CN117545540A - 在多孔材料表面上具有变线几何形状的结构 - Google Patents

Abstract

一种过滤材料具有多孔材料层和设置在该层的表面上的多个结构，其中每个结构具有变线几何形状。该多个结构可以是多个有序结构。一种过滤材料可以包括多孔材料层和设置在该层的表面上的多个变线结构，每个变线结构包括杆和帽，其中相邻结构的帽彼此附接以形成多个孔隙，其中每个孔隙设置在相邻的变线结构之间。

Description

在多孔材料表面上具有变线几何形状的结构

相关申请

本申请要求于2021年5月27日提交的美国临时申请号63/193,807的利益，该美国临时申请的披露内容通过援引以其整体并入本文。

技术领域

本披露总体上涉及布置在多孔材料的一个或多个表面上以增加该材料的疏水性和/或疏油性的、具有变线几何形状的多个结构及其形成方法。

背景技术

在一些过滤应用中，可能期望防止过滤介质被液体润湿和污染。取决于应用，液体可以是水性液体或油基液体。可以通过用氟化聚合物涂覆过滤介质，来实现对水性液体的排斥性(例如，疏水性)。然而，出于环境原因，期望在不使用氟化化学品的情况下实现排斥性。进一步地，在某些情况下，可能期望实现对油基液体的排斥性(例如，疏油性)。

发明内容

本文描述的实施例涉及一种过滤材料。该过滤材料包括多孔材料层和设置在该层的表面上的多个结构。这些结构具有变线几何形状。其他实施例涉及一种包含该过滤材料的过滤器元件。

进一步的实施例涉及一种过滤材料，该过滤材料包括多孔材料层和设置在该层的表面上的多个岩柱(hoodoo)结构。每个岩柱结构包括杆和帽，并且相邻结构的帽附接以形成多个孔隙，其中每个孔隙设置在相邻的岩柱结构之间。其他实施例涉及一种包含该过滤材料的过滤器元件。

以上概述不旨在描述本披露内容所披露的每个实施例或每个实施方式。下面的附图和详细描述更具体地例示了展示性实施例。

附图说明

以下讨论参考了以下附图，其中可以使用相同的附图标记来标识多个附图中的相似/相同的部件。然而，使用数字来指代给定图中的某一部件不旨在限制另一个图中用相同数字标注该部件。附图不一定是按比例绘制的。

图1A是展示液滴在平坦表面上的竖直接触线力的示意图；

图1B是展示根据某些实施例的液滴在具有变线几何形状的多个结构上的竖直接触线力的示意图；

图1C是展示根据某些实施例的接触线力的图；

图2A是根据某些实施例的球体变线几何形状的截面视图；

图2B是根据某些实施例的倒转球体变线几何形状的截面视图；

图2C是根据某些实施例的岩柱变线几何形状的截面视图；

图3A是根据某些实施例的在一个表面上具有变线层的多孔材料的截面视图；

图3B是根据某些实施例的在相反表面上具有变线层的多孔材料的截面视图；

图4是根据某些实施例的具有变线几何形状的结构之间的间距的俯视立体图；

图5A是根据某些实施例的具有岩柱几何形状的结构的截面视图，示出了各个维度；

图5B是根据某些实施例的双变线岩柱结构的一半的截面视图，示出了各个维度；

图5C是根据某些实施例的单变线岩柱结构的一半的截面视图，示出了各个维度；

图5D是根据某些实施例的一对岩柱结构的截面视图，示出了液滴的接触线力；

图5E是根据某些实施例的连续岩柱结构的截面立体图，示出了各个维度；

图6A是根据某些实施例的具有低穿透压力的岩柱结构几何形状的接触线力的示意图；

图6B是根据某些实施例的具有高穿透压力的岩柱结构几何形状的接触线力的示意图；

图7A是根据某些实施例的一对有序的岩柱结构的截面视图，示出了穿透压力失效模式；

图7B是根据某些实施例的一对有序的岩柱结构的截面视图，示出了另一穿透压力失效模式；

图8是展示根据某些实施例的九种岩柱几何形状的各个维度和计算出的对应穿透压力的图表；

图9是展示根据某些实施例的穿透压力随各个岩柱维度而变的曲线图；

图10是展示根据某些实施例的测得穿透压力与建模的穿透压力相比的曲线图；

图11A至图11C是根据某些实施例的变线结构的各种视图；

图12A是根据某些实施例的变线结构的立体图；

图12B是图12A的变线结构的截面仰视图；

图13A是根据某些实施例的变线结构的立体图；

图13B是图13A的变线结构的侧视图；

图13C是图13A的变线结构的截面仰视图；

图14A是根据某些实施例的具有变线岩柱结构和排放通道的连续格子的截面侧视图；

图14B是图14A的连续格子的仰视立体图；

图14C是图14A的连续格子的仰视图；

图15A是根据某些实施例的具有变线岩柱结构和排放通道的连续格子的仰视立体图；

图15B是图15A的连续格子的截面侧视图；

图16A是根据某些实施例的具有变线岩柱结构和排放通道的连续格子的仰视立体图；

图16B是图16A的连续格子的截面侧视图；

图17至图21是根据某些实施例的具有变线岩柱结构和排放通道的连续格子的示意性仰视图；

图22是根据某些实施例的具有多个区的变线层的示意性俯视图；

图23是根据某些实施例的具有形成通流通道和横流通道的多个区的变线层的示意性俯视图；

图24A是实例5的被测试材料的单一孔隙的示意性截面侧视图；

图24B和图24C是图24A的被测试材料的单一孔隙的显微图像；

图25是根据某些实施例的、在实例6中使用的样本测试布置的示意性侧视图；

图26A至图26C是用图25的样本测试布置进行测试的具有带有变线岩柱结构的连续格子的样本的显微图像；

图27A至图27C是用图25的样本测试布置进行测试的具有带有变线岩柱结构和排放通道的连续格子的样本的显微图像；

图28是根据某些实施例的样本测试布置的示意性侧视图；以及

图29A至图29E是用图28的样本测试布置进行测试的具有带有变线岩柱结构和排放通道的连续格子的样本的显微图像。

定义

本文提供的所有小标题均是为了方便阅读者，而不应当用于限制所述小标题后面的任何正文的含义，除非如此指定。

比如“一个”、“一种”和“所述”等术语不旨在仅指单数实体，而是包括可以使用特定实例进行说明的一般类别。术语“一个”、“一种”和“所述”与术语“至少一个/种”可互换使用。清单之前的短语“……中的至少一个/种”和“包括……中的至少一个/种”是指所述清单中的任何一个项以及所述清单中的两个或更多个项的任何组合。

如本文使用的，术语“或”通常以其包括“和/或”的通常意义使用，除非上下文另外明确指出。术语“和/或”(如果使用的话)意指所列出的要素中的一个或全部或者所列出的要素中的任何两个或更多个的组合。此外，“e.g.”用作拉丁短语exempli gratia的缩写并且意思是“例如”。

以端点来使用的数值范围包括在所述范围内的所有数(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)以及所述范围内的任何范围。此外，除非另有说明，否则在说明书和权利要求中的所有表示数量的数、和所有表示方向/取向的术语(例如，竖直、水平、平行、垂直等)都应理解为在所有情况下都被词语“约”修饰。因此，除非指明相反情况，否则在前述说明书和所附权利要求中阐述的数值参数是近似值，这些近似值可以取决于本领域技术人员利用本文披露的教示来寻求获得的期望性质而不同。术语“约”此处与数值结合使用是为了包含本领域技术人员所预期的测量值的正常变化，并且应当理解为具有与“大致”相同的含义且涵盖典型的误差范围，比如所述值的±5％。

在本披露内容中可以使用比如近侧、远侧、左、右、向前、向后、顶部、底部、侧面、上部、下部、水平、竖直等相对术语，以简化描述。然而，此类相对术语不以任何方式限制本发明的范围。比如左、右、向前、向后、顶部、底部、侧面、上部、下部、水平、竖直等术语是从特定图中观察的角度来看的。

本文提到的任何方向，如“顶部”、“底部”、“左”、“右”、“上部”、“下部”、以及其他方向和取向，在本文中是为了清楚和简短起见而描述的，并不旨在限制实际的装置或系统。本文描述的装置和系统可以以多个方向和取向来使用。

如本文所用，“具有(have/having)”、“包含(include/including)”、“包括(comprise/comprising)”等以开放式意义使用，并且一般意指“包括但不限于”。应当理解，术语“基本上由……组成”、“由……组成”等被包含在“包括(comprising)”等中。如本文所使用的，当涉及组合物、产品、方法等时，“基本上由……组成”是指组合物、产品、方法等的组成部分限于所列举的组成部分和不会实质性影响组合物、产品、方法等的(多个)基本特性和新颖特性的任何其他组成部分。

词语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可以提供某些益处的实施例。然而，在相同的或其他情况下，其他实施例也可以是优选的。此外，对一个或多个优选实施例的叙述并不暗示其他实施例不是可用的并且不旨在将其他实施例排除在包括权利要求的本披露内容的范围之外。

如本文使用的，术语“基本上”具有与“显著”相同的含义，并且可以理解为用至少约90％、至少约95％或至少约98％来修饰随后的术语。如本文使用的，术语“非基本上”具有与“非显著”相同的含义，并且可以理解为具有与“基本上”相反的含义，即，用不超过10％、不超过5％或不超过2％来修饰随后的术语。

具体实施方式

本披露总体上涉及布置在多孔材料的一个或多个表面上的具有变线几何形状的多个结构。此类结构可以用于选择性地增加材料的疏液性(例如，疏水性或疏油性)。本披露还涉及制造此类材料和结构的方法。

在一些情况下，可能期望的是，提供具有抗污染能力或排斥被液体污染能力的多孔材料。例如，可能期望的是，多孔材料(例如通气介质或过滤介质)排斥液体(例如极性液体、例如水基液体，或非极性液体)。因此，取决于既定用途，“污染物”可能是水或水基(水性)液体或另一种极性液体，或非极性液体、比如油基或有机溶剂基液体。

通常，多孔材料可以提供从不排斥(即，亲液性)到排斥(即，疏液性)和非常排斥(即，超疏性)的一系列液体排斥特性。排斥程度可以通过测量液体相对于多孔材料的接触角来确定。接触角是通过液体-蒸汽界面与固体表面相遇处的液滴测量的角度。疏液性(例如，疏水性和疏油性)材料被定义为接触角大于90°的材料，而超疏水性材料的接触角大于150°。多孔表面的液体排斥性由表面化学(表面能)和表面结构两者决定。本文所描述的实施例涉及通过改变材料的表面结构来改变多孔材料的排斥性。

用多个特定结构来将多孔材料的表面图案化可以增加材料的排斥性。例如，亲液性多孔材料等湿润材料可以通过在该材料的表面上设置多个有序结构而变得疏液。在其他示例中，疏水性多孔材料可以通过在该材料的表面上设置多个结构而变得疏油。这可以通过减少或避免使用涂层、尤其是通过避免使用包含氟的涂层(比如对环境不利的生物持久性化学涂层)来实现。虽然对多孔材料施加预定义图案可以提高疏水性和疏油性，但当所得表面包括多个结构(每个结构均具有变线几何形状)时，可以提高这些排斥特性。

变线结构是当穿过结构的一部分绘制直线时，该线将横穿该结构的至少两个界面的任何结构。变线可以是相对于平面限定的。即，结构可以是相对于水平面(例如，基材的平面)变线的，其中垂直于水平面的线(即，竖直线)横穿该结构的至少两个界面。变线结构可以被称为具有变线几何形状。结构也可以是多变线的。例如，结构可以是双变线的。在双变线结构中，穿过该结构的一部分绘制的第一条线(例如，竖直线)将横穿该结构的两个界面，并且存在至少一条穿过该结构的一部分绘制的、垂直于第一条线的第二条线，该第二条线横穿该结构的至少四个界面。

岩柱是变线结构的子类别。岩柱总体上具有杆与帽构造，其中帽比杆更宽。下文将关于例如图2C和图5A至图5E来进一步讨论岩柱。

当液体润湿到包括变线结构的材料中时，变线结构可以使液体(例如，液滴)的弯液面倒转。倒转的弯液面可以减少、最小化或防止液体润湿到下面的表面。类似地，具有双变线几何形状的变线结构具有变线几何形状的上述特性以及悬垂部分，其中当液体界面的接触线沿着结构的悬垂部分移动时，接触线在该表面上沿竖直方向移动。在图1A和图1B中展示了弯液面的倒转。在图1A中，液滴106在气态环境108中设置在基材102的基本上平坦的表面上。液滴附着至基材102的表面，并且液滴106的弯液面104背离基材102的表面向外弯曲，使得接触线力F_CL的竖直分量F_CLV指向或进入基材102中。液体在基材102上具有接触角θ。如果基材102是多孔材料，则液滴106可以润湿到并且可能堵塞和阻塞被液滴106覆盖的任何孔隙。在图1B中，具有变线几何形状的多个结构114A、114B设置在基材102的表面上。这里，液滴106附着至结构114A、114B，并且弯液面112与弯液面104相比倒转。倒转在液滴106与结构114A、114B之间的基材102表面之间留下气囊108。当基材102是多孔材料时，这可以是特别期望的，以保持基材102的孔隙率。接触线力的竖直分量(由箭头116指示)也倒转为背向基材102。接触线力F_CL的竖直分量F_CLV指向或进入结构114A、114B中。

接触线力F_CL的竖直分量F_CLV由等式1描述：

其中γ_LG液体与气体之间的表面张力，l是接触线的长度，θ_平衡是针对平坦的无孔表面在处于杨氏方程(γ_SG＝γ_SL+γ_LG cosθ_平衡，其中S＝固体，L＝液体，G＝气体)描述的平衡状态时的接触角，而a是固体边界与水平面形成的角度，并且上横线表示正弦函数对接触线上的所有点进行平均。接触线是液体(例如，液滴)、固体表面(例如，变线结构的表面)和周围环境(例如，空气)的界面处的连续线。当影响液体的力处于平衡状态时，接触线在一组附着点处附着至表面。在平衡状态下，接触线可以被认为是沿着液滴的周界连接这些附着点的连续线。液滴106的接触线力F_CL和倒转的弯液面在图1C中被进一步展示，该图还示出了在固体表面114上的附着位置处的切线向量v_T并且展示了固体边界与水平面(平行于水平向量v_H)的角度α。

可以使用某些变线几何形状来将液滴的弯液面倒转。下文进一步讨论了这样的几何形状。

图2A至图2C展示了可以施加至多孔材料表面的各种变线结构的示例。变线结构可以具有任何适合的形状、大小、图案和彼此间的距离(例如，格子节距)，如下文进一步讨论的。在一些实施例中，变线结构可以以有序的图案施加。图2A展示了球体几何形状的截面，其中具有图案的结构是设置在多孔材料基材202的表面上的规则间隔开的球体204。图2B展示了倒转球体几何形状的截面，其中结构208在多孔材料基材202的表面上在相邻结构208之间形成球形空隙206。虽然图2A和图2B中的结构被示为球体(例如，具有单一长度半径的结构或空隙)，但是这些结构也可以被修改以形成各个维度的三维卵形(例如，具有至少两个不同长度半径的结构或空隙)或从球体修改的其他形状。图2C展示了设置在多孔材料基材202的表面上的、具有岩柱几何形状的变线结构210的截面。这三种几何形状中的每一种的弯曲表面和悬垂构型都允许液体的弯液面翻转或倒转。倒转的弯液面可以减少、最小化或防止液体润湿到下方的基材202表面。

可以使用简单的力平衡等式来解释液体何时以及为何被排斥或液体何时会润湿变线结构。只要接触线力的竖直分量(F_CLV)大于液滴上的外力(例如，外部施加的压力，包括重力)进入变线几何形状(F_IN)的孔隙中的竖直分量，液滴就被排斥。当液滴上的外部竖直力(F_IN)进入变线几何形状的孔隙中时，克服了接触线力的指向结构外的竖直分量，液体将润湿结构。这可以表示为等式2和3：

F_CLV < F_IN 润湿 等式2

F_CLV≥F_IN 排斥(不润湿) 等式3。

根据实施例，变线结构被施加至多孔材料的一个或多个表面。当讨论设置在多孔基材上的变线结构时，可以区分两种不同类型的孔隙。即，由变线结构形成或在变线结构之间形成的孔隙、以及多孔基材本身的固有孔隙。在本披露中，除非另有说明，否则对孔隙的任何讨论均指由变线结构形成或在变线结构之间形成的孔隙。

取决于多孔材料的应用，多个变线结构可以被施加至层的第一侧(如图3A中)或施加至两侧或更多侧(如图3B中)。在某些应用中，第一多个变线结构设置在第一侧，并且第二多个变线结构设置在同一多孔材料层的第二相反侧，如图3B所示。图3A和图3B展示了复合材料或多层材料，其中结构化层或变线层304、304A、304B与下方多孔材料层302联接。通过对下方多孔材料层提供变线层，可以纳入变线结构而不损失下方多孔材料的渗透性，并且可以针对特定应用基本上维持多孔材料关于渗透性和液体(例如，水)进入压力和颗粒效率的原始规格。

在图3A中，提供了多孔材料第一层302。包括具有一个或多变线几何形状的多个变线结构的第二材料层304设置在第一层302上和/或联接至第一层以形成双层复合材料。变线结构提供了本文讨论的关于排斥性的优点。可以在联接这些层以形成复合材料之前，或在第一层302和第二层304彼此附连之后，在第二层304上形成变线结构。第一层302是多孔材料，其可以被设计为满足期望用途(例如，通气或过滤)所需的空气流和/或液体(例如，水)进入压力规格、并且可以无需修改原样使用。第二变线层304是针对期望用途中的一种或多种预期污染物而设计，以降低复合材料的润湿性并且降低或最小化接触角滞后(即，释放)。在没有第二变线材料层304的情况下，多孔材料可能不会释放污染物并且液体可能阻塞基材的孔隙，从而降低空气流动和通气能力。第二变线层304也可以是多孔材料、与第一层302相同的材料、或者是不同类型的多孔材料。在某些实施例中，第二变线材料可以包括以下中的至少一种：聚合物纤维、金属网格、膨化的聚四氟乙烯、激光蚀刻的材料、胶体或其他无机/硬颗粒、或另一种聚合物材料。

复合材料可以通过将两个材料层层压在一起或以任何各种各样的方式组合而形成。虽然复合材料被描述为双层材料，但是多孔材料可以在相反的表面上(即，直接在多孔材料的一个或多个表面上、或者在联接至多孔材料的(多个)表面的一个或多个材料层上)支持变线结构。下文描述了用于形成这些结构化表面的技术。例如，变线结构可以被形成为包括或不包括结构底部与第一层302的上表面之间的第二层304的剩余厚度。

复合材料还可以包括任何各种各样的材料组合。例如，在某些实施例中，变线层可以是与多孔材料相同的材料或与多孔材料不同的材料。当存在两个变线层时，这些变线层可以是相同材料或不同材料，并且其中一个层、这两个层可以是与多孔材料层相同的材料或者都不是与多孔材料相同的材料。例如，多孔材料层可以包括以下中的至少一种：聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚醚砜、聚砜、膨化的聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚碳酸酯、醋酸纤维素、以及尼龙。变线层304可以是实心(即，无孔)材料。变线层304可以包括金属、热塑性聚合物(例如，丙烯酸、聚四氟乙烯、聚醚砜、聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯等)、热固性聚合物(例如，环氧树脂、丙烯酸酯、聚氨酯、硫醇等)、陶瓷、或其组合。如果存在两个或更多个变线层，则可以独立地选择这两个或更多个层的材料。可以选择用于变线层的材料以提供预定量的挠性。用于(多个)变线层的材料可以包括增加层的疏油性的涂层，例如硅基涂层、聚对二甲苯涂层、丙烯酸涂层、蜡基涂层或含氟化合物涂层。在一些实施例中，材料不含含氟化合物涂层。

在某些实施例中，用于变线材料层304的材料可以包括多孔材料。一种适合的多孔材料的示例是膨化的聚四氟乙烯。在进一步的实施例中，该层可以与膨化的聚四氟乙烯的非结构化层联接。某些具有开放结构的材料具有对准的节点以提供更高的渗透性，其可以被结构化为变线层304。此类开放结构材料的示例在2021年4月2日作为美国临时专利申请号63/170,104提交的标题为“Patterned Porous Material Surfaces[图案化多孔材料表面]”的共同未决申请中进行描述。用于制备变线材料层的材料可以被设计为可压缩的。优选地，为了避免在施加或形成结构之前需要非常开放的初始孔隙结构，材料的可压缩性不至于使孔隙结构塌陷。可以将通常具有高空气流动和良好压缩性的材料结构化为层304。在某些实施例中，可以使用具有许多节点和原纤维的材料，以压缩节点创建层304的结构，从而通过避免压缩原纤维/孔隙来避免渗透性损失。替代性材料可以包括激光蚀刻介质以创建变线结构、烧焦聚酯或其他聚合物从而创建变线结构、层压非织造材料、开孔薄膜和对准的电纺纤维。取决于污染物的润湿(例如，θ<90°)，变线层304可以包括如本文所讨论的各种各样形状和维度的变线结构。层304的结构的取向可以被设计为提供对本文描述的预期液体污染物的排斥性。变线材料和基材材料、以及预期污染物的表面张力可以有助于设计考虑。

对变线结构层的一种设计考虑是变线结构之间的格子节距(中心到中心间距)。在某些实施例中，变线结构作为多个有序结构设置。如本文使用的，“有序”是指多个变线结构在相邻的变线结构之间具有规则的、预限定的和至少部分地均匀的格子节距。因此，有序结构不会随机地设置在多孔材料的表面上。然而，预限定的格子节距可以在结构之间的不同方向上或表面的不同区域中不同。例如，结构在沿着平坦表面的x方向上可以具有第一格子节距并且在沿着平坦表面的y方向上具有不同的第二格子节距。在进一步实施例中，比如当结构形成下文进一步讨论的连续变线结构时，结构可以不一定作为有序结构设置。

在某些实施例中，多个有序结构在材料表面上形成图案。虽然图案可以是具有一致格子节距的变线结构阵列，但是图案也可以涉及不同形状的变线结构、多种形状、不同的格子节距和/或不等数量的成排和/或成列结构。在替代性实施例中，图案可以采用包括变线结构的复杂组合的复杂形状。图案形状可以是规则的或不规则的。

图4展示了根据各种实施例的多个有序变线结构的格子节距。图4示出了由四个变线结构(例如，岩柱结构)402、404、406和408构成的子集的一部分的俯视图。每个变线结构402、404、406和408彼此相邻地设置，使得它们在结构402、404、406和408之间限定了区域410。液滴106被示为被变线结构402、404、406和408支撑或排斥。格子节距是两个相邻变线结构的中心之间的距离(即，中心到中心的间距)。结构402、404、406和408的格子节距由结构408与406之间(例如，在x方向上)的第一格子长度L₁和结构408与402之间(例如，在y方向上)的第二格子长度L₂限定。如上所述，第一和第二格子长度可以基本上相同，或者它们可以不同。这些格子长度也可以相对于彼此以格子角ψ(即，格子长度L₁与长度L₂之间的角度)示出的各种角度来定向。由L₁、L₂、ψ形成的平行四边形称为单元格。不同的测量维度是边缘间距，即两个相邻变线结构的最外边缘之间的距离D(即，边缘到边缘的间距)。

有序结构的格子节距是控制有序结构排斥性的一个参数。可以使用等式4来确定为某些变线结构维持排斥性的最大格子节距：

其中P_湿润是进入多个结构中的润湿压力(本文也称为“穿透压力”)，F_CLV是接触线力的竖直分量(用上面的等式1计算)，而A是多个结构中弯液面的投影表面积，其可以用等式5计算：

A＝L₁L₂sinψ-A_未湿润 等式5

其中A_未湿润是未被弯液面的投影表面积覆盖的单元格面积。如果每个结构上的接触线相同且呈圆形，例如根据A_未湿润＝l2/4π，A_未湿润与接触线长度l相关。则此等式提供的格子节距是实现期望排斥性的最大间距。然而，图案中的两个或更多个结构可能具有小于计算值的格子节距。

穿透压力是液滴上的压力，使液滴穿过变线结构润湿到下方多孔材料。这发生在接触线(在图4中被示为定位在变线结构的边缘上方)沿着变线结构移动至下方多孔材料或者液体以其他方式到达下方多孔材料时。使用等式4，可以看出，对于给定的多个有序变线结构，边缘间距或格子节距越小，面积(A)越小并且所得穿透压力越大。相反，较大的格子节距和面积A使得润湿材料所需的穿透压力较小。

变线结构的临界点被定义为等式1的角度α被最小化的点。如果排斥性是可能的，则附着点将始终位于变线结构的临界点与最外边缘处或之间，因为对于离边缘比离临界点更远的每个点，存在以相同角度α离临界点比离边缘更近的点，这意味着这两个点将具有相同的力F_CL，但由于弯液面面积(A)减小，更靠近边缘的点会产生更高的排斥压力。因此，变线结构从临界点到最外边缘的坐标、格子节距和格子角以及表面张力和接触角是影响穿透压力的特性。

另外，变线层的渗透性可能受变线层的固体部分的影响。层的固体分数可以由如下等式6所示的等式来确定：

其中Φ_s是变线层表面的固体分数，面积_固体是变线层的、在单元格内为固体(不包括孔隙)的投影表面积，L₁L₂sinψ中的L₁和L₂是两个格子长度，而ψ是它们之间的相对角度。通常对于变线层，较低的固体分数提供更好(更高)的渗透性，但会牺牲变线结构的机械稳健性。

使用这些等式来预先确定变线结构在多孔材料上的布置，以控制材料对预期污染物的排斥性。一个或多个精心设计的变线结构为预期污染物提供了良好的释放特性(即滚落角)。

上述每个等式都适用于任何变线几何形状的变线结构。

图5A至图5C展示了根据实施例的形状为岩柱500的变线结构及其各个维度的截面视图。岩柱500包括从表面101延伸的杆502和从杆502延伸的帽504。帽504可以包括从帽504的周边朝向表面101向下延伸的唇缘或悬垂部524。岩柱500限定了纵向轴线A500。轴线A500可以垂直于表面101。岩柱500可以由若干参数限定，包括杆高度H502、杆半径R502、帽高度H504、内半径R520、外半径R522和岩柱角α526。图5A展示了岩柱(其包括杆502和具有悬垂部524的帽504)的截面。这些岩柱500可以设置在表面101上作为具有一个或多个格子节距和格子角的多个有序结构。杆502具有半径R502。半径R502的长度可以在0.5-100μm的范围内，或者在某些实施例中在2-90μm的范围内，或者在进一步实施例中在3-50μm的范围内，并且在进一步实施例中在5-40μm的范围内。当边缘间距保持恒定时，杆半径R502对产生的穿透压力几乎没有影响；然而，较大的杆半径R502以牺牲渗透性为代价提供了更高的机械稳定性。当格子节距保持恒定时，增大的杆半径减小了边缘间距并增大了穿透压力。

杆502的高度H502可以为0μm或更大、2μm或更大、5μm或更大、或10μm或更大。高度H502可以为100μm或更小、65μm或更小、50μm或更小、或20μm或更小。高度H502可以在从0μm至65μm、从2μm至65μm、从2μm至20μm、或者从10μm至50μm的范围内。杆高度对产生的穿透压力也几乎没有影响。高度H502可以被选择为适应弯液面的形状，使得液体不接触下方基材。较短的杆高度H502可以增加岩柱的机械鲁棒性。杆502的形状还可以具有任何数量的边和/或曲线，并且例如可以具有截面形状包括圆形、正方形、三角形、矩形、六边形及其组合的形式。

岩柱500还包括帽504。帽可以在杆502的顶部上居中。帽504具有高度H504，其可以被测量为帽504的主要部分从帽504的上/外表面到外半径的厚度(这将在下面进一步讨论)。帽504的高度H504可以为大于0μm和3μm或更小、5μm或更小、或10μm或更小。高度H504可以在从0μm至10μm、从0μm至5μm、或者从0μm至3μm的范围内。帽高度H504对穿透压力几乎没有影响，但是可以提供机械稳定性。帽也可以具有各种各样的形状，在俯视图中可以包括圆形、正方形、三角形、矩形、六边形、其他几何形状、规则或不规则形状、及其组合。

岩柱500的帽504包括悬垂部分524。悬垂部分524由内半径R520、外半径R522和岩柱角α526限定。这些参数对穿透压力的影响取决于保持格子节距或边缘间距恒定。

通常，变线结构和岩柱的总半径为R500。当从上方(例如，从帽504的方向)观看变线结构或岩柱500时，总半径R500可以是变线结构或岩柱500的最大(最宽)半径。通常，总半径R500是帽504的最宽部分处的半径。各种参数(包括上文的杆半径R502)都会改变总半径。因此，如果格子节距维持恒定，则改变各种参数将改变边缘间距，从而影响等式4中的A。相反，如果边缘间距保持恒定，则改变各种参数将改变格子节距并且影响等式4中的F_CLV和A。对穿透压力的影响可能更大、更小或相反(即正面或负面)。恒定的格子节距还限定了内半径、外半径、杆半径和岩柱角的边界。这些参数影响总半径R500、并且可以被选择为允许变线结构在有序多个地设置时其间获得空间而不使结构重叠。

如图5B所示，帽504的底侧的截面形状可以近似为圆520，而悬垂部524的端头可以近似为圆522，从而限定双变线岩柱。更靠近岩柱500的杆502并且可以被认为是内圆的圆520具有内半径R520。内半径R520限定了形成帽504的底侧的凹进部分的弧部，其开始于杆502并且结束于内圆520接触外圆522的点。帽底侧表面514的斜率是岩柱角α526，其被限定为外圆522在底侧表面514的曲率发生变化之处的顶点526处的切线。内半径R520可以具有任何合适的长度。在某些实施例中，内半径R520为0μm或更大、1μm或更大、或3μm或更大。内半径R520可以为500μm或更小、100μm或更小、50μm或更小、或40μm或更小。内半径R520可以在0μm至500μm、0μm至100μm、1μm至50μm、或3μm至40μm的范围内。增大内半径R520会将接触线的附着点向外推，从而减少液体的投影表面积并以牺牲渗透性为代价增大穿透压力，因为它增加了岩柱总半径。

如果内半径R520无限增大，则底侧表面514将接近直线而不是曲线。在某些实施例中，底侧表面514'由离开杆502的直线限定，如图5C中关于岩柱500’所示。直线可以向下(朝向表面101)倾斜。在这种情况下，限定了内宽度W524。内宽度W524是从杆502到岩柱角顶点526'的长度。

岩柱500'类似于图5B的岩柱500具有悬垂部524'，其中外半径R522'是圆522'的半径，该圆非常接近悬垂部524'的形状。

外半径R522、R522'可以具有任何适合的长度。在一些实施例中，外半径R522、R522'为0μm或更大、1μm或更大、或5μm或更大。外半径R522、R522'可以为100μm或更小、50μm或更小、25μm或更小、或10μm或更小。外半径R522、R522'可以在0μm至100μm、0μm至50μm、0μm至25μm、或0μm至10μm的范围内。0μm的外半径被视为点。外半径对穿透压力具有显著影响。在边缘间距恒定的情况下，较小的外半径将通过增大接触线力的竖直分量F_CLV和减小A(例如，通过将接触线从岩柱向外推)来增大穿透压力。在格子节距恒定的情况下，较小的外半径R522、R522'减小岩柱总半径R500、R500'，因此边缘间距增大，从而减小接触线力的竖直分量F_CLV并增大A，使穿透压力减小。

岩柱角α526、α526'可以为-10度或更大、0度或更大、30度或更大、45度或更大、或60度或更大。岩柱角α526、α526'可以为90度或更小、或60度或更小。岩柱角α526、α526’可以在-10度至90度的范围内、在0度至90度的范围内、在45度至90度的范围内、或在60度至90度的范围内。岩柱角在接近90度时增大穿透压力。当岩柱角接近90度时，接触线力的竖直分量增大并使穿透压力增大。当岩柱结构具有接近无穷大的内半径和0度的岩柱角时，岩柱可以被认为是单变线结构。

如本文所述，岩柱结构(或变线结构)作为多个结构设置在材料表面上。该多个可以作为如上所述的有序布置来设置，并且在某些实施例中，这些结构形成阵列。图5D展示了两个相邻的岩柱530、532。这两个结构间隔开距离D530，在本文中称为边缘间距。在设计变线材料时，可以基于多孔材料将接触到的预期污染物来选择边缘间距。例如，对于低表面张力液体(例如<30mN/m)，边缘间距可以为1μm或更大、2μm或更大、5μm或更大、或10μm或更大。对于低表面张力液体(例如<30mN/m)，边缘间距可以为50μm或更小、30μm或更小、20μm或更小、或10μm或更小。对于低表面张力液体(例如，<30mN/m)，边缘间距可以在1μm至30μm的范围内。对于高表面张力液体(例如>30mN/m)，边缘间距可以为10μm或更大、30μm或更大、50μm或更大、或100μm或更大并且可达2mm。

如上文结合图4所述，多个变线结构可以布置成阵列。变线结构阵列可以具有在格子中以一定角度(格子角)定向的多排变线结构。格子角可以为45度或更大、60度或更大、或75度或更大。格子角可以为90度或更小、75度或更小、或60度或更小。在一些实施例中，格子角在45度至90度的范围内。在某些实施例中并且当格子为正方形格子时，该角度将为九十度。

在一些实施例中，该多个岩柱(或变线结构)被布置为多个连接的结构以形成连续的岩柱结构(或连续的变线结构)。该多个结构可以在一个或多个点处连接。例如，多个岩柱或变线结构可以在帽处附接、或者在帽和杆处附接而呈连续的岩柱结构。图5E中示出了连续的变线结构的示例性实施例。多个变线结构600彼此附接以形成连续的变线格子601和分散在整个格子601中的多个孔隙608。格子601形成外表面605。格子601由第一格子节距L₁(第一方向上中心到中心的孔隙间距)和第二格子节距L₂(第二方向上中心到中心的孔隙间距)以及被限定为第一方向与第二方向之间的角度的格子角α601限定。连续的变线格子601中的变线结构600可以有序多个地(如图所示)设置或者随机设置。单一的连续变线结构可以形成如上文所讨论的变线层、或者可以与额外的连续的变线结构联接。在一些实施例中，变线结构被布置成使得变线结构之间的空间形成长形通道。

图5E的连续变线格子601的变线几何结构600包括基部602(相当于岩柱500的杆502)。基部602具有宽度W602，其是指是变线结构600的基部处的宽度，如沿着两个相邻的孔隙608之间的中心到中心线测得的。宽度W602不影响穿透压力，但它有助于连续变线格子601的总渗透性和当连续变线格子601设置在多孔材料上时复合材料的渗透性。岩柱基部宽度W602在0.5-100μm的范围内，或在某些实施例中在2-90μm的范围内，或在进一步实施例中在3-50μm的范围内，或在更进一步实施例中在5-40μm的范围内。该宽度可以沿着杆的长度变化，并且变化的宽度可以在渗透性或制造方面提供进一步优点。

连续格子结构601的孔隙608具有孔径D608。孔径D608是相邻的变线结构的最外边缘之间的间距。孔径D608可以类似于边缘间距D530(岩柱之间的空间)。对于低表面张力液体(例如<30mN/m)，孔径D608可以为1μm或更大、2μm或更大、5μm或更大、或10μm或更大。对于低表面张力液体(例如<30mN/m)，孔径D608可以为30μm或更小、20μm或更小、或10μm或更小。对于低表面张力液体(例如，<30mN/m)，孔径D608可以在1μm至30μm的范围内。对于高表面张力液体(例如>30mN/m)，孔径D608可以为10μm或更大、30μm或更大、50μm或更大、或100μm或更大并且可达2mm。可以看出，孔径直接影响等式4中的A。

连续的岩柱或变线结构的渗透性也受格子节距L₁、L₂的影响，如图5E所示。由于连续岩柱或变线结构的格子节距是孔隙之间的中心到中心间距，因此格子节距包含孔径和变线结构的截面尺寸。具有恒定的变线结构长度(或直径)的减小的格子节距将使孔径减小，从而减小等式4中的A并增大穿透压力。

此外，构成连续岩柱或变线结构(格子)的岩柱或变线结构共享与上文结合多个有序岩柱讨论的分立的岩柱或变线结构相同的许多的维度。例如，每个结构的杆高度H602可以为0μm或更大、2μm或更大、5μm或更大、或10μm或更大。杆高度H602可以为100μm或更小、65μm或更小、50μm或更小、或20μm或更小。高度H602可以在从0μm至65μm、从2μm至65μm、从2μm至20μm、或者从10μm至50μm的范围内。在连续的岩柱或变线结构(格子)中，当岩柱附接在一起以形成基本上平坦的外表面605时，杆高度在整个连续结构上基本上一致。在此，“基本上平坦”是指是平面的但可以在制造公差内偏离的表面。即使岩柱结构在帽处附接，帽高度H604仍然可以从帽的上/外表面到外半径测得。帽604的高度H604可以为0μm或更大和3μm或更小、5μm或更小、或10μm或更小。高度H504可以在从0μm至10μm、从0μm至5μm、或者从0μm至3μm的范围内。

连续变线格子601的变线几何结构600可以为双变线结构(如图5E所示)、或可以被配置为单变线结构。类似于图5B和图5C的分立的岩柱结构，连续格子结构601的相连的岩柱(变线几何结构600)的轮廓可以由内圆520、内半径R520、外圆522和外半径R522确定和近似、或者可以具有由直线和内宽度W524限定的底侧。内半径R520、外半径R522、内宽度W524和岩柱角α526的尺寸可以如上文关于图5B和图5C所描述的。

倒转的弯液面可以减少、最小化或防止液体润湿到下方的基材202表面。当有序多个格子或连续格子结构中的岩柱结构与液体(例如，污染物)接触时，它们通过使液体的弯液面112翻转(即，将接触线力倒转)来发挥它们的排斥功能。液体在岩柱结构500表面上的接触线力F_CL由箭头展示。接触线力F_CL指示每个岩柱结构帽504上的、液体弯液面112附着至结构的点551。如上所述，边缘间距D530被选择为保持结构足够靠近以防止液体穿透该多个变线结构500到达并润湿多孔基材202的表面。正如通过穿透压力等式(等式4)和竖直接触线力等式(等式1)可以认识到的那样，存在三个相互竞争的参数来最大化穿透压力：1)接触线(连接的附着点551)的长度l，2)液面的投影面积(A)，以及3)角度a(通过使θ-a尽可能接近90度来优化等式1中的角度a)。最大压力是增大或最大化等式1中的l与减小或最小化等式4中的A之间的平衡。这种平衡有助于选择针对该多个结构(无论是有序的还是连续的)的变线几何形状以及因此特定参数。当液体(例如，污染物)穿透时，基材材料的孔隙可能阻塞并减少逸出空气流或改变其方向。

现在参考图6A至图7B，变线结构的几何形状和维度可以被设计为使得与变线结构接触的液体的弯液面可以翻转或倒转并增加大给定液体(例如，预期污染物)的穿透压力。图6A展示了第一示例，其中岩柱800在帽悬垂部824处具有缓坡，使得该结构具有低岩柱角α826、大外半径R822和小内半径R820。接触线将靠近岩柱拐角点826、或者在形成内半径R820和外半径R822的两个弧部汇合的地方附着。在图6A中，弯液面112沿着缓坡806附着至岩柱。低岩柱角α826和显著小于外半径R822的内半径R820的组合提供了竖直方向上小的F_CLV，因为F_CL相对于水平面的角度显著小于九十度。该接触线力角产生液体和岩柱几何形状的低穿透压力。

为了增大相同液体的穿透压力，可以修改岩柱结构的维度。图6B展示了穿透压力高于图6A中的岩柱结构800的修改的岩柱结构900。在图6B中，内半径R920显著地大于外半径R922并且岩柱角α926大于图6A的岩柱角。弯液面112仍然靠近岩柱拐角点926附着，并且在这种情况下使接触线以与多孔基材表面大致正交的角度更靠近岩柱900的端头附着。对应的接触线力F_CL也以相对于水平面成大致90度的角度延伸，从而使F_CL的竖直部分最大化。该接触线力F_CL提供了高得多的穿透压力，这增大了变线层的排斥性。

各种参数影响液体对变线结构的穿透压力，并且这些参数结合图7A至图7B进行描述。穿透压力是液体渗透变线结构并可能润湿到多孔材料表面的压力。液滴接触线力的竖直分量可以用于确定给定液体的穿透压力。穿透压力取决于所涉及液体的表面张力以及变线结构的几何参数而不同。

如图7A所示，液体可以达到穿透压力并从液体附着至岩柱的一个或多个点释放。这被称为接触线消失，其在接触线移动超过其处于压力阈值(例如，最大或穿透压力)的附着点时发生。消失发生的点典型地在岩柱拐角点周围(例如，两个弧部汇合的地方)。在此，液滴在岩柱结构500中的弯液面113从岩柱500的帽504释放以接触杆502并沿杆“流下”。因此，液体不再被变线结构的表面排斥并且可以到达基材202多孔材料的孔隙。接触线消失是较低表面张力液体最有可能遇到的失效模式，因为它们的接触线力较小。

替代性穿透情形如图7B所示并且是被称为表面塌陷的失效模式。这种失效模式是具有高接触线力的较高表面张力液体最有可能遇到的。液滴106将附着点维持在岩柱帽504处，但是液滴106的重量将弯液面113向下推至基材表面202。缩短岩柱间距D530以使岩柱结构500更靠近或增大杆502高度可以增大给定液体的穿透压力。例如，即使岩柱帽504提供高穿透压力，如果杆高度低到弯液面113仍到达下方基材202，则液体将润湿变线结构并且变线结构将无法排斥液体。

图11A至图13C展示了根据替代性实施例的变线结构1500、1530、1550。这些变线结构1500、1530、1550具有双变线几何形状，包括相对于水平面(xz平面)的变线几何形状以及在与水平面正交的至少一个平面(xy平面和/或yz平面)中的额外的变线几何形状。xz平面是平行于变线结构1500、1530、1550设置在其上的基材的平面。变线结构1500、1530、1550包括围绕它们的帽1504、1534、1554的第一变线几何形状。另外，变线结构1500、1530、1550包括围绕它们的杆1502、1532、1552的第二变线几何形状。可以使用在xz平面中具有变线几何形状的变线结构来减少或防止在穿透的情况下相邻结构的污染或交叉润湿。此外，额外的变线几何形状平面可以有助于修复由于制造非常小的结构而可能存在的缺陷。

现在参考图11A至图11C，变线结构1500包括从基材102的表面101延伸的杆1502和从杆1502延伸的帽1504。帽1504提供了第一变线几何形状，例如参考图2A至图2C所描述的。帽1504可以限定连续的带轮廓顶表面。在一些实施例中，帽1504可以具有半球形表面。然而，其他形状(包括基本上平坦的顶部)也是可能的。帽1504的下边缘可以形成朝向表面101向下延伸的悬垂部1524。变线结构1500限定了纵向中心轴线A1500。轴线A1500可以垂直于表面101。

杆1502可以沿着纵向中心轴线A1500延伸。杆1502具有高度H1502。杆1502可以被形成为腹板式梁并且可以包括腹板式芯部分1521和凸角1523。腹板式芯部分1521可以具有如图11B所示的三叉截面，即包括三个腹板1522。其他形状也是可能的，例如四叉截面或星形截面。凸角1523可以从芯部分1521的边缘侧向地并且沿边缘轴向地延伸。凸角1523可以稍微向外(背离纵向中心轴线A1500)弯曲。凸角1523在xz平面(平行于基材102表面101)内形成第二变线几何形状。

变线结构1500、1530、1550的维度可以类似于上述岩柱500(包括杆高度、帽高度和总半径)。然而，由于杆的结构，杆的宽度可以比岩柱500的宽度更宽并且可能与总半径相似。

图12A至图13C的变线结构1530、1550类似于变线结构1500，除了腹板1542、1562和凸角1543、1563的曲率之外。图12A和图12B中的变线结构1530的杆1532具有带腹板1542的芯1541，这些腹板具有平行于纵向中心轴线A1530的笔直边缘。沿着腹板1542的边缘延伸的凸角1543也平行于纵向中心轴线A1530。

图13A至图13C中的变线结构1550的杆1552具有带腹板1562的芯1561，这些腹板具有相对于纵向中心轴线A1550的凹形边缘。沿着腹板1562的边缘延伸的凸角1563也相对于纵向中心轴线A1550呈凹形。

在一些实施例中，可能期望的是提供具有排放部的连续变线结构(格子)。在实践中，当对相对大的表面积施加连续的变线结构(格子)时，格子可能包括一个或多个缺陷，比如比预期更大的孔隙。即使格子和变线结构被设计和配置成排斥预期的污染物，这样的缺陷仍可能导致液体的穿透。连续的变线结构(格子)可以设有排放部或出口结构以允许任何可能的穿透液体逸出而不是渗透相邻的孔隙。此处使用的术语“穿透液体”是指已经穿透由变线结构提供的排斥屏障的液体。穿透液体可能已经与基材表面接触。图14A至图19中示出了用于引导穿透液体的排放部和出口结构的各种示例。

现在参考图14A至图14C，连续的变线结构(格子)1601包括彼此相连的多个变线结构1600、以及形成在该多个变线结构1600之间的多个孔隙1608。变线结构1600包括帽1604，其形成格子的外表面1605。变线结构1600包括限定了格子的底表面1606的杆1602。帽1604可以包括如先前描述的悬垂部1624。在某些情况下，液体1006可以穿透并进入其中一个孔隙1608。底表面1606可以包括一个或多个凹槽或排放部1610。进入孔隙1608的任何液体1006可以流入排放部1610中。排放部1610的大小可以被设计为使得液体可以经由毛细作用从孔隙流走。图14B示出了在孔隙1608周围具有六边形排放部1610的底表面1606的仰视立体图。

图15A至图15B和图16A至图16B展示了实施例，其中格子1630、1650包括呈较大孔隙1618形式的缺陷。较大的孔隙1618可能导致液体穿透。格子1630、1650包括允许任何穿透液体从孔隙排出的排放部1640、1660。排放部1640、1660可以被配置为使得每个孔隙1608被排放部1640环绕(如图15A所示)，或者多个孔隙1608被组合在一起并且被排放部1660环绕(如图16A所示)。

排放部可以以任何合适的方式配置并且可以包括不同的几何形状和孔隙组合，如图17至图21所示。虽然可以使用许多可能的配置和形状，但是利用六边形的结构或蜂窝状结构可以更紧密地堆积并获得更有效的格子结构。孔隙在排放几何形状内可以以各种方式组合。排放结构内的孔隙数量可以除其他事项外基于以下来确定：期望的排放效率(每个排放结构的孔隙越少使得排放越高效)、对结构完整性的影响(排放结构间隔更远使得结构完整性更好)、以及估计的排放需求(所估计的穿透结构的密度)。在一些实施例中，每个排放结构(一个连续的排放回路)的孔隙数量为1个或更多个，并且多达50个、多达25个、多达10个、多达7个或多达4个。在一些实施例中，格子的每个孔隙与排放部相邻。格子可以包括不同形状和大小的排放结构。在一些实施例中，可以使用排放结构的各种镶嵌图案来调整组大小。在一些实施例中，排放结构形成延伸了基材的整个宽度的通道。在其他实施例中，通道仅延伸了基材宽度的一部分。

在一些实施例中，排放部1610、2610包括从孔隙1608、2608通向主排放导管1610、2610的杆1611、2611。排放部1610、2610可以进一步包括出口结构1612、2612，在排放部中流动的液体1006可以从出口结构离开。在许多实施例中，排放部1610、2610、4610、5610由底表面1606、2606、4606、5606中的凹槽形成。然而，在一些实施例中，格子3601可以包括在孔隙3608上方形成罩3610的突出部。一些排放结构可以适合于将流以垂直或倾斜布置引导，其中底表面1606、2606、3606、4606、5606是竖直定向的或是倾斜的。一些排放结构(如图17、图20和图21所示)可以很好地适合于将流以任何取向(无论竖直的、倾斜的、水平的还是“上下颠倒的”(底表面1606、4606、5606朝上))引导。

排放部和出口结构可以具有任何适合的尺寸。在一些实施例中，排放部和出口结构的尺寸被设计为促进毛细流动。例如，排放部和出口结构的大小可以根据基于以下等式7的期望毛细管压力来确定：

其中ΔP是拉普拉斯压力，γ是表面张力，θ是接触角，而r是通道的半径。通过将这些尺寸选择为使ΔP为正，排放部和出口结构可以促进毛细管流动。在一些实施例中，排放部和出口结构具有100μm或更大、200μm或更大、300μm或更大、400μm或更大、或500μm或更大的截面尺寸(例如，半径)。截面尺寸(例如，半径)可以为1mm或更小、800μm或更小、600μm或更小、500μm或更小、400μm或更小、300μm或更小、或250μm或更小。在一些情况下，排放部和出口结构可以具有在100μm至1μm、从100μm至500μm、从100μm至250μm、从250μm至1mm、或从500μm至1mm范围内的截面尺寸(例如，半径)。

层状材料可以进一步包括旨在吸收或吸附任何穿透液体的吸收材料或吸附材料。这种吸收材料或吸附材料可以可选地放在排放部的出口结构1612、2612附近。

在一些实施例中，变线层可以构造为具有区域或区。例如，在一些实施例中，变线层作为两种或更多种不同类型的变线结构组合在一起作为结构的子集。给定区域的变线结构可以是分立的变线结构、或者可以形成连续的变线结构(例如，格子)。在一些情况下，变线层可以包括交替的分立变线结构区域和连续变线结构区域。在一些实施例中，变线层可以包括交替的不同种类的变线结构区域。例如，变线层可以包括交替的第一类型的变线结构区域和第二类型的变线结构区域。提供不同类型的变线结构区域、和/或变线结构区域和连续的变线结构区域可以是期望的，以使材料具有可以通过不同区域来实现的不同特性。例如，一个区域可以提供良好的排斥性，而另一区域可以提供良好的排放性。或者一个区域可以促进通流而另一区域可以提供横流。不同的区域还可以用于通过减少可能具有期望特性但可能难以制造的结构的数量来降低制造的复杂性。可以将这样的结构与更容易制造的结构平衡。

图22和图23示出了具有多个区的变线层的示例。在图22中，第一类型的变线结构2201与第二类型的变线结构2202交替。第一类型的变线结构2201形成第一区2210并且第二类型的变线结构2202形成第二区2220。在图23中，第一类型的变线结构2301形成提供通流通道的第一区域2310，并且第二类型的变线结构2302形成提供横流通道的第二区域2320。第一类型的变线结构2301可以是具有杆和帽的岩柱。第二类型的变线结构2302可以类似于图11A至图13C中的变线结构1500、1530、1550，除了第二类型2302的变线结构缺少帽之外。

可以使用各种各样的方法(包括压印、蚀刻和微细加工)来形成变线结构。可以基于结构的期望尺寸来选择用于创建变线结构的形成方法。下文描述了用于形成变线结构的各种各样的方法。

一种示例性方法涉及使用了聚合物基材的微细加工。首先，提供聚合物基材。接下来，在基材表面上沉积光致抗蚀剂图案。光致抗蚀剂图案涉及形成环。在光致抗蚀剂的作用下使用混合气体反应离子蚀刻，在聚合物基材中形成环特征。在表面上沉积(例如，溅射涂覆)金属层以填充环特征。在某些实施例中，材料层是金属层(例如，镍铬和金)以提供粘附和结构支撑。施加光致抗蚀剂，并且去除除了光致抗蚀剂所保护的部分之外的原有材料层。这些部分形成变线结构(例如，岩柱)帽。使用混合气体来各向异性地反应离子蚀刻，以底切岩柱帽的悬垂部分。可以可选地施加比如聚对二甲苯或另一种聚合物的涂层以保护结构和/或改善结构的全疏性。该方法可以用于创建变线结构，其中杆和帽由不同的材料构成。虽然该方法可以涉及聚合物杆和金属帽，但是还可以使用各种各样的材料组合。

替代性形成方法使用微细加工和模制。用光致抗蚀剂来对模制材料(比如硅晶片)进行图案化、并蚀刻以形成模具。接下来，在模具中沉积填充材料并进行固化。例如，填充材料可以是聚合物。可以可选地将从模具突出的任何填充材料部分蚀刻以对岩柱帽进一步成形。与上述方法相比，该方法可以用于形成单一材料的岩柱结构。

一种示例性方法涉及制作主印模。可以例如通过减材法来制造主印模，其中通过飞秒激光来蚀刻玻璃以形成变线结构。还可以通过增材方法、例如使用3D打印机(例如，双光子光刻)来形成主印模。可以用这两种方法来制作正版或负版主印模。可以进一步复制主印模以制造鲁棒印模用于进一步加工。可以经由电铸来直接复制主印模以制作多个金属印模(例如，镍印模)，或者可以在电铸之前用主印模来模制聚合物复制品。在任何一种情况下，可以对多个金属印模进行电铸，以创建储存库进行进一步压印工艺。然后将复制品印模用于压印工艺中以制作最终的变线结构。可以将印模用于热压印工艺中，在此工艺中，热塑性聚合物被加热至高于其玻璃化转变温度，然后用金属印模进行压印。然后将聚合物冷却下来再移除金属印模。还可以使用UV压印工艺，在该工艺中使用了例如热固性聚合物。使用印模来对聚合物进行压印，并且在这种情况下，UV辐照将聚合物固化到位再移除印模。

为了在连续的变线结构(例如，如图5E所示)中制造孔隙结构的通孔，印模可以具有在压印工艺期间刺穿聚合物薄膜的长针。在这种情况下，在压印工艺期间，在聚合物薄膜的顶部上可以包括牺牲层。

用于形成岩柱结构的另一种方法涉及用两种不同的材料(例如具有不同参数的聚合物)来形成岩柱。在某些实施例中，可以使用具有不同玻璃化转变温度的聚合物。首先，提供具有玻璃化转变温度的第一聚合物层作为基材，并且在第一聚合物的表面上沉积(例如旋涂)玻璃化转变温度低于第一聚合物的第二聚合物。第二聚合物层可以比第一聚合物层更薄。例如，第二聚合物层的沉积厚度略高于期望的岩柱帽厚度。将该复合聚合物层图案化并蚀刻以形成分立的结构。接下来，加热这些结构以允许第二聚合物层部分地流动，从而形成帽悬垂部分。

可以用已知的沉积和蚀刻工艺来实现球体结构和倒转的球体结构。

一旦形成变线结构(无论变线几何形状如何)，就需要将它们设置在多孔材料上。在某些实施例中，变线结构直接形成在多孔材料层上。在进一步实施例中，变线结构可以使用比如压印、纳米印制、蚀刻等技术由多孔材料层的一部分制成。本文描述的任何形成技术可以通过卷对卷或卷对板加工来进行。

在更进一步实施例中，变线结构联接至多孔材料层。例如，变线结构可以转印到多孔材料层上。某些变线几何形状(比如倒转的球体和连续的岩柱阵列)可以被形成为一个层或实体，这使得它们更容易在多孔材料基材上制造和/或转印。在俯视图中，这些层可以呈现为分立的孔洞阵列或倒转的岩柱结构阵列。

转印是一种已知的技术，因此不讨论进一步细节。虽然转印提供了对制造变线结构的控制，但是它们必须粘附至多孔材料层上。在某些实施例中，变线结构通过热压结合(例如，使用热和力但在多孔材料上没有中间层)直接施加至多孔材料。例如，可以将变线结构层施加至多孔材料并且在每个结构的杆之间提供间隙(例如，激光钻出的孔洞)以暴露下方多孔材料。在其他实施例中，在变线结构与多孔材料之间直接形成等离子结合而不存在中间层。在替代性实施例中，变线结构可以通过比如化学键合形成的中间层(例如，通过滚涂、旋涂或浸涂技术施加的层)和/或粘合剂结合而粘附至多孔材料。当使用了中间层时，要考虑孔隙率和与下方多孔材料的相容性，以免降低原始多孔材料的通气能力。

如本文描述的，用具有变线几何形状的多个结构来将多孔材料的表面图案化可以增加材料的排斥性。例如，多孔材料的疏水性和/或疏油性可以随着包含该多个变线结构且不使用额外的化学涂层而增加。

展示性实施例

本文描述的技术在权利要求中限定。然而，下文提供了非限制性实施例的非详尽清单。这些实施例的特征中的任何一个或多个可以与本文描述的另一实例、实施例或方面中的任何一个或多个特征组合。

实施例1是一种过滤材料，该过滤材料包括：多孔材料层；设置在该层的表面上的多个结构，其中，每个结构包括变线几何形状。

实施例2是实施例1和3至23中任一项所述的过滤材料，其中，该多个结构为多个有序结构。

实施例3是实施例1至2和4至23中任一项所述的过滤材料，其中，这些结构是分立的结构。

实施例4是实施例1至3和5至23中任一项所述的过滤材料，其中，该多个结构形成连续的变线结构。

实施例5是实施例1至4和6至23中任一项所述的过滤材料，其中，该多个结构中的每个结构是球形的。

实施例6是实施例1至5和7至23中任一项所述的过滤材料，其中，该多个结构中的每个结构具有倒转的球体几何形状。

实施例7是实施例1至6和8至23中任一项所述的过滤材料，其中，该多个结构中的每个结构具有岩柱几何形状。

实施例8是实施例7所述的过滤材料，其中，该岩柱几何形状是基于以下多个参数来确定的，包括：在0.5-100μm范围内的杆半径、在0-65μm范围内的杆高度、在0-200μm范围内的内半径、在0-100μm范围内的外半径、在-10-90度范围内的岩柱角、在0-10μm范围内的帽高度、在1μm-1mm范围内的岩柱间距、以及在45-90度范围内的格子角。

实施例9是实施例7所述的过滤材料，其中，该岩柱几何形状是基于以下多个参数来确定的，包括：在0.5-100μm范围内的杆半径、在0-65μm范围内的杆高度、在0-100μm范围内的内半径、在0-100μm范围内的外半径、在-10-90度范围内的岩柱角、在0-10μm范围内的帽高度、在1-30μm范围内的岩柱间距、以及在45-90度范围内的格子角。

实施例10是实施例1至9和11至23中任一项所述的过滤材料，其中，该岩柱几何形状包括杆部分和帽部分，并且相邻结构的帽部分附接在一起。

实施例11是实施例1至10和12至23中任一项所述的过滤材料，其中，该多个结构形成在该层上。

实施例12是实施例1至11和13至23中任一项所述的过滤材料，其中，该多个结构由与该多孔材料不同的材料形成。

实施例13是实施例1至12和14至23中任一项所述的过滤材料，其中，该多个结构形成在联接至该多孔材料层的第二层上。

实施例14是实施例13所述的过滤材料，其中，该第二层和该第一层包含相同的材料。

实施例15是实施例13所述的过滤材料，其中，该第二层是不同于该第一层的材料。

实施例16是实施例1至15和17至23中任一项所述的过滤材料，其中，该多孔材料是膜。

实施例17是实施例16所述的过滤材料，其中，该膜包括以下中的一种：聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚醚砜、聚砜、膨化的聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚碳酸酯、醋酸纤维素、以及尼龙。

实施例18是实施例1至17和19至23中任一项所述的过滤材料，其中，该多个结构设置在该层的相反表面上。

实施例19是实施例1至18和20至23中任一项所述的过滤材料，其中，该变线几何形状是双变线几何形状。

实施例20是实施例1至19和21至23中任一项所述的过滤材料，其中，该变线几何形状包括基本上平坦的外表面。

实施例21是实施例2至20和22至23中任一项所述的过滤材料，其中，该多个有序结构中的每个有序结构被设置为呈具有第一维度和相对于第一维度成一定角度设置的第二维度的阵列，并且该阵列在第一维度和第二维度中具有格子节距。该阵列中每个结构之间的边缘间距可以是基于预期污染物来确定的。

实施例22是实施例21所述的过滤材料，其中，该阵列的第一维度中的结构之间的格子节距不同于该阵列的第二维度中的结构之间的格子节距。

实施例23是根据实施例1至22中任一项所述的过滤材料，其中，该多孔材料层的外表面进一步包括增加该层的疏油性的涂层。

实施例24是一种包括实施例1至23中任一项所述的过滤材料的过滤器元件。

实施例25是一种过滤材料，该过滤材料包括多孔材料层和设置在该层的表面上的多个变线(例如，岩柱)结构。每个变线(例如，岩柱)结构包括杆和帽，并且相邻结构的帽附接以形成多个孔隙，其中每个孔隙设置在相邻的岩柱结构之间。

实施例26是实施例25和27至36中任一项所述的过滤材料，其中，该多个结构形成在该层上。

实施例27是实施例25至26和28至36中任一项所述的过滤材料，其中，该多个结构由与该多孔材料不同的材料形成。

实施例28是实施例25至27和28至36中任一项所述的过滤材料，其中，该多个结构包括联接至该多孔材料层的第二层。

实施例29是实施例28所述的过滤材料，其中，该第二层和该第一层包含相同的材料。

实施例30是实施例28所述的过滤材料，其中，该第二层是不同于该第一层的材料。

实施例31是实施例25至30和32至36中任一项所述的过滤材料，其中，该多孔材料是膜。

实施例32是实施例31所述的过滤材料，其中，该膜包括以下中的一种：聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚醚砜、聚砜、膨化的聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚碳酸酯、醋酸纤维素、以及尼龙。

实施例33是实施例25至32和34至36中任一项所述的过滤材料，其中，该多个结构设置在该层的相反表面上。

实施例34是实施例25至33和35至36中任一项所述的过滤材料，其中，这些变线结构形成基本上平坦的外表面。

实施例35是实施例25至34和36中任一项所述的过滤材料，其中，该多个结构中的每个结构被设置为呈具有第一维度和第二维度的阵列，并且该阵列的第一维度中的结构之间的第一格子节距不同于该阵列的第二维度中的结构之间的第二格子节距。

实施例36是根据实施例25至35中任一项所述的过滤材料，其中，该多孔材料层的外表面进一步包括增加该层的疏油性的涂层。

实施例37是一种包括实施例25至36中任一项所述的过滤材料的过滤器元件。

实施例38是一种过滤材料，该过滤材料包括：多孔材料层；以及设置在该层的表面上的第一多个结构，其中，每个结构具有变线几何形状，这些结构中的至少一些结构沿着两个正交平面具有变线几何形状，并且可选地，该第一多个结构中的至少一些沿着三个正交平面包括变线几何形状。

实施例39是实施例38和40至64中任一项所述的过滤材料，其中，沿着三个正交平面包括变线几何形状的该第一多个结构包括在基本上垂直于多孔材料层的平面内的第一变线几何形状、和在基本上平行于多孔材料层的平面内的第二变线几何形状。

实施例40是实施例38至39和41至64中任一项所述的过滤材料，其中，沿着三个正交平面包括变线几何形状的该第一多个结构包括腹板式杆，该腹板式杆包括多个连接的腹板和从每个腹板的边缘延伸的肋。

实施例41是实施例38至41和42至64中任一项所述的过滤材料，其中，这些凸角在平行于基材表面的平面内限定了变线几何形状。

实施例42是实施例41所述的过滤材料，其中，每个肋包括相似的第二变线几何形状。

实施例43是实施例40至42中任一项所述的过滤材料，其中，这些肋平行于该结构的纵向轴线延伸。

实施例44是实施例43所述的过滤材料，其中，这些肋限定了背离该杆的凸曲线。

实施例45是实施例43所述的过滤材料，其中，这些肋限定了朝向该杆的凹曲线。

实施例46是实施例38至45和47至64中任一项所述的过滤材料，其中，这些结构的子集是分立的结构。

实施例47是实施例38至46和48至64中任一项所述的过滤材料，其中，这些结构的子集形成连续的变线结构。

实施例48是实施例38至47和49至64中任一项所述的过滤材料，其中，这些结构的子集是球形的。

实施例49是实施例38至48和50至64中任一项所述的过滤材料，其中，这些结构的子集具有倒转的球体几何形状。

实施例50是实施例38至49和51至64中任一项所述的过滤材料，其中，这些结构的子集具有岩柱几何形状。

实施例51是实施例38至50和52至64中任一项所述的过滤材料，其中，该子集中的结构被布置成被配置用于控制穿透流体的移动的图案。

实施例52是实施例51所述的过滤材料，其中，该图案形成形状的周界。

实施例53是实施例52所述的过滤材料，其中，位于该周界内的结构不是结构子集的一部分。

实施例54是实施例38至53和55至64中任一项所述的过滤材料，进一步包括沿着三个正交平面具有变线几何形状的第二多个结构，其中，该第二多个的变线结构不同于该第一多个的结构。

实施例55是实施例54所述的过滤材料，其中，该第一多个的结构包括第一数量腹板，并且该第二多个的结构包括第二数量腹板。

实施例56是实施例54所述的过滤材料，其中，该第一多个的结构包括帽，并且该第二多个的结构不包括帽。

实施例57是实施例54所述的过滤材料，其中，沿着三个正交平面具有变线几何形状的结构被设置成靠近沿着两个正交平面具有变线几何形状的结构，以控制穿透流体的移动。

实施例58是实施例38至57中任一项所述的过滤材料，其中，该第二多个的结构的平均直径小于该第一多个的结构的平均直径。

实施例59是一种包括实施例38至58中任一项所述的过滤材料的过滤器元件。

实施例60是实施例1至37和59中任一项所述的过滤材料，其中，该多个结构形成限定了第二层的连续结构，该第二层具有第一表面和与该第一表面相反的第二表面，该第二层包括形成在该多个结构中的结构之间的孔隙，并且其中，该第二表面包括位于这些孔隙之间的一个或多个凹槽。

实施例61是实施例60所述的过滤材料，其中，该一个或多个凹槽形成连续的形状，每个连续的形状环绕一个或多个孔隙。

实施例62是一种疏液材料，该疏液材料包括：第一层，该第一层包括：具有第一表面和与该第一表面相反的第二表面的格子；从该第一侧延伸至该第二表面的多个孔隙，每个孔隙邻近于该第一表面包括变线结构，以使该第一表面疏液。该第一层可以进一步可选地包括沿着该第二表面布置的多个排放结构。

实施例63是实施例62所述的疏液材料，其中，该多个排放结构包括从该第二表面延伸的突出部。

实施例64是实施例62或63所述的疏液材料，其中，该多个排放结构包括该第二表面中的凹槽。

实施例65是实施例64所述的疏液材料，其中，这些凹槽包括连续的形状，每个连续的形状环绕一个或多个孔隙。

实施例66是实施例62至65中任一项所述的疏液材料，进一步包括沿着该第一层的第二表面设置的第二层。

实施例67是实施例66所述的疏液材料，其中，该第二层包含过滤介质。

实例

实例1

使用上述等式来计算穿透(润湿)压力的预测值。在实例1中，对于具有各种参数的岩柱(在图8中标识为几何形状1至9)，边缘间距保持恒定。图8中的值是针对表面张力为26mN/m并且接触角为44度的液体提供的。

图8中列出了杆高度值和帽高度值，以指示它们对穿透压力没有影响，如几何形状2和3指示。

几何形状4至9一次迭代地改变一个特征维度(由阴影值指示)，并且所产生的穿透压力在图8的底部处示出。在几何形状5-9中观察到对穿透压力的最大影响并在实例2中进行了讨论。

实例2

使用上述等式来计算穿透(润湿)压力的预测值。在实例2中，对于具有各种参数的岩柱(在图8中标识为几何形状1至9)，边缘间距保持恒定。图8中的值是针对表面张力为26mN/m并且接触角为44度的液体提供的。

图9进一步分析了最能改变穿透压力的参数。如图9所见，随着岩柱角增大，岩柱角增大穿透压力。减小的外半径通过增大F_CL来增大穿透压力。减小的边缘间距通过减小A(液体的投影表面积)来增大穿透压力。增大的内半径通过改变接触线的附着位置来增大穿透压力，从而影响F_CL和A两者。

实例3至5使用立体光刻(SLA)打印机(Form3B，Formlabs，MA，USA)来测试3D打印结构的穿透压力。

实例3

变线结构(即岩柱)是如上所述3D打印的，具有下表1中列出的不同的端头半径和间距。通过将注射器胶粘至3D打印结构并不断地向注射器中添加水直至观察到穿透来测量穿透压力。穿透压力是用穿透前的水头压力计算的。使用上述等式来将实验穿透压力与预测值进行比较。

表1

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测得的穿透压力始终为预测的穿透压力的约70％，如图10所见。表1示出了较小的间距得到增大的穿透压力，而较尖锐的端头(即，减小的外半径)得到增大的穿透压力，如预测的那样。

实例4

变线结构(即岩柱)是如上所述3D打印的，具有下表2中列出的不同的端头半径和间距。穿透压力是用一滴水测量的。液滴被疏水板推到变线结构中。当液滴被推到变线结构中并转化为穿透压力时，天平记录质量的变化。

表2

如表2所示，测得的穿透压力和预测的穿透压力在低穿透压力下相对接近。这种方法可以通过液滴侧向地移动越过岩柱而不是向下进入结构中来产生人为的高穿透压力，并且因此应谨慎用于具有高穿透压力的结构。这也可能是表2中标准偏差较大的原因。

实例5

在微观尺度上复制变线结构，并且将其设计为排斥低表面张力(>20mN/m)的液体而不使用任何化学涂层。变线结构(岩柱)是通过如下所述的模制和热压印工艺制成的。图24A是打印出的结构的具有变线侧的孔隙之一的示意性侧视图，其上下颠倒以使得出口侧朝上。图24B和图24C是单一孔隙的显微图像，其变线侧处于图24A所示的取向(即，出口侧向上)。

通过用飞秒激光来蚀刻玻璃以形成变线结构(岩柱)从而制作主印模。将主印模设计为具有高针结构，其在产生的热压印薄膜中刺出通孔。然后经由电铸来直接复制主印模以制作镍印模。在电铸之前，将200nm的金层溅射涂覆到玻璃原版上，以确保易于脱模。然后将镍印模用于热压印工艺中以制造最终的变线结构。将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜(50μm厚)(可从宾夕法尼亚州匹兹堡的Goodfellow公司作为产品ME30-FM-000150获得)用于热压印工艺中，其中顶上的硅树脂层用作牺牲层。高针结构刺穿50μm PMMA薄膜进入牺牲硅胶层中以形成通孔。将PMMA薄膜在135℃的温度下和2kN的力下压印5分钟。将PMMA薄膜冷却至100℃以下，然后再释放该力。

实例6

变线结构(岩柱)是如上所述3D打印的。单个变线结构被打印为具有500μm或1000μm的孔径。出口结构通道宽度为500μm或1000μm、并且环绕每个孔隙。将带有具有变线侧的孔隙的连续格子制备成有和没有出口结构(排放部)。

使用含有0.5％十二烷基硫酸钠(SDS)的水作为测试液体。在对液滴蔓延进行成像时，用注射器对测试液体加压以引起穿透。在变线结构阵列下方(图25)或上方(图28)使用加压液体体积来进行测试。图26A至图27C和图29A至图29E是从实验期间拍摄的视频中捕捉的图像。

图26A至图26C示出了孔径为1000μm且没有出口结构的变线结构阵列，其用从样本下方施加的加压体积(如图25所示)进行测试。液体在图26A中箭头指示的点B处穿透并且蔓延越过该阵列，从而通过浸透阵列中的孔隙而导致广泛失效。

图27A至图27C示出了用从样本下方施加的加压体积进行测试的变线结构阵列，其中1000μm出口结构通道环绕每个孔隙(孔径为500μm和1000μm)，其中1000μm孔隙充当“瑕疵”。液体在图27B中箭头指示的点B处穿透、并填充通道体积，从而在孔隙周围蔓延并且防止广泛失效。

图28示出了测试装置，其中变线结构阵列用从样本上方施加的加压体积进行测试，其中1000μm出口结构通道环绕每个孔隙(孔径为500μm和1000μm)，其中1000μm孔隙充当“瑕疵”。在一些情况下，发生穿透(在图29A中箭头指示的点B)，并且在一些情况下，液体继续沿样本滴下，如图29A中箭头指示的点B所示。在其他情况下，液体穿透单一孔隙并且例如在如图29D和图29E中的点D填充出口结构通道的一些体积。在这种情况下，出口结构防止了阵列的广泛失效。除非另外指明，否则本说明书和权利要求中所用的表达特征大小、量和物理性质的全部数字应当理解为在全部情况下受术语“约”修饰。因此，除非指明相反情况，否则在前述说明书和所附权利要求中阐述的数值参数是近似值，这些近似值可以取决于本领域技术人员利用本文披露的教示来寻求获得的期望性质而不同。以端点来使用的数值范围包括在所述范围内的所有数(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)以及所述范围内的任何范围。

已经出于展示和描述的目的而呈现了前述描述。所阐述的描述并非旨在是穷举性的或旨在将实施例限制于所披露的精确形式。鉴于以上教导，许多修改和变化是可能的。所披露的实施例的任何或所有特征可以单独地或以任何组合来应用并且不意味着是限制性的，而纯粹是展示性的。意图是本发明的范围不限于该详细描述，而是由所附权利要求来确定。

Claims (21)

1.一种过滤材料，包括：

多孔材料层；以及

设置在所述层的表面上的多个结构，每个结构包括变线几何形状。

2.如权利要求1所述的过滤材料，其中，所述多个结构是多个有序结构。

3.如权利要求1或2所述的过滤材料，其中，所述多个结构包括分立的结构。

4.如权利要求1至3中任一项所述的过滤材料，其中，所述多个结构形成连续的变线结构。

5.如权利要求1至4中任一项所述的过滤材料，其中，所述多个结构中的每个结构包括杆和设置在所述杆上的帽，可选地其中，相邻结构的帽彼此附接，可选地其中，相邻结构的杆彼此附接。

6.如权利要求5所述的过滤材料，其中，所述多个结构中的每个结构包括以下一项或多项：在0.5-100μm范围内的杆半径、在0-65μm范围内的杆高度、在0-200μm范围内的内半径、在0-100μm范围内的外半径、在-10-90度范围内的岩柱角、在0-10μm范围内的帽高度、在1μm-1mm范围内的边缘间距、以及在45-90度范围内的格子角。

7.如权利要求1至6中任一项所述的过滤材料，其中，所述多个结构形成在联接至所述多孔材料层的第二层上，可选地其中，所述第二层和所述多孔材料层包括相同的材料。

8.如权利要求1至7中任一项所述的过滤材料，其中，所述多孔材料是膜，可选地其中，所述膜包含以下一种或多种：聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚醚砜、聚砜、膨化的聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚碳酸酯、醋酸纤维素、以及尼龙。

9.如权利要求1至8中任一项所述的过滤材料，进一步包括设置在所述层的相反表面上的第二多个结构。

10.如权利要求2至9中任一项所述的过滤材料，其中，所述多个结构中的每个结构被设置为呈具有第一维度和相对于所述第一维度成一定角度设置的第二维度的阵列，并且所述阵列在所述第一维度和所述第二维度中具有格子节距，可选地其中，所述阵列的第一维度中的结构之间的格子节距不同于所述阵列的第二维度中的结构之间的格子节距。

11.一种过滤材料，包括：

多孔材料层；以及

设置在所述层的表面上的多个变线结构，每个变线结构包括杆和帽，并且相邻结构的帽彼此附接以形成多个孔隙，其中每个孔隙设置在相邻的变线结构之间。

12.如权利要求11所述的过滤材料，其中，所述多个结构由不同于所述多孔材料的材料形成。

13.如权利要求11或12所述的过滤材料，其中，所述多孔材料是膜，可选地其中，所述膜包含以下一种或多种：聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚醚砜、聚砜、膨化的聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚碳酸酯、醋酸纤维素、以及尼龙。

14.如权利要求11至13中任一项所述的过滤材料，进一步包括设置在所述层的相反表面上的第二多个结构。

15.如权利要求11至14中任一项所述的过滤材料，其中，所述多个结构中的每个结构被设置为呈具有第一维度和第二维度的阵列，并且所述阵列的第一维度中的结构之间的第一格子节距不同于所述阵列的第二维度中的结构之间的第二格子节距。

16.如权利要求1至10以及11至15中任一项所述的过滤材料，其中，所述多个结构形成连续结构，所述连续结构限定了具有第一表面和与所述第一表面相反的第二表面的第二层，所述第二层包括形成在所述多个结构中的结构之间的多个孔隙，并且其中，所述第二表面包括位于所述孔隙之间的一个或多个凹槽，可选地其中，所述一个或多个凹槽形成连续的形状，每个连续的形状环绕一个或多个孔隙。

17.一种过滤器元件，所述过滤器元件包括如权利要求1至16中任一项所述的过滤材料。

18.一种疏液材料，包括：

第一层，所述第一层包括：

具有第一表面和与所述第一表面相反的第二表面的格子；以及

从所述第一表面延伸至所述第二表面的多个孔隙，每个孔隙邻近于所述第一表面包括变线结构，以使所述第一表面疏液。

19.如权利要求18所述的疏液材料，进一步包括沿着所述第二表面设置的多个排放结构，可选地其中，所述多个排放结构包括从所述第二表面延伸的突出部，可选地其中，所述多个排放结构包括在所述第二表面中的凹槽。

20.如权利要求19所述的疏液材料，其中，所述凹槽包括连续的形状，每个连续的形状环绕一个或多个孔隙。

21.如权利要求18至20中任一项所述的疏液材料，进一步包括沿着所述第一层的第二表面设置的第二层，可选地其中，所述第二层包括过滤介质。