CN1805833A - 超憎液膜 - Google Patents

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Abstract

一种具有超憎液液体接触表面的微孔气体渗透膜。本发明中，在该膜的液体接触表面上设有超憎液表面。在本发明的一实施例中，超憎液表面包括大量在基底上形成的间隔很近的微米尺度/纳米尺度的凸(凹)体。当设定压力值或其以下的液体和膜的超憎液液体接触表面接触时，液体“悬浮”在凸(凹)体的顶部，确定了液/气界面。液/气界面的面积包括超憎液表面的面积和全部微孔的总面积，和已有技术中液/气界面的面积仅取决于微孔面积的微孔膜相比，膜的气体透过率和功效得到改进。

Description

超憎液膜
相关申请
本申请要求第60/462,963号、名称为“适用于高压液体的超憎液表面”、申请日为2003年4月15日的美国临时专利申请的优先权，该申请的全部内容均被引用于此，本申请同时要求申请号尚未知、名称为“超憎液膜”、申请日为2004年4月14日的美国专利申请的优先权。
技术领域
本发明一般涉及微孔膜，特别涉及其上具有超憎水或超憎液表面的微孔膜。
背景技术
微孔气体渗透膜(microporous gas permeable membrane)广泛用于实现液体和气体之间的质量转移。这些膜可以是薄膜或中空纤维的形式。这种膜的一种常见的应用，例如为在实现病人体内血液循环过程中氧和二氧化碳气体交换的血氧设备中的应用。第3,794,468、4,329,729、4,374,802和4,659,549号美国专利公开了血氧设备的具体实例，这些专利的内容均被引用于此。第5,254,143号美国专利讨论了气体渗透膜的其他具体应用例，其内容也被全部引用于此。
在现有技术图17中，大倍数放大显示了一例已有薄膜类微孔膜200的剖面。膜200一般包括膜体202，该膜体具有大量位于其中的微孔204。气体接触表面206在膜200的一侧面对气体208，而液体接触表面210在膜200的另一侧面对液体212。液-气界面214处于每个微孔204上，其面积一般等于微孔204的面积。
在上述讨论的已有膜中，该已有膜的液-气界面面积限定为全部微孔204的总面积。其结果是，由于气体透过率取决于膜的液-气界面的可利用面积大小，因此，这些已有膜的气体透过率以及随之产生的功效就受到了限制。工业上需要其气体透过率和功效改进了的微孔气体渗透膜。
发明内容
本发明提供了一种具有液-气界面大于膜中全部微孔总面积的液体接触表面的微孔气体渗透膜，从而满足了工业上的需求。在本申请中，“微尺度”(microscale)一般是指小于100毫米的尺度，“纳米尺度”(nanoscale)一般是指小于100纳米的尺度。表面设计为最高达到某一设定压力值下仍保持超憎液特性。凸(凹)体应排列成使表面的以接触线米数/每平方米表面积计量的设定接触线密度等于或大于按照以下公式确定的接触线密度值“ΛL”：
其中，P是设定压力值，γ是液体的表面张力，θa，0是通过实验测量出的凸(凹)体材料上液体的实际前进接触角，单位为度，ω是凸(凹)体上升角。设定压力值可以选定为大于膜所可能遇到的预期液压。
当设定压力值或其以下的液体和膜的超憎液液体接触表面接触时，液体“悬浮”在凸(凹)体的顶部，使得液-气界面的面积等于超憎液表面的总面积减去全部凸(凹)体的总剖面积。从膜的气体接触表面一侧通入的气体穿过膜的微孔，进入超憎液表面的基底和液-气界面之间的凸(凹)体周围的空间。由于液-气界面的面积包括超憎液表面的面积以及全部微孔的总面积，所以膜的气体透过率和功效比起液-气界面面积仅为微孔面积的已有膜来说得到大大改进。一般来说，要想使超憎液表面的液-气界面可利用面积最大化，进而使膜的气体透过率和功效达到最大，就需要在将设定压力值维持在膜受到最大预期压力时仍足以有超憎液特性的水平的同时，使表面的接触线密度达到最小。
凸(凹)体可以形成于基底材料本身中或基底材料本身之上，或者形成于基底表面上的一层或多层材料中。这些凸(凹)体可以是任何规则或不规则形状的三维实心或空心体，并且可以按任何规则的几何形状排列或者随机排列。可以使用光刻工艺，或者使用纳米加工、微冲压、微接触印刷、自组装金属胶体单分子膜、原子力微复制纳米加工、溶胶-凝胶模制法、自组装单分子膜定向图案化工艺、化学蚀刻、溶胶-凝胶冲压法、胶体墨水印刷法形成，或者通过在基底上排列一层平行纳米碳管的方法形成。
本发明还包括液压最高达到设定压力值时其表面具有超憎液特性的微孔气体渗透膜的制造方法。该方法包括以下步骤：选择凸(凹)体上升角；根据以下公式确定临界接触线密度“ΛL”：
Figure A20048001662300081
其中，P是设定压力值，γ是液体的表面张力，θa，0是通过实验测量出的凸(凹)体材料上液体的实际前进接触角，单位为度，ω是凸(凹)体上升角；提供具有表面部分的载体；以及在表面部分形成大量凸起的凸出体，使表面的实际接触线密度等于或大于临界接触线密度。另外，通常最好在将设定压力值维持在膜受到最大预期压力时仍足以有超憎液特性的水平的同时，使表面的接触线密度达到最小，从而使液-气界面的可利用面积最大。
上述方法还包括根据以下公式确定临界凸(凹)体高度值Zc(米)的步骤：
其中，d是相邻凸(凹)体之间的距离(米)，θa，0是表面液体的实际前进接触角(度)，ω是凸(凹)体上升角(度)。
附图说明
图1A是本发明的薄膜的大倍数放大的剖视图；
图1B是本发明的中空纤维膜的大倍数放大的剖视图；
图1是超憎液表面大量纳米/微米尺度的凸(凹)体排列成矩形阵列的大倍数放大的透视图；
图2是图1中表面部分的俯视图；
图3是图2中表面部分的侧视图；
图4是本发明一实施例中凸(凹)体排列成六边形阵列的局部俯视图；
图5是图4所示实施例的侧视图；
图6是悬浮于凸(凹)体之间的液体挠曲的侧视图；
图7是显示大量液体悬浮在凸(凹)体顶部的侧视图；
图8是显示凸(凹)体之间的空间底部和液体接触的侧视图；
图9是本发明另一实施例中凸(凹)体上升角为锐角的单个凸(凹)体的侧视图；
图10是本发明另一实施例中凸(凹)体上升角为钝角的单个凸(凹)体的侧视图；
图11是本发明另一实施例中凸(凹)体为圆柱形、且排列成矩形阵列的局部俯视图；
图12是图11所示实施例的侧视图；
图13列出了各种凸(凹)体形状和排列方式所对应的接触线密度计算公式表；
图14是本发明另一实施例的侧视图；
图15是图14所示实施例的俯视图；
图16是本发明另一实施例中单个凸(凹)体的俯视图；
图17是现有技术薄膜类微孔膜的大倍数放大的剖视图。
具体实施方式
抵抗液体润湿的表面，如果该液体是水，可以称为憎水表面，如果是其他液体，可以称为憎液表面。如果表面抗润湿达到以下一个或全部特征，该表面一般可称为超憎水或超憎液表面：液滴与表面的前进接触角很大(约大于120度)且接触角滞后值小(约小于20度)；表面保留液滴的特性具有显著减小的趋势；或者当表面完全浸没在液体中时表面存在液-气-固界面。在本申请中，术语“超憎液”通常是指超憎水表面和超憎液表面。这里使用的术语“微孔膜”是指其中具有直径为大约之间的孔的膜。
参照图1A，其为本发明一实施例的微孔气体渗透薄膜100的大倍数放大的剖视图。膜100一般包括膜体102，该膜体由其中具有大量微孔104的聚合材料制成。微孔104的直径较佳为约0.005μm-100μm，最佳为约0.01μm-50μm。在膜100的面对气体107的一侧具有气体接触表面106，在面对液体109的一侧具有液体接触表面108。本发明中，在液体接触表面106上形成超憎液表面20。
图1B显示了另一实施例的中空纤维形式的微孔气体渗透薄膜110。膜110一般包括由其内具有大量微孔114的聚合材料制成的管状膜体112。膜110在其面对气体120的外表面118上具有气体接触表面116，在面对液体126的内表面124上具有液体接触表面122。本发明中，在液体接触表面116上形成超憎液表面20。应该知道，气体接触表面116和液体接触表面122的相对位置可以颠倒过来，使得气体接触表面116在内表面124上，而液体接触表面122在外表面118上。
图1为超憎液表面20之较佳实施例的大倍数放大图。表面20一般包括具有大量凸起的凸(凹)体24的基底22。每个凸(凹)体24具有多个侧面26和一个顶部28。每个凸(凹)体24具有一宽度(图中用“x”表示)和一高度(图中用“z”表示)。
如图1-3所示，凸(凹)体24排列成规则的矩形阵列，每个凸(凹)体和相邻的凸(凹)体之间相隔一间距(图中用“y”表示)。凸(凹)体24的顶缘30所包含的角用表示，凸(凹)体24的侧面26相对基底22的上升角用ω表示。角和ω的和等于180度。
通常当表面20存在液-固-气界面时，该表面会表现出超憎液特性。如图7所示，如果液体32仅接触到凸(凹)体24的顶部28和靠近顶缘30的一部分侧面26，使凸(凹)体之间的空间34内充满空气或其他气体，则必然出现液-固-气界面。上述液体可以说成是“悬浮”在凸(凹)体24的顶部以及顶缘30之间。
以下要说明的是，液-固-气界面的形成取决于凸(凹)体24的某些相互关联的几何参数和液体的特性。本发明中，可以选择凸(凹)体24的几何特性，使表面20在任何所需的液压下表现出超憎液特性。
参见图1-3中的矩形阵列，表面20可划分成大小相同的包围每一个凸(凹)体24的用虚线划界的面积36。每个相同面积36中凸(凹)体的面积密度(δ)可以用以下等式表示：
δ = 1 2 y 2 - - - ( 1 )
其中，y是凸(凹)体之间的间距，单位为米。
对于图1-3中的具有正方形剖面的凸(凹)体24，顶缘30上的顶部28周长(p)为
                  p＝4x                           (2)
其中，x是凸(凹)体宽度，单位为米。
周长p可以称之为限定液-固-气界面位置的“接触线”。表面的接触线密度(Λ)，即每单位面积表面上的接触线长度，为周长(p)和凸(凹)体的面积密度(δ)的乘积，即：
               Λ＝pδ                                                          (3)
对于图1-3的正方形凸(凹)体的矩形阵列：
                   Λ＝4x/y2                     (4)
如果液体因重力产生的体积力(F)小于其在接触线上作用于凸(凹)体的表面力(f)，大量液体会悬浮在凸(凹)体24顶部。与重力相关的体积力(F)可由下列公式确定：
              F＝ρgh                              (5)
其中，ρ是液体的密度，g是重力加速度，h是液体的深度。因此，例如对于密度约为1000kg/m3的10米水柱，其体积力(F)为：
F＝(1000kg/m3)(9.8m/s2)(10m)＝9.8×104kg/m·s2
另一方面，表面力(f)取决于液体的表面张力(γ)、凸(凹)体24的侧面26相对垂线的表观接触角θS、凸(凹)体的接触线密度(Λ)和液体的表面接触面积(A)：
               f＝-ΛAγcosθS                   (6)
在一特定固体材料上的液体的实际前进接触角(θa，0)定义为，在一基本上没有凸(凹)体的材料表面上的经实验测量出的液体的最大固定接触角。该实际前进接触角通过本领域熟知的技术很容易测量出来。
具有凸(凹)体的表面之悬浮液滴在凸(凹)体的侧面显示出它们的实际前进接触角值(θa，0)。在凸(凹)体侧面相对垂线的接触角(θS)通过或ω和实际前进接触角值(θa，0)相关联，具体如下：
            θS＝θa，0+90°-＝θa，0+ω-90°(7)
使F和f相等，推导出接触线密度Λ，临界接触线密度参数ΛL确定后可用于预测表面的超憎液特性：
其中，ρ是液体的密度，g是重力加速度，h是液体的深度，γ是液体的表面张力，ω是凸(凹)体侧面相对基底的上升角，单位为度，θa，0是通过实验测量出的凸(凹)体材料上液体的实际前进接触角，单位为度。
如果Λ＞ΛL，液体会悬浮在凸(凹)体24的顶部，形成超憎液表面。反之，如果Λ＜ΛL，液体会塌陷于凸(凹)体上，且表面的接触界面只有液-固界面，不具有超憎液特性。
应该知道，将上述等式分子替换成一适当值，可以确定临界接触线密度值，设计出在任何所需压力值下保持超憎液特性的表面。该等式概括为：
其中，P是使表面必须显示超憎液特性的最大压力(千克/平方米)，γ是液体的表面张力(牛顿/米)，θa，0是通过实验测量出的凸(凹)体材料上液体的实际前进接触角(度)，ω是凸(凹)体上升角(度)。
通常可预见到，根据上述关系形成的表面20在最高达到并包括上述等式(9)中P值的任何液压下会显示出超憎液特性。无论表面是否浸没在液体中，受液体喷射或喷洒，或受到个别液滴的冲撞，都会表现出超憎液特性。显然可以选择压力值大于膜100、110可能会受到的最大液压。通常知道，对P值的选择应该能提供合适的安全因素，以应对可能瞬间或局部高于预期的压力、因表面容忍度差异导致的不连续和其他类似的因素。
一旦确定了接触线密度的临界值，根据接触线密度(Λ)等式中x和y之间的关系就可以确定凸(凹)体几何形状的其他值。换言之，可以通过选择接触线等式中的x或y值，推导出其他变量，从而确定表面的几何形状。
如图6所示，相邻凸(凹)体之间的液体界面向下凹陷一距离D1。如果距离D1大于凸(凹)体24的高度(z)，液体会与凸(凹)体24之间的基底22发生点接触。如果这种情况发生，液体会进入空间34，并塌陷于凸(凹)体上，导致表面的超憎液特性被破坏。D1值代表临界凸(凹)体高度(Zc)，可根据以下公式确定：
其中，d是相邻凸(凹)体之间的距离，ω是凸(凹)体上升角，θa，0是通过实验测量出的凸(凹)体材料上液体的实际前进接触角。凸(凹)体24的高度(z)必须至少等于，最好大于临界凸(凹)体高度(Zc)。
虽然图1-3中凸(凹)体上升角ω是90度，但其他的凸(凹)体几何形状也是可能的。例如，ω可以是如图9所示的锐角或如图10所示的钝角。一般来说，ω最好介于80度和130度之间。
还应该知道，各种不同的凸(凹)体形状和排列方式都可能包含在本发明的范围内。例如，凸(凹)体可以是如图11-12所示的多面体、圆柱体，椭圆柱或其他任何合适的三维形状。另外，可以利用各种办法使凸(凹)体的接触线密度达到最大。凸(凹)体24可以形成为具有如图14和15所示的底部38和顶部40，顶缘30上顶部40的较大周长增加了表面的接触线密度。另外，可以在如图16所示的凸(凹)体24上形成诸如凹口42的特征，以增加顶缘30上的周长，进而增加接触线密度。凸(凹)体还可以是在基底上形成的凹穴。
凸(凹)体可以排列成如上所述的矩形阵列、诸如图4-5所示六边形阵列的多边形阵列，或者环形或卵形排列方式。只要维持在临界接触线密度，凸(凹)体也可以随机分布，尽管这种随机排列可能使超憎液特性小于预计特性且不是最佳方式。在凸(凹)体的这种随机排列中，临界接触线密度和其他相关参数可以视为是表面的平均值。在图13的表中，列出了适用各种其他凸(凹)体形状和排列方式的接触线密度的计算公式。
通常，膜体102使用的材料可以是适合形成微米或纳米尺度的凸(凹)体并且适于在使用膜的工艺环境中使用的任何材料。本发明所适用的微孔膜结构的具体说明公开于第3,801,404、4,138,459、4,405,688、4,664,681、5,013,439和6,540,953号美国专利，这些专利内容均被引用于此。
可以通过光刻或任何一种合适的方法直接在膜体102本身或者在位于膜上的一层或多层其他材料上形成凸(凹)体。公开号为WO02/084340的PCT专利申请公布了一种适于形成微米/纳米尺度的凸(凹)体的光刻法，其内容这里也全部引用于此。
适于形成所需形状和排列的其他方法包括公开号为2002/00334879的美国专利申请公开的纳米加工工艺、第5,725,788号美国专利公开的微冲压工艺、第5,900,160号美国专利公开的微接触印刷工艺、第5,609,907号美国专利公开的自组装金属胶体单分子膜法、第6,444,254号美国专利公开的微冲压工艺、第5,252,835号美国专利公开的原子力微复制纳米加工工艺、第6,403,388号美国专利公开的纳米加工工艺、第6,530,554号美国专利公开的溶胶-凝胶模制法、第6,518,168号美国专利公开的表面自组装单分子膜定向图案化工艺、第6,541,389号美国专利公开的化学蚀刻法，或者公开号为2003/0047822的美国专利申请公开的溶胶-凝胶冲压法，上述所有内容均被引用于此。还可以使用纳米碳管结构形成所需的凸(凹)体几何形状。公开号为2002/0098135和2002/0136683的美国专利申请公开了碳纳米管结构的实例，这些也被引用于此。另外，使用已知的胶体墨水印刷法也可以形成适合的凸(凹)体结构。当然，应该知道，其他任何可形成具有所需精密度的微米/纳米凸(凹)体的方法都可以使用。与本发明的超憎液表面总体相关的更多的详细内容可参见第10/454,740、10/454,742、10/454,743、10/454,745、10/652,586和10/662,979号美国专利申请，这些均为本发明的申请人的申请，且都引用于此。
回到图1A，膜100、110的工作原理便可以得到理解。具有表面必须表现出超憎液特性的最大压力(P)或小于该压力的液体109，和液体接触表面108接触，并在确定液-气界面128的凸(凹)体24的顶缘30上部及其之间悬浮于超憎液表面20。液-气界面128的面积等于超憎液表面20的面积减去所有凸(凹)体24的总剖面积。气体107从膜100的气体接触表面106一侧通入，如箭头所示，穿过微孔104进入基底22和悬浮液体109之间的空间内，和液-气分界表面128的液体109相遇。应该知道，膜100、110的液-气界面的总面积等于液-气界面128的面积加上微孔104的面积。
和已有技术的微孔膜相比，因为可利用的液-气界面面积增加，膜100、110的气体透过率和功效被极大改进。而且超憎液表面较不容易发生因液体不纯或生物膜生长导致的堵塞或变脏。
在不脱离本发明的精神和实质特征的前提下，可以用其他特定形式实施本发明，因此，无论从哪方面看，本发明的实施例都应认为是说明性而非限制性的。
权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1.一种微孔膜，其特征是包括：
膜体部分，其中具有大量微孔，每个微孔具有一横截面积尺寸，该膜体部分具有液体接触表面和相对的气体接触表面，上述液体接触表面具有超憎液表面，包括具有大量形状实质上相同的凸(凹)体的基底，每个凸(凹)体具有相对基底的相同凸(凹)体上升角，该凸(凹)体的位置使超憎液表面的以接触线米数/每平方米表面积计量的接触线密度等于或大于按以下公式确定的接触线密度值“ΛL”，：
Figure A20048001662300261
其中，γ是和上述表面接触的液体的表面张力，单位为牛顿/米，θa，0是通过实验测量出的凸(凹)体材料上液体的实际前进接触角，单位为度，ω是凸(凹)体上升角，单位为度，P是设定液压值，单位为千克/米，当液压最高达到且包括设定压力值的液体和超憎液表面接触时，液体确定一个具有一面积且与基底分隔开的液-气界面，其中液-气界面的面积大于微孔的横截面积尺寸总和。
2.根据权利要求1所述的膜，其特征是该膜为薄膜。
3.根据权利要求1所述的膜，其特征是该膜为纤维。
4.根据权利要求1所述的膜，其特征是上述凸(凹)体是凸出体。
5.根据权利要求4所述的膜，其特征是上述凸(凹)体是多面体形状。
6.根据权利要求4所述的膜，其特征是每一凸(凹)体具有一般为正方形的横截面。
7.根据权利要求4所述的膜，其特征是上述凸(凹)体是圆柱形或椭圆柱形。
8.根据权利要求1所述的膜，其特征是上述凸(凹)体排列成实质上统一的阵列。
9.根据权利要求8所述的膜，其特征是上述凸(凹)体排列成矩形阵列。
10.根据权利要求1所述的膜，其特征是上述凸(凹)体具有相对基底部分的实质上统一的高度，并且该凸(凹)体高度大于按以下公式确定的临界凸(凹)体高度“Zc”：
Figure A20048001662300271
其中d是相邻凸(凹)体间的距离，单位为米，θa，0是通过实验测量出的凸(凹)体材料上液体的实际前进接触角，单位为度，ω是凸(凹)体上升角，单位为度。
11.一种制造具有超憎液液体接触表面的微孔膜的方法，其特征是该方法包括：
提供具有膜体部分的微孔膜，该膜体部分内部具有大量微孔，每个微孔具有一横截面积尺寸，该膜体部分具有第一表面；以及
在上述第一表面上形成超憎液液体接触表面，该超憎液表面包括具有大量形状实质上相同的凸(凹)体的基底，每个凸(凹)体具有相对基底的相同凸(凹)体上升角，这些凸(凹)体排列成使上述超憎液表面的以接触线米数/每平方米表面积计量的接触线密度等于或大于按以下公式确定的接触线密度值“ΛL”：
Figure A20048001662300272
其中γ是和上述表面接触的液体的表面张力，单位为牛顿/米，θa，0是通过实验测量出的凸(凹)体材料上液体的实际前进接触角，单位为度，ω是凸(凹)体上升角，单位为度，P是设定液压值，单位为千克/米，当液压最高达到且包括设定压力值的液体和超憎液表面接触时，液体确定一个具有一面积且与基底分隔开的液-气界面，其中液-气界面的面积大于微孔的横截面积尺寸总和。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征是上述凸(凹)体按选自

Claims (20)

1.一种微孔膜，其特征是包括：
膜体部分，其中具有大量微孔，该膜体部分具有液体接触表面和相对的气体接触表面，上述液体接触表面具有超憎液表面，包括具有大量形状实质上相同的凸(凹)体的基底，每个凸(凹)体具有相对基底的相同凸(凹)体上升角，该凸(凹)体的位置使超憎液表面的以接触线米数/每平方米表面积计量的接触线密度等于或大于按以下公式确定的接触线密度值“ΛL”，：
Figure A2004800166230002C1
其中，γ是和上述表面接触的液体的表面张力，单位为牛顿/米，θa，0是通过实验测量出的凸(凹)体材料上液体的实际前进接触角，单位为度，ω是凸(凹)体上升角，单位为度，P是设定液压值，单位为千克/米，当液压最高达到且包括设定压力值的液体和超憎液表面接触时，液体确定一个与基底分隔开的液-气界面。
2.根据权利要求1所述的膜，其特征是该膜为薄膜。
3.根据权利要求1所述的膜，其特征是该膜为纤维。
4.根据权利要求1所述的膜，其特征是上述凸(凹)体是凸出体。
5.根据权利要求4所述的膜，其特征是上述凸(凹)体是多面体形状。
6.根据权利要求4所述的膜，其特征是每一凸(凹)体具有一般为正方形的横截面。
7.根据权利要求4所述的膜，其特征是上述凸(凹)体是圆柱形或椭圆柱形。
8.根据权利要求1所述的膜，其特征是上述凸(凹)体排列成实质上统一的阵列。
9.根据权利要求8所述的膜，其特征是上述凸(凹)体排列成矩形阵列。
10.根据权利要求1所述的膜，其特征是上述凸(凹)体具有相对基底部分的实质上统一的高度，并且该凸(凹)体高度大于按以下公式确定的临界凸(凹)体高度“Zc”：
Figure A2004800166230003C1
其中d是相邻凸(凹)体间的距离，单位为米，θa，0是通过实验测量出的凸(凹)体材料上液体的实际前进接触角，单位为度，ω是凸(凹)体上升角，单位为度。
11.一种制造具有超憎液液体接触表面的微孔膜的方法，其特征是该方法包括：
提供具有膜体部分的微孔膜，该膜体部分内部具有大量微孔，并且该膜体部分具有第一表面；以及
在上述第一表面上形成超憎液液体接触表面，该超憎液表面包括具有大量形状实质上相同的凸(凹)体的基底，每个凸(凹)体具有相对基底的相同凸(凹)体上升角，这些凸(凹)体排列成使上述超憎液表面的以接触线米数/每平方米表面积计量的接触线密度等于或大于按以下公式确定的接触线密度值“ΛL”：
Figure A2004800166230003C2
其中γ是和上述表面接触的液体的表面张力，单位为牛顿/米，θa，0是通过实验测量出的凸(凹)体材料上液体的实际前进接触角，单位为度，ω是凸(凹)体上升角，单位为度，P是设定液压值，单位为千克/米，当液压最高达到且包括设定压力值的液体和超憎液表面接触时，液体确定一个与基底分隔开的液-气界面。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征是上述凸(凹)体按选自下组方法中的一种方法形成，该组方法包括：纳米加工工艺、微冲压工艺、微接触印刷工艺、自组装金属胶体单分子膜工艺、原子力微复制纳米加工工艺、溶胶-凝胶模制法、自组装单分子膜定向图案化工艺、化学蚀刻法、溶胶-凝胶冲压法、胶体墨水印刷法以及在基底上排列一层平行的纳米碳管的方法。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征是上述方法还包括确定最小接触线密度的步骤。
14.一种制造具有液体接触表面的微孔膜的方法，当液压最高达到设定压力值时该液体接触表面具有超憎液特性，其特征是该方法包括：
选择凸(凹)体上升角；
按照以下公式确定临界接触线密度“ΛL”：
其中，P是设定压力值，γ是液体的表面张力，θa，0是通过实验测量出的凸(凹)体材料上液体的实际前进接触角，单位为度，ω是凸(凹)体上升角，
提供其中具有大量微孔的膜体部分；以及
在膜体部分上形成超憎液表面，该超憎液表面包括具有大量凸起的凸(凹)体的基底，该凸(凹)体排列成使表面的实际接触线密度等于或大于临界接触线密度。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征是上述凸(凹)体使用以下纳米工艺、微冲压工艺、微接触印刷、自组装金属胶体单分子膜工艺、原子力微复制纳米工艺、溶胶-凝胶模制法、自组装单分子膜定向图案化工艺、化学蚀刻法、溶胶-凝胶冲压法、胶体墨水印刷法，或者在基底上排列一层平行纳米碳管的方法形成。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征是还包括选择凸(凹)体几何形状的步骤。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征是还包括选择凸(凹)体阵列形式的步骤。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征是还包括选择至少一种凸(凹)体尺寸和利用接触线密度等式确定至少一种其他凸(凹)体尺寸的步骤。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征是还包括确定最小接触线密度的步骤。
20.根据权利要求14所述的方法，其特征是还包括按照以下公式确定以米计量的临界凸(凹)体高度值“Zc”：
其中，d是相邻凸(凹)体间的距离，单位为米，θa，0是表面上液体的实际前进接触角，单位为度，ω是凸(凹)体上升角，单位为度。
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