JP5000718B2 - 向上した前進抵抗低減プロパティを持つ閉セル表面 - Google Patents

向上した前進抵抗低減プロパティを持つ閉セル表面 Download PDF

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Description

本発明は、概略として、表面上の流動体の流動抵抗を制御する装置及び方法に向けられる。
この章では、本発明のより良い理解を促進するために有用な側面を紹介する。従って、この章の記載はその観点で読まれるべきである。この章の記載は何が従来技術で何が従来技術でないかについての認定として理解されるべきではない。
表面上の流動体の流動抵抗を低減するために技術開発された表面の使用には大きな関心が寄せられている。ナノメートル又はミクロンサイズで隆起した構成を持つ構造化表面は、チャネルを介した液体の移送から、液体中を通過して移動する容器の前進抵抗の低減にまでに及ぶアプリケーションにおいて有望視されている。しかし、これらの表面によって十分な利益が実現される前に克服されなければならない問題がある。
１つの問題は、構造化表面上の液体の流動抵抗は液体の圧力によって大きく変動し得ることである。液体の圧力が増加すると、液体は構造化表面を深く通流することになり、その表面上の液体の流動抵抗が増加する。一方、液体の圧力が減少すると、液体は構造化表面を浅く通流することになり、その流動抵抗は減少する。液体からの空気の拡散が構造化表面上に空気の泡を形成するほどに多い場合も流動抵抗が増加する。例えば、パイプ又はチャネルの内部表面を覆う構造表面上の空気の泡の形成によって、パイプ又はチャネル断面を部分的に遮断することになり、液体の流動抵抗が大幅に増加する。
本発明の実施例は、圧力安定性を向上するとともに流動抵抗を低減する気泡液の形成を促進する構造化表面を持つ装置、並びにそのような装置を使用及び製造する方法を提供することによって、これらの欠点を克服する。
上述の欠点に対処するための本発明の一実施例は装置である。その装置は、基体表面上に配置された複数の閉じたセル（閉セル）からなる。閉セルの各々は１ミリメートル以内の少なくとも１つの寸法を有し、その中に媒質を保持するように構成される。気泡液は界面活性剤を含む流動体壁を有し、その気泡液の層にあるバブルはその媒質で満たされる。
他の実施例は、基体の表面上に配置された流動体の流動抵抗を制御することからなる使用方法からなる。本方法は、基体表面上に配置された上記複数の閉セルに流動体を接触させるステップを含む。本方法はさらに、流動体内の界面活性剤及び媒質の量を調整し、それにより流動体と閉セルの間に気泡液を形成するステップを含む。
さらに他の実施例は製造方法からなる。本方法は基体の表面上に配置された上記の複数の閉セルを形成するステップ、及び閉セルを流動体に接触させるステップからなる。本方法はまた、気泡液が流動体と閉セルの間に形成されるように、界面活性剤及び媒質を流動体に導入するステップを含む。
発明は、添付の図面とともに以降の詳細な説明から最も良く理解される。種々の特徴は必ずしも寸法通りに描かれているわけではなく、記載の明確性のために適宜拡大又は縮小されている。添付の図面とともに以下の記載の参照がなされる。
図１は本発明の装置例の断面図である。 図２は図１に示された装置例の平面図である。 図３は本発明の原理による使用方法の種々の段階における装置例の断面図である。 図４は本発明の原理による使用方法の種々の段階における装置例の断面図である。 図５は本発明の原理による使用方法の種々の段階における装置例の鳥瞰図である。 図６は本発明の原理による使用方法の種々の段階における装置例の断面図である。 図７は本発明の原理による装置の製造方法例における選択された段階の断面図である。 図８は本発明の原理による装置の製造方法例における選択された段階の断面図である。 図９は本発明の原理による装置の製造方法例における選択された段階の断面図である。 図１０は本発明の原理による装置の製造方法例における選択された段階の断面図である。
本発明の一部として、閉セル構造体からなる構造化表面は、液体の動的な圧力の範囲にわたって優れた安定性を持つものの、高い流動抵抗を持つことがあることが認識された。さらに、閉セル構造体の流動抵抗は、閉セル構造体と閉セル構造体上の流動体全体の間に気泡液を形成することによって改善され得ることも分かった。閉セル構造体からそれを覆う流動体の流れを分離することによって、流動抵抗は大きく減少する。
本発明の目的のために、閉セルとは、流動体が配置される面を除く全ての面の開放領域を囲む壁を有するナノ構造体又はマイクロ構造体と定義される。ここで使用されるナノ構造体という用語は、約１ミクロン以下の少なくとも１つの寸法を持つ、表面上に予め画定された隆起構成を意味する。ここで使用されるマイクロ構造体という用語は、約１ミリメートル以下の少なくとも１つの寸法を持つ、表面上に予め画定された隆起構成を意味する。
ここで使用する媒質という用語は構造化表面内に配置可能なあらゆる気体又は液体を意味する。流動体という用語は構造化表面内又は構造化表面上に配置可能なあらゆる気体又は液体を意味する。ある場合では、例えば、媒質は閉セル化されたナノ構造体又はマイクロ構造体内に位置する空気又は窒素のような気体からなり、流動体は閉セル化ナノ構造体又はマイクロ構造体上に位置する水等の液体からなる。
本発明の一実施例は装置である。図１は本発明の特定の構成を示す例示の装置１００の断面図である。図２は図１の線２−２に沿う装置１００の縮小平面図である。明確化のため、図２に媒質及び流動体は図示されていない。
図１−２に示すように、装置１００は基体１１２の表面１１０上に配置された直径１０７の複数の閉セル１０５からなる。ある場合では、基体１１２は平面基体であり、より好ましくは、互いに接触する平面基体の積層体である。例えば、基体１１２はシリコン又は絶縁体上のシリコン（ＳＯＩ）のような無機半導体とすることができる。一方、他の例では、基体１１２は非平面基体であり、プラスチック又は金属のような他の材料とすることもできる。
閉セル１０５各々はナノ構造体又はマイクロ構造体であり、例えば、各々が約１ミリメートル以内、あるいは、約１ミクロン以内の少なくとも１つの寸法を有する。図１及び２に示すような装置１００のある実施例では、各閉セル１０５の約１ミリメートル以下の１つの寸法は、閉セル１０５の壁１１７の平行な厚さ１１５である。他の実施例では、平行な厚さ１１５は約１ミクロン以内である。
図１−２に示す実施例について、各閉セル１０５は六角形であり、壁１１７を共有している。閉セル１０５の他の実施例は円形、四角形、八角形又は他の幾何学的形状とすることができ、壁を共有しない独立した構造としてもよい。閉セル１０５各々が互いに同じ形状及び寸法を有する必要はない。もっとも、装置１００の実施例によっては、製造の容易化のため、及び均一な水性プロパティの表面を与えるために、そうすることが（同じであることが）好ましい。
閉セル１０５は媒質１２０をそこに保持するように構成されている。例えば、図１に示す装置１００について、閉セル１０５各々は媒質１２０（例えば気体）をそこに保持する。図１に示すように、装置１００はさらに閉セル１０５と接触する気泡液１２５からなる。気泡液１２５は界面活性剤１３２を含む流動体壁１３０を含み、気泡液１２５における個々のバブル１３５は媒質１２０で満たされる。図１に示す実施例について、気泡液層１２５は閉セル１０５と閉セル１０５上にある流動体１４０（例えば、水）の間に位置する。流動体１４０はまた、溶解した媒質１２０及び界面活性剤１３２を含むことができる。
装置１００の好ましい実施例では、気泡液１２５は静止気泡液層１４５を有する。即ち、静止気泡液層１４５の個々のバブル１３５は閉セル１０５上で所定の期間実質的に静止したままである。例えば、好ましい実施例では、気泡液層１４５の各バブル１３５は、平均して少なくとも約１分、場合によっては約１５分の期間、特定の閉セル１０５に連係される。さらに好ましくは、流動体１４０及び基体１１２が互いに相対的に移動している（例えば、流動体１４０が基体表面１１０上を移動している、又は基体１１２が流動体１４０内を移動している）ときに、静止気泡液層１４５が存在する。一方、他の実施例では、気泡液１２５は過渡性である。この場合、気泡液１２５におけるバブル１３５は短い期間、例えば、１分以内、場合によっては１秒以内だけ閉セル１０５に連係される。この実施例では、好ましくは、古いバブル１３５が離脱して流動体１４０全体に入っていくのにつれて気泡液１２５が連続的に補給される。
図１の実施例に示すように、流動体壁１３０の少なくとも一部分１４７は閉セル１０５の壁１１７にほぼ平行である。即ち、流動体壁１３０は表面１１０に直角に立ち上がり、それにより閉セル１０５の壁１１７が連続するので閉セル１０５は流動体１４０から分離されている。他の実施例では、バブル１３５をほぼ球状とすることができる。
ある場合では、気泡液１２５の形成は、流動体１４０内に存在する媒質１２０及び界面活性剤１３２を有することに依存する。特に、静止気泡液層１４５を形成するために、流動体１４０内に所定濃度の界面活性剤１３２及び媒質１２０の有することが重要であり、場合によっては決定的である。
これまでは、界面活性剤及び媒質を流動体に付加することによって、流動体に対して移動するマイクロ又はナノ構造体表面によって受ける流動抵抗が低減し得ることが認識されていなかった。結果として、流動体内にある媒質及び界面活性剤の濃度が流動抵抗を低減することに関して結果として生ずる変数であるとは認識されていない。
気泡液１２５内で流動体１４０と媒質１２０の間の境界面１５５に分子１５０の連続層を形成するのに十分な数の界面活性剤分子１５０が存在するように、流動体１４０内に十分な界面活性剤１３２を有することが重要である。ここで、分子１５０各々は極性端１５２及び非極性端１５４からなる。一方、界面活性剤１３２が多過ぎるとミセルが形成されてしまい、これは隣り合うバブル１３５を分離する流動体壁１３０の安定性を損ね得るので、過多な界面活性剤１３２を避けることが重要である。例えば、ある好適な実施例では、流動体１４０内の界面活性剤分子１５０の濃度は約０.１から１重量パーセントの範囲である。
ある場合では、十分な量の媒質１２０を流動体１４０内に有して気泡液の形成を促進することも重要である。特に、ある実施例では、流動体１４０内に溶解した媒質１２０の量は、閉セル１０５内の媒質１２０の臨界圧力を超えるのに十分であることが望ましい。流動体１４０内の媒質１２０の量が臨界圧力を超えたとき、バブル１３５が境界面１５５で形成し、溶け込んで気泡液１２５を形成する。
閉セル１０５内の媒質１２０の臨界圧力は、閉セル１０５の直径１０７だけでなく流動体１４０の表面張力にも依存する。ある好適な実施例では、流動体１４０内の媒質１２０の圧力はその臨界圧力以上である。これは、例えば、流動体１４０内に溶解した媒質１２０が閉セル１０５内の媒質１２０と平衡しているときなどである。一方、他の場合では、媒質１２０が開口部１６０を介してセル１０５内に導入されるときなどに、流動体１４０内に溶解した媒質１２０の圧力は臨界圧力よりも小さくなり得る。閉セル１０５内の媒質１２０の臨界圧力は４・γ／ｄで与えられる。なお、γは流動体１４０内の媒質１２０の表面張力に等しく、ｄは閉セル１０５の直径１０７に等しい。例示として、流動体１４０が水であり、媒質１２０が窒素であり、閉セルの直径１０７が約１０、１５又は２５ミクロンの実施例を想定する。流動体１４０内の媒質１２０の圧力は好ましくはこの実施例における臨界圧力を超え、それぞれ、約２１６、１４４又は８６Ｔｏｒｒである。
一方、流動体１４０内に過度に多量の媒質１２０があると、それは静止気泡液層１４５の形成を妨害することになるので好ましくない。例えば、ある実施例では、流動体１４０内の媒質１２０の量は臨界圧力以上約１０パーセント以内である。流動体１４０内の媒質１２０の量が臨界圧力を大きく超える場合（例えば、臨界圧力以上１０パーセント超の場合）には、媒質１２０は流動体１４０からバブル１３５へ拡散し続ける。これによって、界面活性剤１３２がもはや流動体壁１３０を安定化させることができなくなるまでバブル１３５が成長し、バブル１３５はともに合体して表面から離脱し、これによって気泡液１２５は損なわれる。気泡液１２５は流動体１４０と媒質１２０の間の境界面１５５で再構成し、このプロセス全体が繰り返される。
ある実施例では、基体１１２の表面１１０は閉セル１０５の各々を媒質１２０の導入源１７０に結合する開口部１６０を有する。例えば、図１に示すように、導入源１７０は媒質１２０で満たされ、開口部１６０に結合されたチャンバ１７２を備えることができる。導入源からセル１０５に供給される媒質１２０の量はレギュレータ１７４（例えば、弁）で制御される。このような実施例では、導入源１７０からセル１０５に供給される媒質の圧力が臨界圧力を超えるように調整するのが望ましい。さらに他の場合、装置１００は、米国特許出願第１１／２２７７３５号（その全体が参照としてここに取り込まれる）に記載されるように、流動体１４０の部分を追加の媒質１２０に電気分解的に変換するように構成されていてもよい。
図１に関連して上述したように、各界面活性剤分子１５０は好ましくは極性端１５２及び非極性端１５４を有する。例えば、ある好適な実施例では、界面活性剤分子１５０は陰イオン系界面活性剤（例えば、ドデシル硫酸ナトリウム）、陽イオン系界面活性剤（例えば、ポリオキシエチレン牛脂アミン）、非イオン系界面活性剤（例えば、セチルアルコール）、又は両性（双性）界面活性剤からなる。
ある好適な実施例では、界面活性剤１３２がイオン性界面活性剤分子１５０（例えば、ドデシル硫酸ナトリウム）からなるときには、極性端１５２が流動体１４０に接触し、非極性端１５４が気泡液１２５内にある媒質１２０（例えば、空気のような非極性媒質）に接触する。例えば、図１に示すように、流動体壁１３０各々は好ましくは界面活性剤分子１５０の２つの層１８０及び１８２からなり、各層１８０及び１８２は流動体１４０に接触する界面活性剤分子１５０の極性端１５２、及び気泡液１２５内にある媒質１２０に接触する非極性端１５４を有する。一方、他の実施例では、異なるタイプの界面活性剤１３２（例えば、両性又は非イオン性界面活性剤）が使用され得る。この場合、流動体１４０及び媒質１２０に対する界面活性剤分子１５０の構成がより複雑になるが、界面活性剤１３２は気泡液安定性に対して同じ所望の影響を持つ。
界面活性剤１３２は、気泡液１２５における個々のバブル１３５が合体したり結合したりするのを防止することによって流動体壁１３０を安定化する重要な役割を担っている。流動体壁１３０に与えられた安定性は少なくともある程度は界面活性剤分子１５０同士の斥力と界面活性剤分子１５０と媒質１２０及び流動体１４０との間の引力によるものと考えられている。図１の実施例に示したように、界面活性剤分子１５０は自己形成して流動体１４０と媒質１２０の間の境界面１５５で連続層１８０及び１８２を形成する。２つの層１８０及び１８２の各々における界面活性剤分子１５０の極性端１５２は互いに対向し、流動体１４０のわずかな厚さ１８５（例えば、約１ミクロン以下）によって分離されている。界面活性剤分子１５０の極性端１５２は互いに反発し、流動体壁１３０がさらに薄くなるのが防止され、これにより安定化される。さらに説明すると、個々のバブル１３５は閉セル１０５の直径１０７にほぼ等しい直径１８７を有する。好ましくは、バブル１３５はほぼ均一な大きさを有する。
本発明の他の側面は使用方法である。例えば、本発明の装置の実施例は流動抵抗を制御することが望まれるような方法において使用される。図３−４及び５−６は、基体の表面に流れる流動体の流動抵抗を制御することからなる種々の使用段階における装置例３００、５００の断面図である。見方は図１の見方と同様であるが、倍率はより低い。上述し、図１−２に示した種々の実施例のいずれも本方法に利用できる。図３−４及び５−６では、図１−２に示したのと同様の構造を図示するのに同じ符号を用いている。
ある場合において、図３−４に関連して説明されるように、本方法はチャネルを介して流動体を移送する一方で装置３００における流動抵抗を制御するために使用される。図３は、流動体１４０を基体１１２の表面１１０にある複数の閉セル１０５に接触させた後の装置例３００の断面図である。閉セル１０５はナノ又はマイクロ構造体の閉セルである。即ち、閉セル１０５の各々は、それぞれ１ミクロン又はミリメートル以内の少なくとも１つの寸法を有する。
図３に示した実施例について、装置３００は微細流動体学的装置として構成され、基体１１２は装置のチャネル３１０を備えるように構成される。流動体１４０の閉セル１０５への接触は、流動体１４０を装置３００上又は装置３００内、例えばチャネル３１０上又はチャネル３１０内に置くことによってなされる。図３に示すように、閉セル１０５は流動体１４０を移送するように構成されたチャネル３１０の内部表面１１０に対応する。基体１１２はチャネル３１０を画定する構造の少なくとも一部分を構成する。微細流動体光学的装置は約１ミリメートル以下の少なくとも１つの寸法を有する。例えば、チャネル３１０の幅３１５及び高さ３２０の一方又は両方が約１ミリメートル以下となる。図３に示すように流動体１４０は閉セル１０５に接触し、その結果として、例えば、流動体１４０がチャネル３１０を通過するときに流動抵抗が高くなっている。
図４は流動体１４０における界面活性剤１３２及び媒質１２０の量を調整し、それにより流動体１４０と閉セル１０５の間の気泡液１２５を形成した後の装置３００の断面図である。その結果として、チャネル３１０を通過する流動体１４０の流動抵抗が小さくなる。例えば、ある好ましい実施例では、気泡液１２５を形成することによって、流動体１４０が（例えば、図３に示すような）気泡液１２５の介在しない閉セルに接触しているときと比べて、チャネル３１０に適用される所定の圧力ヘッドに対して流動体１４０がチャネル３１０を速いレートで流れることが可能となる。ある場合では、気泡液１２５を形成すると流動体１４０と媒質１２０の間の滑り境界面１５５が構成され、結果的に流動抵抗が低減する。この場合、流動体１４０は、セル１０５の壁１１７に隣り合う流動体壁１３０の最下部では（図１）、流動体壁１３０と固体壁１１７の間の滑らない境界面のために速度がゼロとなる。
図４に示すように、１以上の通路４１０、４１５（例えば、パイプ）がチャネル３１０に結合されていてもよい。通路４１０、４１５は界面活性剤１３２及び媒質１２０を流動体１４０に移送するように構成される。媒質１２０が気体（例えば、空気）からなる場合には、所定量の媒質１２０が流動体１４０に溶解される。後の段階で、溶解した気体はセル１０５に拡散し、気泡液１２５におけるバブル１３５を成長させる。ある場合では、所定量の界面活性剤１３２及び媒質１２０が流動体１４０に導入されて、所望の流動抵抗の低減、及び対応する流速の増加を達成する。流動抵抗の所定の低減を得るのに必要な界面活性剤１３２及び媒質１２０の量は分からない場合もある。この場合、チャネル３１０内の流動体１４０の流速をモニタしながら、流動体１４０に導入される界面活性剤１３２及び媒質１２０の一方又は両方を段階的に増加させて調整することができる。
他の場合では、図５−６に示すように、本方法は、流動体を通って移動する乗物のような装置における流動抵抗を制御するのに使用される。即ち、閉セルで覆われた外部表面を有する本体が流動体を通って移動する間に流動抵抗の制御がなされる。図５は、基体１１２の表面１１０に配置された複数の閉セル１０５に流動体１４０を接触させた後の例示の装置５００の鳥瞰図である。ここでも、閉セル１０５はナノ又はマイクロ構造の閉セルである。図５に示す実施例において、装置５００は水上又は水面下の乗物のような乗物として構成され、基体１１２は装置５００の本体５１０の少なくとも一部を構成する。図５に示すように、基体表面１１０は本体５１０の外部表面である。本体５１０は流動体中又は流動体上を移動するように構成されている。ある場合では、例えば、本体５１０は乗物の船体である。流動体１４０を閉セル１０５に接触させることは、装置５００を流動体１４０上又は流動体１４０中に置くことによってなされる。図３との関連で述べたように、流動体１４０が閉セル１０５に気泡液１２５の存在なしに接触する場合、流動抵抗は、例えば、本体５１０が流動体１４０を通過するときに高くなってしまう。
図６は流動体１４０内の界面活性剤１３２及び媒質１２０の量を調整して流動体１４０と閉セル１０５の間に気泡液１２５を形成した後の装置５００の（図５の線６−６に沿った）断面図である。ある好適な実施例では、気泡液１２５を形成することによって、流動体１４０が閉セル１０５に気泡液１２５を介在させずに接触している場合に比べて、本体５１０に加えられた推進力に対して少ない前進抵抗で本体５１０が流動体１４０内を通過できる（例えば、図３に示すものと同様である）。図６にさらに示すように、ある場合では、流動体１４０と界面活性剤１３２及び媒質１２０の量を調整することは、界面活性剤１３２及び媒質１２０の一方又は両方を基体１１２の表面１１０にある開口部１６０を介して閉セル１０５に導入することからなる。これは気泡液１２５が過渡的な気泡液からなる場合に有利であり、基体１１２の表面１１０に気泡液１２５におけるバブル１３５（図１）を連続的に補給することが望ましい。図１に関して述べたように、媒質１２０は開口部１６０に結合された媒質源１７０からチャンバ１７２及びレギュレータ１７４を介して制御しながら導入することができる。開口部１６０を介して閉セル１０５に導入される媒質１２０の量は閉セル１０５内の媒質１２０の臨界圧力を超えるのに十分なものとするのが好ましい。同様に、界面活性剤１３２は開口部１６０に結合された界面活性剤源６１０及びレギュレータ６１５を介して制御しながら導入することができる。界面活性剤１３２は、媒質１２０を導入するために使用するのと同じチャンバ１７２を介して、又は個別のチャンバを介して導入される。
本発明の他の実施例は製造方法である。図７−１０は本発明の原理に従って装置７００を製造する方法例の選択された段階の断面図である。図１−６に示した装置の上述した実施例のいずれもがこの方法によって作製できる。同じ符号を用いて図１−６に示したのと同様の構成を図示する。
図７は、米国特許出願第１１／２２７６６３（その全体が参照としてここに取り込まれる）に記載されるように、基体１１２を用意し、閉セル１０５を基体１１２に形成する。例えば、閉セル１０５は、従来のフォトリソグラフ及びウェット若しくはドライエッチングプロセスを用いて、又は基体１１２をドリルで穴あけすることによって基体１１２の表面１１０の上に形成される。例えば、閉セル１０５を形成することは、基体１１２に深い反応性イオンエッチングをすること、又は当業者に周知の他の手順を行うことを含む。
さらに、図７に示すように、ある場合では、開口部１６０は基体１１２の表面１１０に形成される。閉セル１０５を形成するのと同じ手順が開口部１６０を形成するために用いられる。好ましくは、各閉セル１０５はそこに形成された少なくとも１つの開口部１６０を有する。
ある場合では、図８に示すように、基体１１２はチャンバ１７２が形成された第２の基体８１０に結合される。第１及び第２の基体は、開口部１６０がチャンバ１７２に通じるように結合される。さらに、チャンバ１７２は媒質１２０（例えば、窒素ガスのタンク）の導入源１７０に結合され、それがさらに、媒質１２０の閉セル１０５への導入を制御するように構成されたレギュレータ１７４を含む。ある場合では、界面活性剤の導入を促進するための同様の構成要素が存在する。
図９は、例えば、流動体１４０を基体の表面１１０に配置することによって、又は基体１１２を流動体１４０内に置くことによって閉セル１０５を流動体１４０に接触させた後の部分的に完成した装置７００である。図９に示すように、界面活性剤及び媒質がないので、流動体１４０全体は直接閉セル１０５に接触する。
図１０は、気泡液１２５が流動体１４０と閉セル１０５の間に形成するように界面活性剤１３２及び媒質１２０を流動体１４０に導入した後の部分的に完成した装置７００である。媒質１２０及び界面活性剤１３２が直接流動体１４０内に、又は基体１１２に形成された選択的開口部１６０を介して導入される。好ましい実施例では、媒質１２０の導入は、流動体１４０内のある量の媒質１２０を、閉セル１０５内の媒質１２０の臨界圧力を超えるように溶解させることを含む。例えば、ある場合では、流動体１４０（例えば、液体のＨ２Ｏ）内の媒質１２０（例えば、Ｎ２ガス）の臨界圧力は８６から２１６Ｔｏｒｒの範囲であり、流動体１４０内の界面活性剤１３２（例えば、ドデシル硫酸ナトリウム）の濃度は約０.１から１重量パーセントの範囲である。
本発明が詳細に記載されてきたが、当業者であれば本発明の範囲から離れることなく種々の変形、置換及び修正を行うことができることが分かるはずである。

Claims (11)

  1. 装置であって、
    基体上の複数のセルであって、前記セルの各々が１ミリメートル以内の少なくとも１つの寸法を有し、媒質を保持するように構成され、前記セルの各々が、前記基体の表面の領域を側部で囲む壁と頂部開口部とを有する、複数のセル、及び
    前記セルの前記壁と接触する気泡液層であって、前記気泡液層のバブルが界面活性剤を含む流動体壁を有し、前記バブルが前記媒質で満たされており、前記バブルが平均して少なくとも１分の期間にわたって前記セルの前記頂部開口部上に実質的に静止したままでいる、気泡液層
    からなる装置。
  2. 請求項１の装置において、前記気泡液層の個々のバブルが前記セルの直径にほぼ等しい直径を有する装置。
  3. 請求項１の装置において、前記界面活性剤がイオン性界面活性剤分子からなる装置。
  4. 請求項１の装置において、前記界面活性剤が極性端及び非極性端を有する界面活性剤分子からなり、前記極性端が前記流動体と接触し、前記非極性端が前記気泡液内にある前記媒質と接触している装置。
  5. 請求項１の装置において、前記流動体壁が２層の界面活性剤分子からなり、各層が前記流動体と接触する前記界面活性剤分子の極性端、及び前記気泡液内にある前記媒質に接触する非極性端を有する装置。
  6. 請求項１の装置において、γが前記流動体の表面張力に等しく、ｄが前記セルの直径に等しいものとして、前記流動体内の前記媒質の圧力が４・γ／ｄ以上である装置。
  7. 基体の表面上に配置された流動体の流動抵抗を制御することからなる装置の使用方法であって、
    基体上の複数のセルに流動体を接触させるステップであって、前記セルの各々が１ミリメートル以内の少なくとも１つの寸法を有し、媒質を保持するように構成され、前記セルの各々が、前記基体の表面の領域を側部で囲む壁と頂部開口部とを有している、ステップ、及び
    前記流動体内の界面活性剤及び媒質の量を調整して、それにより前記セルの前記壁と接触する気泡液層を形成する調整ステップであって、前記気泡液層のバブルが界面活性剤を含む流動体壁を有し、前記バブルが前記媒質で満たされており、前記バブルが平均して少なくとも１分の期間にわたって前記セルの前記頂部開口部上に実質的に静止したままでいる、ステップ
    からなる方法。
  8. 請求項７の方法において、前記基体がチャネルを備え、前記複数のセルが前記チャネルの内部表面を構成する前記表面上にあり、前記気泡液層の形成が、前記流動体が前記気泡液層の介在しない前記セルに接触しているときと比べて、前記チャネルに適用される所定の圧力ヘッドに対して前記流動体が前記チャネルを速いレートで流れることを可能とする方法。
  9. 装置の製造方法であって、
    基体上の複数のセルを形成するステップであって、前記セルの各々が１ミリメートル以内の少なくとも１つの寸法を有し、媒質を保持するように構成され、前記セルの各々が、前記基体の表面の領域を側部で囲む壁と頂部開口部とを有している、ステップ、
    前記セルを流動体に接触させるステップ、及び
    界面活性剤及び媒質を前記流動体に導入し、前記セルの前記壁と接触する気泡液層を形成するステップであって、前記気泡液層のバブルが前記界面活性剤を含む流動体壁を有し、前記バブルが前記媒質で満たされており、前記バブルが平均して少なくとも１分の期間にわたって前記セルの前記頂部開口部上に実質的に静止したままでいる、ステップ
    からなる製造方法。
  10. 請求項９の製造方法において、前記媒質を導入するステップが、前記流動体に前記セル内の前記媒質の臨界圧力を超える所定量の前記媒質を溶解させるステップからなり、γが前記流動体の表面張力に等しく、ｄが前記セルの直径に等しいものとして、前記流動体内の前記媒質の圧力が４・γ／ｄ以上である製造方法。
  11. 請求項７の方法において、前記装置が前記流動体中を移動するように構成された本体を含み、前記複数のセルが前記本体の外部表面を構成する前記表面上にあり、前記気泡液層の形成が、前記流動体が前記気泡液層の介在しない前記セルに接触しているときと比べて、前記本体に加えられた推進力に対して少ない前進抵抗で前記本体が前記流動体内を通過することを可能とする方法。
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