉及一种包含液体浸渍表面的物品，所述表面包含浸渍液体和固体特征的矩阵，所述固体特征经充分靠近地隔开以在其间或其内稳定地容纳所述浸渍液体，其中以下中的一项或两项成立：(i)θ_os(v),后退>0；以及(ii)θ_os(e),后退>0，其中θ_os(v),后退是浸渍液体(例如油，下标‘o’)在气相(下标‘v’，例如空气)存在下在表面(下标‘s’)上的后退接触角，并且其中θ_os(e),后退是浸渍液体(例如油，下标‘o’)在表面外部不同于浸渍液体的非气相(例如液体、固体、半固体、凝胶)(下标‘e’)存在下在表面(下标‘s’)上的后退接触角。

在一些实施例中，θ_os(v),后退>0以及θ_os(e),后退>0。在一些实施例中，以下中的一项或两项成立：(i)θ_os(v),后退<θ_c；以及(ii)θ_os(e),后退<θ_c，其中θ_c是临界接触角。在一些实施例中，以下中的一项或两项成立：(i)θ_os(v),后退<θ*_c；以及(ii)θ_os(e),后退<θ*_c，其中θ*_c＝cos^-1(1/r)，并且其中r是表面的固体部分的粗糙度。

在一些实施例中，物品是选自由以下组成的群组的一员：管道、蒸汽轮机部件、燃气轮机部件、飞机部件、风轮机部件、眼镜、镜子、输电线、容器、挡风玻璃、发动机部件、管、喷嘴或其部分或涂层。在一些实施例中，所述表面包含延伸高于所述固体特征的过量浸渍液体(例如油)的拉升区域。

在本文(例如上文)所描述的任何方面的一些实施例中，物品进一步包含具有所述表面外部(并且与所述表面接触)的所述非气相的材料，所述物品含有所述非气相材料[例如其中物品是容器、管道、喷嘴、阀、导管、器皿、瓶、模具、冲模、滑槽、碗、盆、箱、盖(例如衣服洗涤剂盖)和/或管]。在一些实施例中，具有所述表面外部的所述非气相的所述材料包含以下中的一或多者：食品、化妆品、水泥、沥青、焦油、冰淇淋、蛋黃、水、酒精、汞、镓、制冷剂、牙膏、油漆、花生酱、果冻、果酱、蛋黄酱、蕃茄酱、芥末、调味品、衣服洗涤剂、消费品、汽油、石油产品、油、生物流体、血液、血浆。

在另一方面，本发明涉及一种使用本文(例如上文)所描述的任何物品的方法，所述方法包含使所述表面暴露于水的步骤。

在另一方面，本发明涉及一种使用根据权利要求28到47中任一项所述的物品的方法，所述方法包含使所述表面暴露于在所述表面外部并且不同于浸渍液体的所述非气相(例如液体或半固体)的步骤。在一些实施例中，非气相包含以下中的一或多者：食品、化妆品、水泥、沥青、焦油、冰淇淋、蛋黃、水、酒精、汞、镓、制冷剂、牙膏、油漆、花生酱、果冻、果酱、蛋黄酱、蕃茄酱、芥末、调味品、衣服洗涤剂、消费品、汽油、石油产品、油、生物流体、血液、血浆。

附图说明

参考下文所描述的图式和权利要求书，可以更好地理解本发明的目标和特征。

图1说明部分浸没的液体浸渍表面的截面视图和相应俯视图。

图1(a)说明放置在用使固体完全润湿的润滑剂浸渍的纹理化表面上的液滴的示意图。

图1(b)说明放置在用使固体润湿的润滑剂浸渍的纹理化表面上的在空气和液滴存在下具有非零接触角的液滴的示意图。

图1(c)说明在涂布有十八烷基三氯硅烷(octadecyltrichlorosilane，OTS)并且用硅酮油浸渍的硅微柱表面(柱侧面α＝10μm，高度＝10μm以及间距b＝10μm)上的水滴。

图1(d)说明在涂布有十八烷基三氯硅烷(octadecyltrichlorosilane，OTS)并且用1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(BMIm)浸渍的硅微柱表面(柱侧面α＝10μm，高度＝10μm以及间距b＝10μm)上的水滴。

图1(e)和1(f)说明在将荧光染料溶解于硅酮油和BMIm中时在UV照射下的水滴。底部区域展示润滑油在纹理表面上方拉升(b＝50μm)。

图1(g)和1(h)展示浸渍纹理的激光共聚焦荧光显微镜(LCFM)图像，展示柱顶端在硅酮油(图1(g))的情况下是明亮的，表明其由油覆盖，并且在BMIm(图1(h))的情况下是暗的，表明其是干的。

图1(i)说明浸渍纹理的ESEM图像，展示纹理中捕获硅酮油并且表明使柱顶端润湿的膜是薄的。

图1(j)说明用BMIm浸渍的纹理的SEM图像，展示柱顶端上的分散液滴，指示膜在这种情况下不稳定。

图1(k)说明液滴外部和下方的润湿配置的示意图。通过对个别界面能份额求和计算每种配置的每单位面积总界面能。图1(a)中还展示对每种配置的稳定性的等效要求。

图2说明放置在润滑剂囊封的表面上的水滴的可能热力学状态的示意图。顶端两个示意图说明液滴是否通过润滑剂变得遮掩。对于每种情况，存在六种可能状态，如所说明，取决于润滑剂如何在空气(垂直轴)和水(水平轴)存在下使纹理润湿。

图3(a)说明水滴的测量速度作为各种润滑剂粘度、柱间距以及液滴大小的衬底倾斜角的函数。

图3(b)是在润滑剂浸渍表面上移动的水滴的示意图，展示缩放模型中考虑的各种参数。

图3(c)说明相对于水滴测量的多个咖啡粒子的轨迹，揭示液滴在表面上滚动而不是滑动。

图3(d)是将图3(a)中所示的数据点收缩到单个曲线上的非尺寸曲线图。

图4是描述根据本发明的某些实施例的六种液体浸渍表面润湿状态的示意图。

图5是展示根据本发明的某些实施例的图4中所示的六种液体浸渍表面润湿状态的条件的示意图。

图6包括根据本发明的某些实施例的滚动角对比显现面积分数φ的曲线图以及BMIm浸渍纹理的两个SEM图像。

图7和8展现根据本发明的某些实施例通过防止因液体遮掩所致的聚结进行冷凝抑制。

图9展现根据本发明的某些实施例通过降低相邻水滴(特别是其中油具有高粘度)之间的油的排水速率进行冷凝抑制。

图10展现根据本发明的某些实施例由于相邻水滴(特别是其中油具有高粘度)之间的油的排水速率降低所致的霜抑制。

图11(a)展示根据本文所描述的一些实施例不同囊封液体的测量滚动角作为柱间距b的函数。在一些实施例中，在硅酮油浸渍表面的情况下观测到极低滚动角，与液滴外部和下方囊封的柱顶端一致(状态A3-W3，θ_os(a)、θ_os(w)＝0)。在BMIm浸渍表面的情况下所见的高滚动角与液滴外部和下方显现的柱顶端一致(A2-W2，θ_c>θ_os(a)，θ_os(w)>0)。

图11(b)展示根据本发明的某些实施例的BMIm浸渍纹理的SEM图像并且揭示柱顶端是干的。

图11(c)展示根据本发明的某些实施例进一步通过添加纳米草粗糙化的柱的SEM图像，所述柱由BMIm覆盖并且因此滚动角减小。

图11(d)展示根据本发明的某些实施例在滚动瞬间缩放重力(下文论述的等式(11)的左侧)作为相关钉扎力(下文论述的等式(11)的右侧)的函数的非尺寸曲线图，展现滚动数据一般与缩放一致。

图12(a)是根据本发明的某些实施例的硅微柱阵列的SEM图像。

图12(b)是根据本发明的某些实施例的用纳米草蚀刻的硅微柱的SEM图像。

图13展示根据本发明的某些实施例的用离子液体(BMIm)浸渍的纳米草覆盖硅微柱的SEM图像。在一些实施例中，BMIm完全填充纳米脊之间的空隙，如右图所示，导致在浸涂之后几乎没有固体表面暴露于空气

具体实施方式

预期所主张的发明的组合物、混合物、系统、器件、方法以及制程涵盖使用来自本文所描述的实施例的信息开发的变化和调适。对本文所描述的组合物、混合物、系统、器件、方法以及制程的调适和/或修改可以由相关领域的普通技术人员执行。

在整个说明书中，在物品、器件、装置以及系统描述为具有、包括或包含特定组件时，或在制程和方法描述为具有、包括或包含特定步骤时，预期另外，存在基本上由所列举的组件组成或由所列举的组件组成的本发明的物品、器件、装置以及系统，并且存在基本上由所列举的加工步骤组成或由所列举的加工步骤组成的根据本发明的制程和方法。

类似地，在物品、器件、混合物、装置以及组合物描述为具有、包括或包含特定化合物和/或材料时，预期另外，存在基本上由所列举的化合物和/或材料组成或由所列举的化合物和/或材料组成的本发明的物品、器件、混合物、装置以及组合物。

应理解，步骤顺序或用于执行某些动作的顺序是不重要的，只要本发明保持可操作就行。此外，两个或更多个步骤或动作可以同时进行。

在本文中例如在背景技术部分中提及任何出版物时，并不是承认所述出版物充当关于本文所呈现的权利要求中任一项的现有技术。背景技术部分是出于清楚的目的而呈现，并且不意味是关于任何权利要求的现有技术的描述。

具有所设计的化学性质和粗糙度的表面拥有显著的非润湿特性，其可以在广泛多种的商业和技术应用中非常有用，如下文将进一步详细描述。

在一些实施例中，其中“a”用作变量的下标来表示空气，“v”也是适当的(其中v指示气相)。此外，其中“w”作为变量的下标来表示水，“e”也是适当的(其中e指示表面外部不同于浸渍液体的非气相(例如液体、固体、半固体、凝胶))。

在一些实施例中，提供非润湿、液体浸渍表面，其包括具有用浸渍液体浸渍的纹理(例如柱)的固体。在一些实施例中，润滑剂通过由微观纹理产生的毛细力来稳定，并且假设润滑剂优先使固体润湿，这允许液滴显著容易地在液体浸渍表面上方移动(例如滑行、滚动、滑动等)，如由液滴的极低接触角滞后(约1°)证明。在一些实施例中，除了低滞后之外，这些非润湿表面可以提供自清洁特性，耐受高跌落冲击压力，在损坏之后通过毛细芯吸自愈，排斥各种液体，以及降低冰粘着力。接触线形态控制液滴钉扎并且因此控制其在表面上的移动性。

一般来说，固体特征可以由根据本发明适合使用的任何材料制成或可以包含根据本发明适合使用的任何材料。根据本发明的各种实施例，使用微米级(例如，特征尺寸是约1微米到约100微米，例如约1-10微米、10-20微米、20-30微米、30-50微米、50-70微米、70-100微米)固体特征。在某些实施例中，使用纳米级(例如小于约1微米，例如约1nm到约1微米，例如约1-10nm、10-50nm、50-100nm、100-200nm、200-300nm、300-500nm、500-700nm、700nm-1微米)固体特征。

在一些实施例中，使用微米级特征。在一些实施例中，微米级特征是粒子。粒子可以随机或均匀地分散在表面上。粒子之间的特征间距可以是约200μm、约100μm、约90μm、约80μm、约70μm、约60μm、约50μm、约40μm、约30μm、约20μm、约10μm、约5μm或1μm。在一些实施例中，粒子之间的特征间距在100μm-1μm、50μm-20μm或40μm-30μm的范围内。在一些实施例中，粒子之间的特征间距在100μm-80μm、80μm-50μm、50μm-30μm或30μm-10μm的范围内。在一些实施例中，粒子之间的特征间距在以上任何两个值的范围内。

粒子的平均尺寸可以是约200μm、约100μm、约90μm、约80μm、约70μm、约60μm、约50μm、约40μm、约30μm、约20μm、约10μm、约5μm或1μm。在一些实施例中，粒子的平均尺寸在100μm-1μm、50μm-10μm或30μm-20μm的范围内。在一些实施例中，粒子的平均尺寸在100μm-80μm、80μm-50μm、50μm-30μm或30μm-10μm的范围内。在一些实施例中，粒子的平均尺寸在以上任何两个值的范围内。

在一些实施例中，粒子是多孔的。粒子的特征孔径(例如孔宽度或长度)可以是约5000nm、约3000nm、约2000nm、约1000nm、约500nm、约400nm、约300nm、约200nm、约100nm、约80nm、约50nm、约10nm。在一些实施例中，特征孔径在200nm-2μm或100nm-1μm的范围内。在一些实施例中，特征孔径在以上任何两个值的范围内。

在一些实施例中，液体浸渍表面经配置以使得与表面接触的水滴不在表面上钉扎或刺穿。

如本文所用，显现面积分数φ定义为在平衡时液体浸渍表面的投影表面积对应于非浸没固体的代表性分数。如本文所用的术语“平衡”是指如下条件：其中浸渍膜的平均厚度在保持衬底远离水平时由于通过重力排水而不随时间变化、并且其中蒸发是可忽略的(例如，如果液体浸渍液体是要放置在用浸渍液体的气相饱和的环境中)。类似地，如本文所用的术语“伪平衡”是指平衡的条件是蒸发可能发生或逐渐溶解可能发生。应注意，在平衡时膜的平均厚度在呈较高上升的衬底部分上可能较小，因为在呈递增上升的膜内流体静压降低。然而，其最终将达到平衡(或伪平衡)，其中表面的任何部分的平均厚度是随时间不变。

一般来说，表面的“代表性分数”是指表面的在其上具有足够数目的固体特征的一部分，以使得所述部分合理地代表整个表面。在某些实施例中，“代表性分数”是整个表面的至少十分之一。

参考图1，展示部分浸没的液体浸渍表面的截面视图和相应俯视图。图1的左上图展示一行锥形固体特征的截面视图。非浸没固体102的投影表面积以俯视图的阴影面积说明，而剩余非阴影面积表示浸没的液体浸渍表面100的投影表面积。除了这行固体特征的投影表面积之外，放置在半随机图案中的其它固体特征在俯视图中以阴影展示。类似地，图1的右侧展示一行均匀隔开的柱的截面视图。额外行的充分图案化的柱在俯视图中以阴影展示。如图中所展现，在本发明的一些实施例中，液体浸渍表面包括随机和/或非随机图案化固体特征。

在本发明的某些实施例中，φ小于0.30、0.25、0.20、0.15、0.10、0.05、0.01或0.005。在某些实施例中，φ大于0.001、0.005、0.01、0.05、0.10、0.15或0.20。在某些实施例中，φ在约0与约0.25的范围内。在某些实施例中，φ在约0与约0.01的范围内。在某些实施例中，φ在约0.001与约0.25的范围内。在某些实施例中，φ在约0.001与约0.10的范围内。

在一些实施例中，液体浸渍表面经配置以使得通过浸渍液体的遮掩可以根据本文所描述的不同实施例而消除或诱导。

如本文所用，铺展系数S_ow(a)定义为γ_wa-γ_wo-γ_oa，其中γ是由下标w、a以及o指示的两相之间的界面张力，其中w是水，a是空气，并且o是浸渍液体。界面张力可以使用如斯托弗C.E.(Stauffer,C.E.),“通过悬滴技术测量表面张力(The measurement of surfacetension by the pendant drop technique)”,物理化学期刊(J.Phys.Chem.)1965,69,1933-1938中所描述的悬滴法测量，其文本以引用的方式并入本文中。示例性表面和其界面张力测量值(在大约25℃下)如下表3。

不希望受任何特定理论的束缚，S_ow(a)小于0的浸渍液体如图1(c)中所见将不遮掩物质，导致没有浸渍液体损失，而S_ow(a)大于0的浸渍液体如图1(b)中所见将遮掩物质(冷凝水滴、细菌菌落、固体表面)并且这可以用来防止腐蚀、结垢等。在某些实施例中，遮掩用于防止气液转化(例如水蒸气、金属蒸气等)。在某些实施例中，遮掩用于抑制液体-固体形成(例如冰、金属等)。在某些实施例中，遮掩用于制造用来承载材料的储槽，以使得独立遮掩材料可以通过外部构件(如电场或磁场)控制和引导。

图1(c)说明在涂布有十八烷基三氯硅烷(octadecyltrichlorosilane，OTS)并且用硅酮油浸渍的硅微柱表面(柱侧面α＝10μm，高度＝10μm以及间距b＝10μm)上的水滴。图1(d)说明在涂布有十八烷基三氯硅烷(octadecyltrichlorosilane，OTS)并且用1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(BMIm)浸渍的硅微柱表面(柱侧面α＝10μm，高度＝10μm以及间距b＝10μm)上的水滴。图1(e)和1(f)说明在将荧光染料溶解于硅酮油和BMIm中时在UV照射下的水滴。底部区域展示润滑油在纹理表面上方拉升(b＝50μm)。

图1(c)展示放置在硅酮油浸渍纹理上的8μl水滴。液滴形成大的表观接触角(约100°)但非常接近固体表面(在图1(c)中由箭头展示)，其轮廓从凸变为凹。

在将荧光染料添加到硅酮油中并且在UV光下成像时，拐点对应于油的环形脊所拉升到的高度，以便满足界面张力在拐点处的垂直力平衡(图1(e))。虽然油应铺展在整个液滴上(图1(c))，但遮掩膜太薄而不能捕获在这些图像中。在离子液体的情况下还观测到“润湿脊”(图1(d)、1(f))。下文将论述润湿脊对液滴移动性的重要性。这类润湿脊使人联想到在软衬底上的液滴周围观测到的那些润湿脊。

如果θ_os(a)＝0°，那么纹理可以完全浸没在油中。发现这个条件对于硅酮油确实如此，意味着柱的顶端应被稳定的薄油膜覆盖。使用激光共聚焦荧光显微镜(LCFM)以实验方式观测这一膜；由于溶解于油中的荧光染料的存在，柱顶端显得明亮(图1(g))。表面的环境SEM图像(图1(i))展示经油填充的纹理并且确认这一膜厚度不到几微米，与先前估计的完全润湿膜一致。另一方面，BMIm在光滑的OTS涂布硅表面上具有非零接触角(θ_os(a)＝65±5°)，指示在这一润滑剂下柱顶端应保持干的。实际上，LCFM图像确认这一现象(图1(h))-柱顶端由于不存在染料发荧光而显得较暗。由于BMIm导电并且具有极低蒸气压，因此其可以在SEM中成像。如图1(j)所示，看见静置在柱顶端上的离散液滴，确认在这种情况下在柱顶端上薄膜不稳定。

稳定润湿配置影响液滴的移动性。如图1(b)所示，在BMIm的情况下，在液滴的周界处存在限制润湿脊的三个不同的相接触线：油-水-空气接触线、液滴外部的油-固体-空气接触线以及液滴下方的油-固体-水接触线。这些接触线存在是因为θ_os(a)>0、θ_os(w)>0以及S_ow(a)<0。相比之下，在硅酮油(图1(a))的情况下，这些接触线都不存在是因为θ_os(a)＝0、θ_os(w)＝0以及S_ow(a)>0。这些配置只是可能发生油浸渍的这类四相系统中的12种不同配置中的两种。下文论述这些配置。

将在以下段落中论述允许人们预测这12个状态中哪个将对于给定液滴、油和衬底材料稳定的热力学框架。对于液滴外部的界面(在空气环境中)可考虑三种可能的配置，对于液滴下方的界面(在水环境中)可考虑三种可能的配置。这些配置连同每种配置的总界面能展示于图1(k)中。液滴外部可能的配置是A1(未浸渍，即干的)、A2(浸渍，有显现的特征)以及A3(浸渍，有浸没的特征-即，囊封的)。另一方面，在液滴下方，可能的配置是W1(刺穿)、W2(浸渍，有显现的特征)以及W3(浸渍，有浸没的特征-即，囊封的)。稳定配置将是具有最低总界面能的配置。现参考液滴外部的配置，纹理化表面在其缓慢地从油储槽取出时可以根据哪个状态具有最低能量而呈状态A1、A2以及A3中的任一者。举例来说，如果状态A2具有最低总界面能，即E_A2<E_A1、E_A3，那么状态A2将是稳定的。从图1(k)，这导致：

其中φ是由固体占据的表面的投影面积的分数并且r是总表面积与固体的投影面积的比率。在具有宽度“a”、边缘到边缘间距“b”以及高度“h”的方柱的情况下，φ＝a²/(a+b)²并且r＝1+4ah/(a+b)²。应用杨氏(Young’s)等式cos(θos(a))＝(γ_sa-γ_os)/γ_oa，等式(1)降低用于传送油通过纹理化表面的半毛细芯吸标准：cos(θ_os(a))>(1-φ)/(r-φ)＝cos(θ_c)。这种要求可以适宜地表示为θ_os(a)<θ_c。在等式(2)中，γ_sa-γ_os-γ_oa仅仅是油在空气存在下在纹理化表面上的铺展系数S_os(a)。这可以重新组织为(γ_sa-γ_os)/γ_oa<1，并且再次应用杨氏等式，等式(2)可以写成θ_os(a)>0。根据铺展系数S_os(a)表达等式(1)，产生：-γ_oa(r-1)/(r-φ)<S_os(a)。以上简化然后导致以下对于表面处于状态A2的等效标准：

类似地，如果E_A3<E_A2、E_A1，那么状态A3将是稳定的。从图1(k)，这给出：

应注意，等式(4)自动地满足等式(5)，因此通过等式(4)给出待稳定(即，囊封)的状态A3的标准。遵循类似程序，待稳定的状态A1的条件可以衍生为

等式(4)的最右边表达式可以重写为(γ_sa-γ_os)/γ_oa≥1。这提出了一个重要点：杨氏等式将表明如果θ_os(a)＝0，那么(γ_sa-γ_os)/γ_oa＝1(即，S_os(a)＝0)。然而，θ_os(a)＝0在(γ_sa-γ_os)/γ_oa>1(即S_os(a)>0)的情况下也是真实的。重要的是认识到，杨氏等式基于平衡接触线上的表面张力来预测接触角-仅静态平衡时的接触线存在等同性。对于铺展膜(S_os(a)>0)，静态接触线不存在，因此排除杨氏等式的适用性。

在以下段落中论述可能在液滴下方的配置。在与水接触时，液滴下方的界面将获得三种不同状态-W1、W2或W3(图1(k))中的一者-取决于哪个具有最低能量。应用相同方法并且使用表1中所提供的总界面能来测定液滴下方界面的稳定配置，稳定性要求采用类似于等式(3)、(4)以及(6)的形式，其中γ_oa、γ_sa、θ_os(a)、S_os(a)分别被替换为γ_ow、γ_sw、θ_os(w)、S_os(w)。还应注意，θ_c不受周围环境影响，因为其仅是纹理参数

和r的函数。因此，纹理将在液滴下方保持用油浸渍，在以下情况时具有显现的柱顶端(即，状态W2)：

状态W3在以下情况时将是稳定的(即，油将囊封纹理)：

并且在以下情况时液滴将移置油并且被纹理刺穿(状态W1)：

组合以上标准连同通过前面描述的油膜遮掩水滴的标准，各种可能的状态可以组织在图3所示的流型图中。遮掩标准由上面两个示意图表示。对于这些情况中的每一种，取决于油如何与表面纹理在空气(图3中的垂直轴)和水(图3中的水平轴)存在下相互作用，可能存在六种不同配置。垂直轴和水平轴分别是归一化铺展系数S_os(a)/γ_oa和S_os(w)/γ_ow。首先考虑图3的垂直轴，在S_os(a)/γ_oa<-(r-1)/(r-φ)时，即，在等式(6)成立时，油甚至不浸渍纹理。随着S_os(a)/γ_oa增加到高于这个重要值，浸渍变得可行但柱顶端仍保持显现。一旦S_os(a)/γ_oa>0，柱顶端还浸没在油中导致完全囊封纹理。类似地，在图3的从左到右移动的x轴上，随着S_os(w)/γ_ow增加，液滴从刺穿状态转化到浸渍状态到完全囊封状态。虽然先前研究已经提出简单标准用于沉积液滴是否将漂浮或下沉，但额外状态，如图3中所示，无法识别。

图3展示可以存在高达三个不同的接触线，其中两个可以被钉扎在纹理上。钉扎的程度决定滚动角α*，放置在纹理化固体上的液滴开始移动时的倾斜角。完全移置油的液滴(图3中的状态A3-W1、A2-W1)预计不会滚下表面。这些状态在θ_os(w)>θ_c时实现，在不用OTS处理的硅衬底时BMIm和硅酮油浸渍的表面的情况也是如此。正如所预计，液滴没有滚下这些表面。在具有显现的柱顶端的状态(A3-W2、A2-W2、A2-W3)下的液滴预计具有强烈依赖于纹理的降低的移动性，而在具有液滴外部和下方囊封柱的状态(图3中的A3-W3状态)下的那些液滴预计显示无钉扎并且因此无穷小滚动角。

5μl液滴在硅酮油和BMIm浸渍的纹理上的滚动角在改变柱间距b时是以实验方式测量。为了进行比较，还评估不含润滑剂的相同纹理(即，常规超疏水情况)。这些实验的结果展示于图11(a)中。硅酮油囊封的表面具有极低滚动角而不管柱间距和油粘度，展示接触线钉扎是可忽略的，如对在纹理化衬底上不具有接触线的A3-W3状态下的液滴的预测。在另一方面，BMIm浸渍的纹理展示高得多的滚动角，其随着间距减小而增大-趋势类似于超疏水表面上的卡西(Cassie)液滴。这个观测说明钉扎在这种情况下是显著的，并且发生在显现的柱顶端上，图11(b)中所说明。然而，通过添加第二较小长度尺度纹理(即，柱上的纳米草)使钉扎显著减少，以使得BMIm浸渍甚至在柱顶端上的纹理，进而实质上降低φ(如由图11(c)以及图12-13所说明)。滚动角从超过30°减小到仅约2°。显现面积分数φ的降低不是由于纹理特征的绝对大小；由于油-水和油-空气界面必须在接触角θ_os(w)和θ_ow(a)下与表面特征相交，φ相当取决于这些接触角和特征几何形状。

纹理对滚动角的影响可以通过平衡重力与钉扎力来建模。水滴在光滑固体表面上的平衡力在初期运动得到ρ_wΩgsinα^*≈2R_bγ_wa(cosθ_后退,ws(a)-cosθ_前进,ws(a))，其中ρ_w是体积Ω的液滴的密度，g是重力加速度，R_b是液滴基圆半径，并且θ_前进,ws(a)和θ_后退,ws(a)是液滴在空气中在光滑固体表面上的前进和后退接触角。为了延伸这个处理到我们的系统，我们认识到钉扎由高达两个接触线的接触角滞后产生：油-空气-固体接触线具有由γ_oa(cosθ_{后退，os(a)}-cosθ_{前进，os(a)})给出的每单位长度的钉扎力并且油-水-固体接触线具有由γ_ow(cosθ_{后退，os(w)}-cosθ_{前进，os(w)})给出的每单位长度的钉扎力。在一些实施例中，其上发生钉扎的接触线的长度预计标度为R_bφ^1/2，其中φ^1/2是与纹理化衬底的显现特征接触的液滴周界(约R_b)的分数。因此，与表面相切的平衡力给出：

ρ_wΩgsinα^*～R_bφ^1/2[γ_ow(cosθ_后退,os(w)-cosθ_前进,os(w))+γ_oacosθ_后退,os(a)-cosθ_前进,os(a))] (10)

等式(10)除以R_bγwa，我们得到非尺寸表达式：

Bosinα^*f(θ)～φ^1/2[γ_ow(cosθ_后退,os(w)-cosθ_前进,os(w))+γ_oa(cosθ_后退,os(a)-cosθ_前进,os(a))]/γ_wa (11)

其中

通过假定液滴是使得与表面的表观接触角为θ的球冠。

是邦德数(Bond number)，其比较重力与表面张力的相对量值。以下表2和3中提供θ_后退,os(w)、θ_前进,os(w)、θ_后退,os(a)、θ_前进,os(a)、γ_ow、γ_oa以及γ_wa的值。图11(d)展示所测量的数据与等式(11)的缩放一致。硅酮油囊封的表面和BMIm浸渍、纳米草覆盖的柱的数据位于接近原点处，因为φ和α^*在这些情况下都极小。

以下段落中描述的是说明液滴脱落的动力学的实施例。一旦液滴上的重力胜过钉扎力，由液滴达到的速度决定其如何可以快速脱落，反映表面的非润湿性能。对于体积Ω的液滴，这个速度可能取决于接触线钉扎和润滑剂粘度。在一些实施例中，水滴的稳态脱落速度V可以使用高速相机测量，同时系统地改变润滑剂动态粘度μ_o、柱间距b，衬底倾斜角α以及液滴体积Ω。这些测量值在图3(a)中说明，其中V对于不同μ_o、b以及Ω标绘为α的函数，速度V随着α和Ω增加，因为α和Ω都增加作用在液滴上的重力。然而，V随着μ_o和φ降低，因为μ_o和φ都增加对液滴运动的阻力。

为了解释这些趋势，首先必须判定液滴是否滚动或滑行。现参考如图3(b)中所示的液滴下方的油-水界面，此界面处的剪应力在水侧面上标度为τ_w～μ_w(V-V_i)/h_cm，并且在油侧面上标度为τ_o～μ_oV_i/t，其中V_i是油水界面的速度并且h_cm是固体表面上方液滴的质量中心的高度，并且t是油膜的厚度。由于在油-水界面处τ_w必须等于τ_o，因此μ_w(V-V_i)/h_cm～μ_oV_i/t。重新整理这个产生：

V_i/V～(1+(μ_oh_cm)/(μ_wt))^-1 (12)

由于在一些进行的实验中(μ_o/μ_w)(h_cm/t)>>1，因此V_i/V<<1，即，油-水界面以相对于液滴的质量中心的速度的可以忽略的较小速度移动。因此，在一些实施例中，脱落的液滴滚下表面。通过将研磨咖啡粒子添加到水滴中重复实验，并且在液滴在表面上移动时用高速相机追踪研磨咖啡粒子的运动。粒子轨迹展示于图3(c)中，清楚地展示在液滴脱落(μ_o＝96.4厘泊)时液滴在液体浸渍表面上滚动。

为了测定V的量值，使在液滴滚下斜面时重力势能的变化速率与因接触线钉扎和粘滞效应所致的能量耗散的总速率平衡。所得能量平衡给出：

其中F_g和F_p表示作用在液滴上的净重力和钉扎力，Ω术语是其上发生粘性耗散的体积，并且

术语是相应的速度梯度。等式(13)的形式类似于在完全非润湿表面上滚动的粘性液滴的形式，虽然由于浸渍油的存在而存在额外术语。等式(13)右侧的三个术语表示液滴(I)内、液滴下方的油膜(II)中以及靠近三相接触线的润湿脊(III)中的粘性耗散速率。

液滴(I)内的粘性耗散速率主要受其质量中心下方的体积限制并且可以近似为

其中R_b是液滴的基圆半径。对球冠应用几何关系R_b/h_cm＝g(θ)＝4/3(sinθ)(2+cosθ)/(1+cosθ)²，产生：I～μ_wV²R_bg(θ)。

在一些实施例中，膜(II)内的粘性耗散速率可以近似为

由于(μ_w/μ₀)(t/h_cm)＜＜1，根据等式(12)，

使用h_cm＝R_b/g(θ)，产生

在一些实施例中，润湿脊(III)中的粘性耗散速率可以近似为III～μ₀(V/h_脊)²R_bh² _脊，因为润湿脊内的流体速度必须标度为润湿脊内的速度、必须标度为质量中心的速度并且在固体表面处变为零，得到标度为

的速度梯度，其中h_脊是润湿脊的高度。因此，III～μ₀V²R_b。

应注意F_g＝ρ_wΩgsinα和F_p＝ρ_wΩgsinα^*，并且等式(13)的两侧都除以R_bVγ_wa，产生以下。

其中Ca＝μ_wV/γ_wa是毛细管数，Bo＝Ω^2/3ρ_wg/γ_wa是邦德数，并且f(θ)＝Ω^1/3/R_b。由于(μ_w//μ₀)(t/R_b)＜＜1，并且在一些实施例和实验中μ₀/μ_w＞＞g(θ)，等式(14)可以简化成：

图3(a)中所示的数据集是根据以上等式(15)组织并且发现收缩到单个曲线(图3(d))上，展现上述缩放模型捕获现象的基本物理学；滚动液滴的重力势能主要消耗在滚动液滴底部周围的润湿脊的粘性耗散中。此外，等式(14)和等式(15)应用于遮掩和非遮掩液滴，因为遮掩膜的惯性和重力极小。因此，整个膜上的速度均匀并且粘性耗散是可忽略的。

放置在润滑剂浸渍的表面上的液滴显示与典型的超疏水表面相比根本不同的行为。在一些实施例中，这些四相系统可以具有高达三个不同的三相接触线，给出高达十二个不同的热力学配置。在一些实施例中，囊封纹理的润滑剂膜仅在其使纹理完全润湿(θ＝0)时是稳定的，否则部分纹理去湿并且从润滑剂膜显现。在一些实施例中，纹理的完全囊封是合乎需要的以便消除钉扎。在一些实施例中，纹理几何形状和层次特征可以用来减少显现面积并且实现滚动角接近用完全润湿润滑剂获得的那些滚动角。在一些实施例中，放置在这些浸渍表面上的具有低粘度液体(如水)的液滴，以与润滑剂粘度成反比变化的速度滚动而不是滑动。在一些实施例中，额外参数，如液滴和纹理大小以及衬底倾斜角，可以建模以实现所需液滴(和/或其它物质)移动(例如滚动)特性和/或提供最佳非润湿特性。

图4是描述根据本文所描述的某些实施例的六种液体浸渍表面润湿状态的示意图。六种表面润湿状态(状态1到状态6)取决于在图4的底部所示的四个润湿条件(条件1到4)。在一些实施例中，非润湿状态是优选的(状态1到4)。另外，当薄膜稳定地形成在柱顶端(或表面上的其他特征)上时，如在非润湿状态1和3下，甚至可以观测到更优选的非润湿特性(和本文所描述的其它相关特性)。

为了实现非润湿状态，通常优选的是具有与非润湿液体相比的低固体表面能和低浸渍液体表面能。举例来说，低于约25mJ/m²的表面能在一些实施例中是所需的。低表面能液体包括某些基于烃和碳氟化合物的液体，例如硅酮油、全氟化碳液体、全氟化真空油(例如Krytox 1506或Fromblin 06/6)、氟化冷却剂(如全氟三戊胺(例如FC-70，由3M出售，或FC-43))、与水不可混溶的氟化离子液体、包含PDMS的硅酮油以及氟化硅酮油。

低表面能固体的实例包括以下物质：收端于烃链的硅烷(如十八烷基三氯硅烷)、收端于碳氟化合物链的硅烷(例如氟硅烷)、收端于烃链的硫醇(如丁硫醇)以及收端于碳氟化合物链的硫醇(例如全氟癸烷硫醇)。在某些实施例中，表面包含低表面能固体，如含氟聚合物，例如倍半硅氧烷，如氟癸基多面体寡聚倍半硅氧烷。在某些实施例中，含氟聚合物是(或包含)四氟乙烯(ETFE)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、全氟烷氧基四氟乙烯共聚物(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯、全氟甲基乙烯醚共聚物(MFA)、乙烯氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、全氟聚醚或特诺福隆(Tecnoflon)。

在图4中，γ__wv是与气相平衡的非润湿相的表面能；γ_ow是非润湿相与浸渍液体之间的界面能；γ_ov是与气相平衡的浸渍液相的表面能；γ_sv是与气相平衡的固体的表面能；γ_so是浸渍相与固体之间的界面能；γ_sw是固体与非润湿相之间的界面能；r＝总表面积除以投影表面积；θ_c1、θ_c2、θ_c3、θ_c4、θ_w1、θ_w2是非润湿相在每种润湿状态下构成的宏观接触角；θ*_os(v)是当纹理化衬底周围的相是气相时油在纹理化衬底上的宏观接触角；θ_os(v)是当油滴周围的相是气相时油在具有相同化学性质的光滑固体衬底上的接触角；θ*_os(w)是当油滴周围的相是水时油在纹理化衬底上的宏观接触角；并且θ_os(w)是当油滴周围的相是水时油在具有与纹理化表面相同的化学性质的光滑衬底上的接触角。

图5是展示根据本发明的某些实施例的图4中所示的六种液体浸渍表面润湿状态的条件的示意图。

在某些实施例中，润滑剂遮掩是合乎需要的并且使用用于防止环境污染的构件，如保存遮掩材料的内容物的时间囊。遮掩可以导致包入物质，进而切断其与环境的通路。这可以用于将材料(如生物分析物)以材料不被环境污染的方式运输通过一个长度。

在某些实施例中，遮掩的量可以通过各种润滑剂特性(如粘度、表面张力)来控制。另外或替代地，遮掩材料去湿以释放材料可以得到控制。因此，预期一种系统，其中液体在一端处分配于润滑介质中，并且在到达另一端后暴露于导致润滑剂显露的环境。

在某些实施例中，浸渍液体是或包含离子液体。离子液体具有极低蒸气压(约10^-12毫米汞柱)，并且因此其缓解润滑剂通过蒸发损失的问题。在一些实施例中，浸渍液体可以经选择以使S_ow(a)小于0。示例性浸渍液体包括(但不限于)四氯乙烯(全氯乙烯)、异硫氰酸苯酯(苯基芥子油)、溴苯、碘苯、邻溴甲苯、α-氯萘、α-溴萘、四溴化乙炔、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(BMIm)、三溴丙烷(1,2,3-三溴丙烷)、十四烷、环己烷、二溴化乙烯、二硫化碳、溴仿、碘化亚甲基(二碘甲烷)、斯塔诺拉克斯、施贵宝氏液体矿脂、对溴甲苯、单溴苯、全氯乙烯、二硫化碳、苯基芥子油、单碘苯、α-单氯-萘、四溴化乙炔、苯胺、丁醇、异戊醇、正庚醇、甲酚、油酸、亚油酸、邻苯二甲酸戊酯以及其任何组合。

根据本发明，示例性固体特征包括(但不限于)聚合固体、陶瓷固体、氟化固体、金属间固体以及复合固体以及其任何组合。如图1中所展现，固体特征可以包含任何合适的形状和/或界定任何合适的结构。示例性固体特征包括(但不限于)孔隙、腔、孔、互连孔隙以及互连腔以及其任何组合。

在一些实施例中，固体特征具有粗糙化表面。如本文所用，θ_os(a)定义为油(下标‘o’)在空气(下标‘a’)存在下在纹理化固体(下标‘s’)上的接触角。在某些实施例中，当θ_os(v)>θ_c时，固体特征的粗糙化表面提供液体在其间或其内的稳定浸渍。

在某些实施例中，本文所描述的液体浸渍表面具有有利的液滴滚动特性，所述特性使表面上的接触液体的累积降到最小。不受任何特定理论的束缚，在某些实施例中液体浸渍表面的滚动角α小于50°、小于40°、小于30°、小于25°或小于20°。

通常，流过管或通道、在其内部具有液体浸渍表面可以根据等式(14)建模：

其中Q是体积流率，R是管半径，h是纹理的高度，μ₂是润滑剂的粘度并且μ₁是流过管的流体的粘度。Δp/L是每升压降。不受任何特定理论的束缚，据信(h/R)(μ₁/μ₂)大于1，为此具有显著影响并且这设定相对于粘度比的纹理高度。

虽然对管流建模，一般原理也适用于开放系统，其中R替换为流动材料的特征深度。平均流速是约Q/A，其中A是流动流体的截面积。

举例来说，蛋黄酱在低剪切速率下具有接近无穷大的粘度(其是宾汉(Bingham)塑料(一种类型的非牛顿(Newtonian)材料))，并且因此表现得像固体，只要其内的剪应力保持低于临界值就行。然而，对于蜂蜜，其是牛顿的，流动要慢得多。对于两个系统，h和R具有相同数量级，并且μ₂是相同的。然而，由于μ_蜂蜜<<μ_蛋黄酱，然后

因此蛋黄酱比蜂蜜更快速地流出瓶。

根据本发明的一些实施例，一种包含内表面的物品，其至少部分地封闭(例如，物品是输油管道、其它管道、消费品容器、其它容器)并且适合于容纳或传送具有粘度μ₁的流体，其中内表面包含液体浸渍表面，所述液体浸渍表面包含浸渍液体和固体特征的矩阵，所述固体特征经充分靠近地隔开以在其间或其内稳定地容纳所述浸渍液体，其中浸渍液体包含水(具有粘度μ₂)。在某些实施例中，μ1/μ2大于约1、约0.5或约0.1。

在某些实施例中，浸渍液体包含添加剂以防止或减少浸渍液体的蒸发。添加剂可以是表面活性剂。示例性表面活性剂包括(但不限于)二十二烷酸、反-13-二十二碳烯酸、顺-13-二十二碳烯酸、壬基苯氧基三(乙烯氧基)乙醇、12-羟基硬脂酸甲酯、1-二十四醇、氟化学品“L-1006”以及其组合。更多细节可以在怀特,伊恩(White,Ian.)“表面活性剂对接近100C的水的蒸发的影响(Effect of Surfactants on the Evaporation of Water Closeto 100C)”工业与工程化学基础(Industrial&Engineering Chemistry Fundamentals)15.1(1976):53-59中找到，其内容以引用的方式并入本文中。另外或替代地，示例性添加剂可以是C₁₆H₃₃COOH、C₁₇H₃₃COOH、C₁₈H₃₃COOH、C₁₉H₃₃COOH、C₁₄H₂₉OH、C₁₆H₃₃OH、C₁₈H₃₇OH、C₂₀H₄₁OH、C₂₂H₄₅OH、C₁₇H₃₅COOCH₃、C₁₅H₃₁COOC₂H₅、C₁₆H₃₃OC₂H₄OH、C₁₈H₃₇OC₂H₄OH、C₂₀H₄₁OC₂H₄OH、C₂₂H₄₅OC₂H₄OH、二十二基硫酸钠、聚(硬脂酸乙烯酯)、聚(丙烯酸十八基酯)、聚(甲基丙烯酸十八基酯)以及其组合。更多细节可以在巴恩斯,杰夫T.(Barnes,Geoff T.)“单层用以减少从大的储水槽蒸发水的潜力(The potential for monolayers to reduce theevaporation of water from large water storages)”农业水管理(Agricultural WaterManagement)95.4(2008):339-353中找到，其内容以引用的方式并入本文中。

实验实例

实例1

图6展示液体浸渍表面上的水滴移动性的实验测量值。图6a是对于不同表面(特征间距b变化)，滚动角α作为显现面积分数φ的函数的曲线图。离子液体(1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(BMIm))在这项工作中用作浸渍液体。顶端插图(图6b)展示BMIm浸渍纹理的SEM图像并且展示柱顶端是干的。在图6c中，当柱通过添加纳米草进一步粗糙化时，其覆盖有BMIm(底部插图)并且因此滚动角减小。

图6的实验展现液体浸渍表面可以经工程改造以提供耐刺穿性和提供非润湿性，而不需要补充浸渍流体来补偿用以遮掩的液体损失(BMIm是在空气和水存在下不遮掩的一实例液体)，并且不需要补充浸渍液体来维持覆盖在固体特征的顶端上。

BMIm浸渍纹理展示滚动角随着间距减小而增大。这个观测展示钉扎在这种情况下是不可忽略的，并且发生在显现柱顶端上(图6b)。然而，此钉扎通过添加第二较小长度尺度纹理(即柱上的纳米草)显著减少，使得BMIm甚至在柱顶端上浸渍纹理，进而实质上降低φ(但仍非零)(参见图6c)。重要的是应注意，显现面积分数φ的降低不是由于纹理特征的绝对大小；由于油-水和油-空气界面通常与表面特征在接触角θ_os(w)和θ_ow(a)下相交，φ相当取决于这些接触角和特征几何形状。

实例2

此实例展现可以通过防止因液体遮掩所致的聚结来抑制冷凝。

图7(a)展示在浸渍有Krytox的具有对水的正铺展系数(S_ow>0)的微柱表面上的冷凝的ESEM图像序列。随着Krytox遮掩冷凝液滴，冷凝得到抑制。图7(b)说明描绘铺展在液滴上的冷凝物薄膜的遮掩冷凝液滴。图7(c)展示在浸渍有BMIm的具有对水的负铺展系数(S_ow<0)的微柱表面上的冷凝的ESEM图像序列。图7(b)说明描绘水-蒸气、水-润滑剂以及润滑剂-蒸气界面在一端的三个相接触线以及在另一端将液滴钉扎在干柱顶端的未遮掩冷凝液滴。图7(e)是比较由冷凝水滴覆盖的表面积分数对比用Krytox(S_ow>0，实心方块)和BMIm(S_ow<0，空心菱形)浸渍表面所花的时间的变化的曲线图。图7(f)是比较每单位面积的水滴数对比用Krytox(实心方块)和BMIm(空心菱形)浸渍表面所花的时间的曲线图。ESEM实验在相同条件(压力＝800Pa，衬底温度约为3.6℃，电子束电压＝25kV以及电子束电流＝1.7nA)下进行。在分析中，t＝0s定义为其中水滴可以被识别的第一帧。

参考图8，非常高的过冷足以使冷凝速率克服10厘斯油的遮掩现象。将珀尔贴(peltier)冷却器的温度设定在-5℃下。室温是20℃，并且条件中的露点是12℃。然而，对更粘润滑剂上的聚结的阻挡显著较高，即使在这样高的过冷度下。因此，液滴在10厘斯油上呈现为半球形状，而在更粘润滑剂上其球形度显著更低。

实例3

此实例展现通过降低相邻水滴(特别是其中油具有高粘度)之间的油的排水速率来抑制冷凝。

类似于实例2中所描述的条件，将珀尔贴冷却器的温度设定在-5℃下。室温是20℃，并且条件中的露点是12℃。如图9中可见，冷凝增长率随着油的粘度增加而显著降低。在具有S_ow>0的液体浸渍表面上冷凝之后，聚结由于液滴之间的遮掩油膜的存在受到显著抑制。随着油的粘度增加，用来排出两相邻液滴之间的油膜所需的力也增加并且因此抑制冷凝/霜增长。另外，油越具粘性，其表面在吸附蒸气分子之后的变形越慢，并且这也可以降低冷凝液滴的形成速率。

实例4

此实例展现可以通过根据冷凝结构(特别是其中油具有高粘度)降低油的排水速率来抑制霜。

类似于上文所描述的条件，将珀尔贴冷却器的温度设定在-15℃下。实验在低的相对湿度环境中进行以使得这些条件中的露点是-10℃。在这些条件中，水蒸气在珀尔贴板上直接形成为霜。然而，在浸渍表面上，水蒸气仍形成为液滴和霜。如图10中可见，霜形成速率随着油的粘度增加而显著降低。在低粘度液体上，水相展示移动性，意味着水以过冷液滴形式存在。

实例5

此实例展现包括使多个不同外相在用不同浸渍液体浸渍的多个不同固体表面上流动的一系列实验的结果。所进行实验的结果展示在下表1中。在下表1中，θ_os(a),后退是浸渍液体(例如硅酮油，下标‘o’)在空气(下标‘a’)存在下在表面(下标‘s’)上的后退接触角，并且其中θ_os(e),后退是浸渍液体(例如硅酮油，下标‘o’)在外相(下标‘e’)存在下在表面(下标‘s’)上的后退接触角。θ^* _c＝Cos^-1(1/r)是在纹理化衬底上的临界接触角并且α^*是滚动角。

表1滚动角的实验测定。

使用500μL体积的外部流体(除了水)测量滑落角，其中使用5μL液滴。据观测，在θ_os(e),后退<θ_c ^*的实验中，滚动角α^*是低的(例如小于或等于20°)；而在θ_{后退,os(e),}>θ_c ^*的情况下，滚动角α^*是高的(例如大于或等于40°)。

上表1中所示的实验数据中所用的硅表面是柱间间距为10μm的10μm方形硅柱(10×10×10μm)。10μm方形硅微柱使用光刻进行图案化并且使用深反应离子蚀刻(DRIE)进行蚀刻。使用食人鱼溶液清洁纹理化衬底并且使用溶液沉积方法用十八烷基三氯硅烷(来自西格玛-奥德里奇(Sigma-Aldrich)的OTS)涂布。

上表1中所示的“WPTFE”表面由喷涂到PET衬底上的铁氟龙(Teflon)粒子和土库(Toko)LF Dibloc蜡的混合物的7:1喷涂混合物组成。巴西棕榈蜡(CW)表面由喷涂到PET衬底上的PPE CW组成。浸渍液体是丙烯二(辛酸酯/癸酸酯)(“PDC”)、Krytox 1506、陶氏(DOW)PMX 200硅酮、油、10厘斯(“硅酮油”)以及克里斯托(Christo)润滑油EXP 101413-1(“CL”)。所用的外相是蛋黄酱、牙膏(例如波峰额外增白)以及红色水基油漆。使用泰勒霍布森(Taylor hobson)干涉仪测量温泽(Wenzel)粗糙度r。虽然可能不易获得φ的精确估计，在干涉仪中观测到表中所描述和所测试的所有浸渍表面的φ远小于0.25，并且使用0.25作为我们表面的φ的上限，我们测定cos^-1((1-φ)/(r-φ))＝θ_c大于θ^* _c的值不超过5°。

材料和方法-润滑剂浸渍表面

下文论述的实例中所用的纹理化衬底是使用标准光刻制程在硅中蚀刻的方形微柱；这些方形微柱展示在图12(a)中。使用具有方形窗的光掩模并且使用UV曝光将图案转印到光刻胶。接着，使用电感耦合等离子体中的反应性离子蚀刻来蚀刻暴露区域以形成微柱。每个微柱具有宽度a＝10μm、高度h＝10μm以及不同的边缘到边缘间距b＝5、10、25以及50μm的方形几何形状。

在一些实施例中，通过创造纳米草在微柱上产生第二粗糙度水平，如图12(b)的SEM图像中所示。为此目的，将食人鱼清洁的微柱表面在SF₆和O₂气体的交替流动下在电感耦合等离子体中蚀刻10分钟。

然后将样本在食人鱼溶液中清洁并且通过溶液沉积用低能量硅烷(十八烷基三氯硅烷-OTS)处理。通过将样本缓慢地浸渍到润滑剂储槽中用润滑剂浸渍样本。然后以毛细管数Ca＝μ_oS/γ_oa<10^-5的足够缓慢的速度S取出样本以确保没有过量流体保留在微柱顶端上，其中μ_o是动态粘度并且γ_oa是润滑剂的表面张力。在一些实施例中，当前进角θ_前进,os(a)小于θ_c(参见下表4)时，润滑剂膜将不自发地铺展到纹理化表面中，如图13中BMIm(1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺)可见。然而，通过从BMIm储槽取出纹理化表面，浸渍膜保持稳定，因为对于b＝5μm和10μm的微柱，θ_后退,os(a)<θ_c。

激光共聚焦荧光显微镜(LCFM)成像

为了判定在浸渍之后微柱顶端是否被润滑剂覆盖，使用LCFM(奥林巴斯(Olympus)FV 300)。将荧光染料(DFSB-175，风险反应器，CA)溶解于润滑剂中，并且如上文所解释使用浸涂用染色润滑剂浸渍纹理化衬底。染料在约400nm波长下受到激发，并且通过显微镜捕获所得发射率。在一些实施例中，随着聚焦激光束扫描通过样本，含有染料的区域显得明亮，指示润滑剂的存在。这例如展示在图1(g)中用硅酮油浸渍的衬底上。相比之下，在一些实施例中，BMIm不使柱顶端润湿，柱顶端因此显得暗，如展示在例如(图1(h))中。

接触角测量

使用拉梅-哈特(Ramé-Hart)模型500先进测角计/张力计在空气和去离子水存在下在OTS涂布的硅表面上测量硅酮油和BMIm的接触角。前进角(θ_前进,os(a)、θ_前进,os(w))和后退角(θ_后退,os(a)、θ_后退,os(w))取为至少8个测量值的平均值。以0.2μl s^-1体积加/减速率沉积5μl液滴，在一些实施例中产生小于1mm min^-1的接触线速度V_c。所得毛细管数是Ca＝μ_oV_c/γ_o(i)<10^-5，确保所测量的动态接触角基本上与在接触线停止之后立即获得的接触角相同。所测量的接触角展示在下表2中。

表2展示光滑的OTS处理硅表面上的接触角测量值。在一些实施例中，已经浸渍在硅酮油中的表面在沉积水滴之后维持油膜在表面上，因为膜由于θ_后退,os(w)＝0°不能使表面去湿。因此，油-水-固体接触线不能存在并且钉扎力必须是0。因此，以上等式(10)和(11)中的油-固体-水钉扎术语在θ_后退,os(w)＝0°时应被忽略。相似地，油-固体-空气钉扎术语在θ_后退,os(a)＝0°时应被忽略。出于这个原因，钉扎力在图11(a)-(d)中对于硅酮油取为0，即使cosθ_后退,os(w)-cosθ_前进,os(w)>0。

表2：光滑的OTS处理硅表面上的接触角测量值。

液体	衬底	θ<sub>前进,os(a)</sub>(°)	θ<sub>后退,os(a)</sub>(°)	θ<sub>前进,os(w)</sub>(°)	θ<sub>后退,os(w)</sub>(°)
						硅酮油	OTS处理的硅	0	0	20±5	0
BMIm	OTS处理的硅	67.8±0.3	60.8±1.0	61.3±3.6	12.5±4.5
						去离子水	OTS处理的硅	112.5±0.6	95.8±0.5	不可得	不可得
硅酮油	硅	0	0	153.8±1.0	122±0.8
						BMIm	硅	23.5±1.8	9.8±0.9	143.4±1.8	133.1±0.9
去离子水	硅	20±5°	0	不可得	不可得

表3展示表面和界面张力测量值以及所得铺展系数S_ow(a)＝γ_wa-γ_ow-γ_oa，在空气中具有9.34、96.4以及970厘泊道康宁(Dow Corning)PMX 200硅酮油在水上。硅酮油的γ_ow值取自王长宇(C.Y.Wang),R.V.卡拉布雷斯(R.V.Calabrese),美国化学工程师学会会刊(AIChE J.)1986,32,667，其中作者使用迪努伊(du Noüy)环法(描述于迪努伊,P.勒孔特(P.Lecomte.)“普遍使用的界面张力计(An interfacial tensiometer for universaluse)”普通生理学期刊(The Journal of general physiology)7.5(1925):625-631中)进行测量，并且γ_oa值由道康宁提供。BMIm和Krytox的表面和界面张力是使用悬滴法测量(描述于斯托弗,C.E.(Stauffer,C.E.),通过悬滴技术测量表面张力(The measurement ofsurface tension by the pendant drop technique)物理化学期刊(J.Phys.Chem.)1965,69,1933-1938中)。这里，γ_wa、γ_ow以及γ_oa是在平衡时、即在水和润滑剂变得彼此饱和之后相之间的表面和界面张力。

表3：表面和界面张力测量值以及所得铺展系数

表4展示纹理参数b、r、φφ，并且临界接触角θ_c由θ_c＝cos^-1((1-φ)/(r-φ))界定，并且θ^* _c＝cos^-1(1/r)；对于所有测试的衬底，h,a＝10μm。近似值θ_c≈θ^* _c在φ接近0时变得更准确。如果硅衬底不涂布有OTS，那么对于润滑剂和所有b值，θ_os(w)>θ_c、θ^* _c。因此，水滴应移置润滑剂并且被微柱刺穿，导致显著钉扎，以实验方式确认其，因为观测到这类液滴并不滚下这些表面。

表4：纹理参数和临界角。

柱间距，b(μm)	r	φ	θ<sub>c</sub>(°)	θ<sup>*</sup><sub>c</sub>(°)
					5	2.8	0.44	76	69
7.5	2.3	0.33	70	64
					10	2.0	0.25	65	60
25	1.3	0.08	42	41
					50	1.1	.093	26	26

等效物

虽然已经参考特定的优选实施例具体地展示并且描述本发明，但熟习此项技术者应理解，在不脱离由所附权利要求书所界定的本发明精神和范围的情况下，可以在本文中进行形式和细节的各种改变。

Claims (39)

1.一种包含液体浸渍表面的物品，所述表面包含浸渍液体和固体特征的矩阵，所述固体特征经充分靠近地隔开以在其间或其内稳定地容纳所述浸渍液体，其中以下中的一项或两项成立：

(i)0.001<φ≤0.10，其中φ是在平衡时所述液体浸渍表面的投影表面积对应于非浸没固体的代表性分数；以及

(ii)S_ow(v)<0，其中S_ow(v)是铺展系数，定义为γ_wv-γ_wo-γ_ov，其中γ是由下标指示的两相之间的界面张力，所述下标选自w、v以及o，其中w是水，v是与所述表面接触的气相，并且o是所述浸渍液体，

其中所述液体浸渍表面对接触液体是非润湿的。

2.根据权利要求1所述的物品，其中S_ow(v)<0。

3.根据权利要求1或2所述的物品，其中所述浸渍液体包含选自由以下组成的群组的至少一员：硅酮油、丙二醇二辛酸酯/二癸酸酯、全氟聚醚、聚α-烯烃、合成烃共寡聚物、氟化聚硅氧烷、丙二醇、四氯乙烯、异硫氰酸苯酯、溴苯、碘苯、邻溴甲苯、α-氯萘、α-溴萘、四溴化乙炔、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、三溴丙烷、二溴化乙烯、二硫化碳、溴仿、碘化亚甲基、斯塔诺拉克斯、施贵宝氏(Squibb's)液体矿脂、对溴甲苯、单溴苯、单碘苯、α-单氯-萘苯胺、丁醇、异戊醇、正庚醇、甲酚、油酸、亚麻油酸以及邻苯二甲酸戊酯。

4.根据权利要求1或2所述的物品，其中所述固体特征包含选自由以下组成的群组的至少一员：聚合固体、陶瓷固体、氟化固体、金属间固体以及复合固体。

5.根据权利要求1或2所述的物品，其中所述固体特征包含化学改性表面、涂布表面和/或具有粘结单层的表面。

6.根据权利要求1或2所述的物品，其中所述固体特征界定选自由以下组成的群组的至少一员：腔和孔。

7.根据权利要求1或2所述的物品，其中所述固体特征界定孔隙。

8.根据权利要求1或2所述的物品，其中所述固体特征界定选自由以下组成的群组的至少一员：互连孔隙和互连腔。

9.根据权利要求1或2所述的物品，其中所述固体特征包含选自由以下组成的群组的至少一员：柱、纳米针、纳米草、实质上球形粒子以及非晶形粒子。

10.根据权利要求1或2所述的物品，其中所述固体特征具有粗糙表面。

11.根据权利要求10所述的物品，其中所述粗糙表面提供液体在其间或其内的稳定浸渍，使得θ_os(v),后退<θ_c，其中θ_c是临界接触角，并且其中θ_os(v),后退是油在气相v存在下在表面上的后退接触角，其中o是油，并且s是表面。

12.根据权利要求1或2所述的物品，其中所述液体浸渍表面经配置以使得接触所述表面的水滴不在所述表面上钉扎或刺穿并且具有小于40°的滚动角α。

13.根据权利要求12所述的物品，其中所述水滴具有小于25°的滚动角α。

14.一种包含内表面的物品，所述物品至少部分地封闭并且适合于容纳或传送具有粘度μ₁的流体，其中所述内表面包含液体浸渍表面，所述液体浸渍表面包含浸渍液体和固体特征的矩阵，所述固体特征经充分靠近地隔开以在其间或其内稳定地容纳所述浸渍液体，其中所述浸渍液体包含具有粘度μ₂的水，其中以下项成立：

(i)0.001<φ≤0.10，其中φ是在平衡时所述液体浸渍表面的投影表面积对应于非浸没固体的代表性分数，

其中所述液体浸渍表面对接触液体是非润湿的。

15.根据权利要求14所述的物品，其中μ₁/μ₂>1。

16.根据权利要求14所述的物品，其中μ₁/μ₂>0.1。

17.根据权利要求14到16中任一权利要求所述的物品，其中所述物品是管道，(h/R)(μ₁/μ₂)>0.1，其中h是所述固体特征的平均高度并且R是所述管道的半径或开放系统中的平均流体深度。

18.根据权利要求17所述的物品，其中(h/R)(μ₁/μ₂)>0.5。

19.根据权利要求17所述的物品，其中R<1mm。

20.根据权利要求14到16中任一权利要求所述的物品，其中所述浸渍液体包含添加剂以防止或减少所述浸渍液体的蒸发。

21.根据权利要求14到16中任一权利要求所述的物品，其中所述表面包含延伸高于所述固体特征的过量浸渍液体的拉升区域。

22.根据权利要求14到16中任一权利要求所述的物品，其中所述浸渍液体包含选自由以下组成的群组的至少一员：硅酮油、丙二醇二辛酸酯/二癸酸酯、全氟聚醚、聚α-烯烃、合成烃共寡聚物、氟化聚硅氧烷、丙二醇、四氯乙烯、异硫氰酸苯酯、溴苯、碘苯、邻溴甲苯、α-氯萘、α-溴萘、四溴化乙炔、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、三溴丙烷、二溴化乙烯、二硫化碳、溴仿、碘化亚甲基、斯塔诺拉克斯、施贵宝氏液体矿脂、对溴甲苯、单溴苯、单碘苯、α-单氯-萘、苯胺、丁醇、异戊醇、正庚醇、甲酚、油酸、亚麻油酸以及邻苯二甲酸戊酯。

23.根据权利要求14到16中任一权利要求所述的物品，其中所述固体特征包含选自由以下组成的群组的至少一员：聚合固体、陶瓷固体、氟化固体、金属间固体以及复合固体。

24.根据权利要求14到16中任一权利要求所述的物品，其中所述固体特征包含化学改性表面、涂布表面和/或具有粘结单层的表面。

25.根据权利要求14到16中任一权利要求所述的物品，其中所述固体特征界定选自由以下组成的群组的至少一员：腔和孔。

26.根据权利要求14到16中任一权利要求所述的物品，其中所述固体特征界定孔隙。

27.根据权利要求14到16中任一权利要求所述的物品，其中所述固体特征界定选自由以下组成的群组的至少一员：互连孔隙和互连腔。

28.根据权利要求14到16中任一权利要求所述的物品，其中所述固体特征包含选自由以下组成的群组的至少一员：柱、纳米针、纳米草、实质上球形粒子以及非晶形粒子。

29.根据权利要求14到16中任一权利要求所述的物品，其中所述固体特征具有粗糙表面。

30.根据权利要求29所述的物品，其中所述粗糙表面提供液体在其间或其内的稳定浸渍，使得θ_os(v),后退<θ_c，其中θ_c是临界接触角，并且其中θ_os(v),后退是油在气相v存在下在表面上的后退接触角，其中o是油，并且s是表面。

31.根据权利要求14到16中任一权利要求所述的物品，其中所述液体浸渍表面经配置以使得接触所述表面的水滴不在所述表面上钉扎或刺穿并且具有小于40°的滚动角α。

32.根据权利要求31所述的物品，其中所述水滴具有小于25°的滚动角α。

33.根据权利要求1、2、14到16中任一权利要求所述的物品，其进一步包含所述表面外部的非气相的材料，所述物品含有所述非气相材料。

34.根据权利要求33所述的物品，其中所述表面外部的所述非气相的所述材料包含以下中的一或多者：水、酒精、汞、镓和油。

35.根据权利要求33所述的物品，其中所述表面外部的所述非气相的所述材料包含以下中的一或多者：食品、化妆品和石油产品。

36.根据权利要求33所述的物品，其中所述表面外部的所述非气相的所述材料包含以下中的一或多者：消费品和生物流体。

37.根据权利要求33所述的物品，其中所述表面外部的所述非气相的所述材料包含调味品。

38.根据权利要求33所述的物品，其中所述表面外部的所述非气相的所述材料包含以下中的一或多者：水泥、沥青、焦油、制冷剂和油漆。

39.根据权利要求33所述的物品，其中所述表面外部的所述非气相的所述材料包含以下中的一或多者：花生酱、果冻、果酱和蛋黄酱。

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