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    重庆时时彩后三杀号: 具有防污表面的物品及制造方法.pdf

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    具有 防污 表面 物品 制造 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN200710160306.3

    申请日:

    2007.12.19

    公开号:

    CN101225755A

    公开日:

    2008.07.23

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效|||公开
    IPC分类号: F01D25/00 主分类号: F01D25/00
    申请人: 通用电气公司
    发明人: N·巴特; V·K·帕里克; K·K·瓦拉纳西
    地址: 美国纽约州
    优先权: 2006.12.19 US 11/612516
    专利代理机构: 中国专利代理(香港)有限公司 代理人: 原绍辉;杨松龄
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN200710160306.3

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2010.02.17|||2008.07.23

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    提供一种包括防污表面(12)的物品(10)。表面(12)包括具有足以产生关于油至少大约30度的标称接触角的标称液体润湿性的材料;和包括布置在表面上的多个特征部(16)的纹理结构。特征部(16)具有选定的尺寸、形状和定向,使得表面(12)具有足以产生关于油的大于标称接触角的有效接触角的有效润湿性。特征部(16)包括高度(20)(h)、宽度(22)(a)、间距(b),使得b/a比小于大约4,而h/a比小于大约10。在一个实施例中,提供包括防污表面(12)的涡轮机构件。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种物品(10),其包括:
    表面(12),其中表面(12)包括:
    具有足以产生关于油至少大约30度的标称接触角的标称液体润湿性的材料;和
    包括布置在表面(12)上的多个特征部(16)的纹理结构;
    其中特征部(16)具有选定的尺寸、形状和定向,使得表面(12)具有足以产生关于油的大于标称接触角的有效接触角的有效的润湿性;
    其中特征部(16)包括高度(20)(h)、宽度(22)(a)、和间距(b),使得
    b/a比小于大约4,以及
    h/a比小于大约10。

    2.  根据权利要求1所述的物品(10),其中表面(12)具有足以产生关于水的至少大约110度的有效接触角的有效润湿性。

    3.  根据权利要求1所述的物品(10),其中a小于大约10微米。

    4.  根据权利要求1所述的物品(10),其中有效接触角比标称接触角大至少大约5度。

    5.  根据权利要求1所述的物品(10),其中表面(12)具有小于大约0.8微米的平均粗糙度。

    6.  根据权利要求1所述的物品(10),其中多个特征部(16)的至少一个子集突出在物品(10)的表面(12)上。

    7.  根据权利要求1所述的物品(10),其中多个特征部(16)的至少一个子集为布置在表面上的多个凹腔。

    8.  根据权利要求1所述的物品(10),其中特征部(16)包括从包括陶瓷、金属间化合物和聚合物的组选择的至少一种材料。

    9.  根据权利要求1所述的物品(10),其中表面(12)包括表面(12)能量修改层。

    10.  根据权利要求1所述的物品(10),其中表面(12)防止从包括轴承油、轻涡轮机油和合成油的组选择的成分的污垢。

    11.  根据权利要求1所述的物品(10),其中物品(10)包括涡轮机组件的构件。

    12.  一种给予物品(10)的表面(12)防污的方法,该方法包括:
    提供包括基底的物品(10),其中基底包括具有足以产生关于油的标称接触角的标称液体润湿性的材料;
    在基底上布置多个特征部(16)以形成表面,其中特征部(16)具有选定的尺寸、形状和定向,使得表面(12)具有足以产生关于油的大于标称接触角的有效接触角的有效润湿性;其中特征部(16)包括高度(20)(h)、宽度(22)(a)、间距(b),使得
    b/a比小于4,h/a比小于大约10;且平均粗糙度小于大约0.8微米;
    其中表面(12)具有足以产生关于油大于大约30度的有效接触角的液体润湿性;使得表面(12)的污垢减少。

    说明书

    说明书具有防污表面的物品及制造方法
    技术领域
    本发明涉及具有防污属性的表面。更具体地,本发明涉及包含设计为提供防水和油的纹理结构的表面。本发明也涉及包括这种表面的物品,以及制造这种物品和表面的方法。
    背景技术
    许多机器构件,例如涡轮机器构件,在操作期间由于油、水、颗粒和其他污垢介质变污垢。污垢可能导致机器效率的降低以及裂隙腐蚀,导致更短的寿命。当污垢发生在发电设备中的压缩机叶片上时,技术方案通常使用离线清洗以移除污垢物质,其可能导致显著的?;奔?。防污涂层常规地用于减轻这种问题。致力于制造防污表面的很多工作已经取决于疏水性的、通常为聚合物的涂层的使用。这些涂层,尽管有效,在实际应用中经常受低的防磨损性、温度特性和短的寿命期限限制。
    因此,需要提供带有具有防污属性的耐用表面的物品。此外,需要用于制造这种表面和具有防污表面的物品的方法。
    发明内容
    本发明的实施例通过提供具有防污属性的物品满足这些和其他要求。例如,一个实施例为物品。物品包括表面。表面包括具有足以产生关于油至少大约30度的标称接触角的标称液体润湿性的材料;和包括布置在表面上的多个特征部的纹理结构。特征部具有选定的尺寸、形状和定向,使得表面具有足以产生关于油的大于标称接触角的有效接触角的有效的润湿性。特征部包括高度(h)、宽度(a)、间距(b),使得b/a比小于大约4,而h/a比小于大约10。
    本发明的另一方面提供涡轮机构件。涡轮机构件包括表面。表面包括具有足以产生关于油至少大约30度的标称接触角的标称液体润湿性的材料;和包括布置在表面上的多个特征部的纹理结构。特征部具有选定的尺寸、形状和定向,使得表面具有足以产生关于油的大于标称接触角的有效接触角的有效的润湿性。特征部包括高度(h)、宽度(a)、间距(b),使得b/a比小于4,h/a比小于大约10;而平均粗糙度小于大约1.6微米。
    本发明的又一方面提出一种提供防污物品表面的方法。该方法包括:提供包括基底的物品;在基底上布置多个特征部以形成表面,从而减少表面的污垢?;装ň哂凶阋圆赜谟偷谋瓿平哟ソ堑谋瓿埔禾迦笫缘牟牧?。特征部具有选定的尺寸、形状和定向,使得表面具有足以产生关于油的大于标称接触角的有效接触角的有效润湿性。特征部包括高度(h)、宽度(a)、间距(b),使得b/a比小于4,h/a比小于大约10;而平均粗糙度小于大约1.6微米。
    本发明的这些和其他方面、优势和突出特征将从以下的详细描述、附图和所附权利要求书显而易见。
    附图说明
    图1为根据本发明的一个实施例显示纹理结构的物品表面的示意性截面图;
    图2为布置在标称上平的表面上流体的图示;
    图3为根据本发明的一个实施例涡轮机翼片的截面图;
    图4显示油滴在具有不同b/a比的硅柱上的照片;
    图5为对于硅柱结构滚离液滴半径作为b/a的函数;
    图6为对于硅孔结构滚离液滴半径作为b/a的函数;和
    图7为对于耐冲击纹理结构柱尺寸作为b/a的函数的曲线。
    具体实施方式
    在以下描述中,贯穿附图中显示的几个图相同的附图标记标识相同或相应的部件。也应当理解的是,诸如“顶”、“底”、“外部”、“内部”等术语是方便用词而不解释为限制术语。另外,任何时候本发明的特定特征表述为包括或包含一组的大量元件的至少一个及其组合时,应当理解的是,特征可以包括或包含该组的任何元件,单独地或者与该组的任何其他元件组合。
    如在此使用的,“接触角”或“静态接触角”是在参考液体的静止液滴和该液滴布置在其上的水平表面之间形成的角,在液体/基底界面处测量。接触角用于表面润湿性的测量。如果液体完全扩展在表面上且形成膜,接触角为0度。随着接触角增加,润湿性减小?!胺牢郾砻妗币庠诿枋鼍哂写笾录跎俚奈酃附橹?,诸如油、水、污物颗粒、油脂或其他外来材料在表面上的附着趋向的表面。与没有披露的处理的表面相比,它们特征在于表面上污垢介质的减少的积累和更容易的移除。
    一般地参见附图且特别地参见图1,应当理解的是,图示是用于描述本发明特定实施例的目的,而不意在限制本发明到其。图1为根据本发明一个实施例的物品表面的示意性截面图。物品10包括表面12。如在此使用的,术语“表面”指的是物品10与环绕物品10的外部环境直接接触的部分。取决于物品的具体构造,表面可以包括基底、特征部或布置在基底上的表面修改层。表面12具有低的液体润湿性。表面12的液体润湿性的一种通常接受的测量为形成在表面12和在表面12和液滴15之间接触点处的参考液体的液滴15表面的切线13之间的静态接触角14的值。接触角14的高的值指的是参考液体在表面12上的低润湿性。参考液体可以为任何有关的液体。在某些应用中,参考液体为水。在其他应用中,参考液体为包含至少一种碳氢化合物的液体。在特定实施例中,参考液体为油。如在此使用的,“油”应当理解为具有它的通用含义以覆盖多种不与水混溶的油性物质。示例包括动物、植物、或原生矿物油,以及合成油。油的特定示例包括石油基产品,例如原油和从其蒸馏的产品,例如煤油、汽油、石蜡等。在一些实施例中,油包括工业润滑剂,例如轴承油或轻涡轮机油。如在此使用的,术语“防油”理解为指的是产生与油的至少大约30度的静态接触角的表面。由于润湿性部分取决于参考液体的表面张力,给定表面对于不同液体可能具有不同的润湿性(且因此形成不同的接触角)。
    表面12包括具有足以产生关于油至少大约30度的标称接触角的标称液体润湿性的材料。为了理解本发明,“标称接触角”34(图2)意味着在参考液体36的液滴布置在基本包含该材料的平的、光滑(<1nm表面粗糙度)表面32上时测量的静态接触角34。该标称接触角34为材料的“标称润湿性”的测量。在一个实施例中,关于油的标称接触角为至少大约50度。在一个实施例中,关于油的标称接触角为至少大约70度。在一个实施例中,关于油的标称接触角为至少大约100度。在又一实施例中,关于油的标称接触角为至少大约120度。
    表面12(图1)包括从包括陶瓷、金属间化合物和聚合物的组选择的至少一种材料。合适的陶瓷材料包括无机氧化物、碳化物、氮化物、硼化物及其组合。这种陶瓷材料的非限制性示例包括氮化铝、氮化硼、氮化铬、碳化硅、氧化锡、二氧化钛、碳氮化钛、氮化钛、氧氮化钛、硫化锑(stibinite)(SbS2)、氧化锆、二氧化铪及其组合。在某些实施例中,表面包括金属间化合物。合适的金属间化合物材料的示例包括但不限于铝化镍、铝化钛及其组合??梢杂糜诒砻?2的聚合物材料包括但不限于聚四氟乙烯、氟代丙烯酸酯、fluoroeurathane、氟硅氧烷、改性的碳酸盐、硅树脂及其组合。材料基于希望的接触角、使用的制作技术和物品的最终用途应用选择。
    表面12进一步包括纹理结构,其包括多个特征部16。本发明人已经发现,如下文详细描述,通过为包括相对高标称润湿性的材料提供的表面12具有特定纹理结构,得到的有纹理结构的表面能够具有比制作表面的材料固有的润湿性显著低的润湿性。特别地,表面12具有对参考液体足以产生大于标称接触角的有效接触角的有效润湿性(即有纹理结构表面的润湿性)。在一个实施例中,有效接触角比标称接触角大至少大约5度。在另一实施例中,有效接触角比标称接触角大至少大约10度。在又一实施例中,有效接触角比标称接触角大至少大约20度。在另一实施例中,有效接触角比标称接触角大至少大约30度。如下文详细描述的,有效接触角部分取决于特征部形状、尺度和间距。
    如上文所述,表面12具有包括多个特征部16的纹理结构。多个特征部16可以为任何形状,包括凹口、突出、纳米多孔固体、凹痕等的至少一种。特征部可以包括凸起、锥体、条、丝、通路、大致球形特征部、大致圆柱形特征部、棱锥形特征部、棱柱结构及其组合等。多种特征部形状适合用作特征部16。在一些实施例中,如图1所示,多个特征部16的至少一个子集突出在物品的表面12上。在一些实施例中,多个特征部16的至少一个子集是布置在表面12中的多个凹腔17。在一些实施例中,特征部16的至少一个子集具有从包括立方体、直角棱柱、圆锥体、圆柱、棱锥体、梯形棱柱、和半球或其他球形部分的组选择的形状。无论特征部为突出16或凹腔17,这些形状都是适合的。
    特征部16(图1)的尺寸能够以多种方式表征。特征部16包括高度(h)20,其表示在表面12上突出特征部的高,或在凹腔17的情况下凹腔延伸到表面12内的深度。特征部16进一步包括宽度(a)22??矶鹊淖既沸灾式【鲇谔卣鞑康男巫?,而定义为在特征部将自然地接触放在物品表面上的液体液滴的点处特征部的宽。特征部16的高和宽参数对表面12上观察的润湿性能具有显著的效果。
    特征部定向是根据本发明实施例的表面润湿性工程中的进一步设计考虑。特征部定向的一个显著方面为特征部的间距。参见图1,在一些实施例中,特征部16以通过间距(b)24表征的间隔开来的关系布置。间距24定义为两个最接近的相邻特征部的边缘之间的距离。定向的其他方面也可以考虑,例如顶部25(或凹腔的底部26)从平行于表面12偏离的范围,或特征部16从关于表面12垂直的定向偏离的范围。
    在一些实施例中,所有多个特征部16具有大致相同的h、a和/或b(“顺序阵列”)的相应值,尽管这不是一般要求。例如,多个特征部16可以为特征部的集合,展示尺寸、形状、和/或定向的随机分布。此外,在某些实施例中,多个特征部通过以h、a、b、或其任何组合的多模态分布(例如双模态或三模态分布)表征。这种分布在遇到一定范围液滴尺寸的环境中可以有利地提供减少的润湿性。通过考虑这些参数的分布性质,因而可以最佳地进行h、a、b对润湿性的效果的估计。使用表示概率分布的变量进行分析的技术在本领域中是众所周知的,例如蒙特卡洛(Monte Carlo)仿真。这种技术可以应用于设计用于本发明的物品的特征部16。因此,应当理解的是,在参数a、b、h等在此在多个特征部,而不是单个特征部的上下文中描述时,这些参数应当解释为表示多个特征部作为总体的中间值。
    低润湿性表面的许多应用,例如防污表面,除了要求低水平的摩擦和液滴和表面之间的其他接触力以促进容易的液滴滚离之外,不仅要求对于水的高接触角,而且要求对于油的合理的高接触角。特征部的形状、尺度和间距,与表面的材料成分一起都影响表面的润湿性。发明人已经发现,可以选择特征部尺度和间距使得对水和对油的有效接触角最优化以减轻表面污垢。
    因而设计和制作的表面具有对水和油的选定的润湿性以实现防污特性。在一个实施例中,关于水的标称接触角为至少大约100度。在一个实施例中,关于水的标称接触角为至少大约110度。在一个实施例中,关于水的标称接触角为至少大约120度。在又一实施例中,关于水的标称接触角为至少大约130度。在某些实施例中,关于水的标称接触角为至少大约150度。
    本发明人已经开发了用于生成具有对水和油的高接触角(低润湿性)以及容易的液滴滚离的表面纹理结构的设计方法。通过合适选择b/a、和h/a,结合基于应用环境合适选择的材料,表面能够设计为使得冲击表面的液体液滴将展示疏水性的和防油属性以及容易滚离的性能。因此,特征部包括高度(h)、宽度(a)、和间距(b),使得b/a比小于大约4,而h/a比小于大约10。
    典型地,参数a小于大约10微米。在一些实施例中,a小于大约5微米。在其它实施例中,a小于大约2微米。在一些实施例中,a在从大约100纳米到大约1微米的范围。在某些实施例中,b/a在从大约0.3到大约2的范围。在某些其他实施例中,b/a在从大约0.5到大约4的范围。在某些实施例中,h/a在从大约0.5到大约5的范围。在某些其他实施例中,h/a在从大约0.5到大约1的范围。在特定实施例中,a在从大约100纳米到大约1微米的范围;h在从大约100纳米到大约2微米的范围;而b在从大约200纳米到大约2微米的范围。在另一实施例中,a在从大约500纳米到大约1微米的范围,b/a在从大约0.5到大约4的范围,h/a在从大约0.5到大约1的范围。在特定实施例中,尤其是气动阻力是重要考虑因素时,例如在涡轮机器构件中,表面具有小于大约1.6微米的平均粗糙度,例如小于大约0.8微米。(平均粗糙度为粗糙度曲线坐标的绝对值的算术平均)。
    组成纹理结构13的多个特征部16(图1)不需要限制到表面12或表面12的直接邻近区域。在一些实施例中,物品10进一步包括布置在表面12下的大块部分11,且多个特征部16延伸到大块部分11内。将特征部16分布整个物品10,包括在表面12处和在大块部分11内,允许当表面的顶层腐蚀掉时表面12再生。
    在某些实施例中,表面包括表面能量修改层(未显示)。在某些情况下,表面能量修改层包括布置在基底上的涂层?;卓梢园ń鹗?、合金、塑料、陶瓷或其任何组合的至少一个?;卓梢圆扇∧?、片或大块形状的形式?;卓梢砸宰钪招问?,例如完成的部件;近净形;或将随后制造成物品10的预制品表示物品10。表面12可以为基底的整体部件。例如,表面12可以通过将纹理结构直接复制到基底上,或通过将纹理结构压印到基底上,或通过本领域中任何其他已知的将预定表面纹理结构形成或给予在基底表面上的方法形成??商婊坏?,表面12可以包括通过本领域中已知的任何数量技术布置或沉积到基底上的层。
    涂层包括从包括疏水性的硬涂层、氟化材料、聚合材料、复合材料、及其不同组合的组选定的至少一种材料。合适的疏水性硬涂层示例包括但不限于金刚石类碳(DLC)--包括氟化DLC、氧化钽、碳化钛、氮化钛、氮化铬、氮化硼、碳化铬、碳化钼、碳氮化钛、氮化硼、和氮化锆。如在此使用的,“疏水性硬涂层”指的是一类具有超过金属观察的硬度的硬度,且展示足以与水滴产生至少大约70度的标称静态接触角的防润湿性的涂层。作为非限制性示例,氟化DLC涂层已经显示显著的防水湿润性。诸如氮化物、硼化物、碳化物和氧化物的其他硬涂层液可以用于此目的。这些硬涂层,以及应用它们的方法,例如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)等,在本领域中已知,且可以在苛刻环境中特定使用。
    氟化材料,例如氟硅烷,也是展示对油和水的低润湿性的合适涂层材料。如果条件允许,涂层可以包括聚合材料,例如以上用于表面12的示例中给出的聚合材料。已知具有对某些液体有利的防润湿性的聚合材料的进一步示例包括硅树脂、含氟聚合物、聚氨酯、丙烯酸酯、环氧树脂、聚硅氮烷、脂肪烃、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚苯乙烯、聚烯烃、聚丙烯、聚乙烯或其混合物。
    可替换地,表面修改层可以通过将分子、原子、或离子种类扩散或注入到表面内形成,以形成与表面修改层下的材料相比具有改变的表面属性的材料层。在一个实施例中,表面修改层包括离子注入材料,例如离子注入金属。
    具有对水和油受控的润湿性的物品在许多应用中有吸引力。这种表面的优势可以在制造防污、自清洁、或易清洁表面的表面中采用。本发明实施例的潜在应用示例包括实验室器皿、车表面、户外设施、家庭用品、电气设备、运动场屋顶、瓷砖、挡风玻璃、医学设备、航海船、汽车、飞机或其他本体面板、易清洁壁和工作台面。生物技术应用包括薄膜分离、防细菌表面、微量流体通道、支架等。其他示范性物品包括但不限于翼片或水翼、用于液体传输的导管和管道或蛋白质分离柱。
    本发明的另一实施例包括涡轮机组件的构件。涡轮机组件从包括风力涡轮机、燃气涡轮机和蒸汽涡轮机的组中选择。构件包括从包括压缩机、风扇、燃烧器、和热交换器的组选择的至少一个。如上文所述,这种构件的合适示例为包括翼片的构件;例如旋转叶片和静止构件(轮叶或喷嘴)。如图3所示,翼片40(截面显示)典型地包括相对于流体预期方向流动的前缘42和后缘44。涡轮机构件包括表面。表面包括具有足以产生关于油至少大约30度的标称接触角的标称液体润湿性的材料;和包括布置在表面上的多个特征部的纹理结构。特征部具有选定的尺寸、形状和定向,使得表面具有足以产生关于油的大于标称接触角的有效接触角的有效的润湿性和小于大约0.8微米的平均粗糙度。表面材料和纹理结构选定为实现如上文详细讨论的对水和油的希望的润湿性。得到的表面防止由带有或不带有表面活性剂的轻涡轮机油或其他类似合成油的污垢。这继而减少污垢介质的粘附,导致减少的污垢率。在一些实施例中,特征部(未显示)布置在翼片40的整个表面上。然而,在某些情况下,特征部仅在翼片40的一个特定部分或多个特定部分处是必要的或希望的,例如前缘42和/或后缘44。
    该应用的性质将决定特征部布置在物品上的范围。污垢导致压缩机效率的降低以及导致更短寿命的裂隙腐蚀裂缝。当前实用设施采用离线压缩机清洗,其导致显著的?;奔?。在此披露的物品的防污属性将继而改进性能的稳健性,增加翼片的寿命且减少?;奔?。表面的疏水性也导致表面的水滴滚离。结果,改进水清洗处理效率。
    本发明的又一方面包括一种提供物品表面防污的方法。该方法包括:提供包括基底的物品;在基底上布置多个特征部以形成表面,使得表面的污垢减少?;装ň哂凶阋圆赜谟偷谋瓿平哟ソ堑谋瓿埔禾迦笫缘牟牧?。特征部具有选定的尺寸、形状和定向,使得表面具有足以产生关于油的大于标称接触角的有效接触角的有效的润湿性。特征部包括高度(h)、宽度(a)、间距(b),使得b/a比小于大约4,h/a比小于大约10;而平均粗糙度小于大约1.6微米。表面具有关于油的大于大约30度的有效接触角。
    特征部布置在基底上以形成表面。特征部可以通过本领域中任何已知的构造纹理结构的方法布置到基底上。一些合适的方法示例包括光刻、软光刻、压印、成形、蚀刻、模板生长、膜沉积、激光钻孔、喷沙处理、热喷射、电化学蚀刻等。特征部包括与基底相同的材料或另一材料。如上文所述,基底和特征部材料、特征部尺寸和间距的准确选择部分取决于表面希望的润湿性。典型地,表面具有关于油的大于大约30度的有效接触角。在一些实施例中,表面具有关于油的大于大约50度的有效接触角。在其他实施例中,表面具有关于油的大于大约100度的有效接触角。
    前述实施例呈现出比现有防污表面和包括这种表面的涡轮机构件的明显优势。例如,可以预期到包括前述表面的涡轮机构件提供翼片的增加的寿命且减少?;奔?。另外,这些表面可以改进水清洗处理的效率。大部分常规的已知防污表面基于聚合涂层。尽管许多关于超疏水性/疏水性表面的报告已经一般地提及防油的潜能,没有关于实现具有选定的疏水性以及防油性结合以实现防污属性的纹理结构的设计领域的系统研究。
    以下示例充当图示本发明实施例提供的特征和优势,而不意在限制本发明到其。
    示例-制造具有防污属性的硅物品:
    经由光刻提供具有大约3微米宽度(a)且具有多个b/a比的直的长方形棱柱特征部的硅基底?;兹缓蟀卜旁诰哂幸恍∑恳禾宸柰榈氖夷?,且室被排空以允许液体蒸发且从气相凝结到硅基底上,从而在表面上生成疏水性膜。接触角记录为b/a比的函数。图4显示在具有不同b/a比的硅柱60上的油滴62的照片。图列举了油(在该情况下是轻涡轮机油)在不同纹理结构上的静态接触角。滚离的容易性通过确定从表面的液滴滚离之前需要的从水平面的倾斜角测量。需要接近垂直的倾斜的液滴高度地束缚到表面,然而展示容易滚离的液滴将要求非常小的倾斜角以滚离表面。在一些实施例中,液滴将在拉液滴的重力等于将液滴束缚到表面的力的点处滚离表面。该情况可以通过以下公式表示:
    ρVgsinα=2πμβr(1);
    其中ρ为液体密度,V为液滴体积,g为重力常数,α为从水平面的倾斜角,μ为束缚参数,β为被束缚的接触线的分数,而r为液滴与基底接触区域的半径。束缚参数μ为与表面纹理结构无关的材料常数,而β和r为纹理结构的函数。在一些实施例中,纹理结构通过特征部的参数a、b和h表示?;谟驮诖蟹柰榈墓饣枭瞎隼?,束缚参数μ计算为0.029N/m。对于水,束缚参数为0.013N/m的量级。这将指示与纯疏水性表面相比防油表面的不同纹理结构设计。表1列出不同b/a比的接触角。
    表1不同b/a比的接触角
      样本  a(微米)    b/a  接触角(关于油)    1    3    0.33    110    2    3    0.5    151    3    3    0.75    149    4    3    1    137    5    3    1.5    144    6    3    2    132    7    3    4    90    8    3    5    83    9    3    7.5    103    10    3    10    81
    表1显示b/a变化对接触角的影响。在具有用氟硅烷涂层的光滑(非纹理结构)表面的对照样本上测量的接触角为大约88度。从表1显而易见的是,b/a<4提供有防污纹理结构的设计空间。b/a大于4,随着液滴在它自身重量下进入润湿状态,接触角减小。
    实际上,应用设计考虑以达到促进高接触角和容易液滴滚离的表面设计。图5-7显示致力于验证上述分析的工作结果,且在这些图中图示的曲线可以用于为大范围应用,对于给定的油类型和表面材料组合选择合适的纹理结构。图5显示液滴滚离包括上述柱的纹理结构要求的液滴最大直径的曲线70。图6给出曲线80,液滴滚离包括孔结构的纹理结构要求的液滴最大直径。图7显示曲线90,涉及冲击油液滴应用的纹理结构设计的设计空间(特征部尺寸比b/a)。曲线92、94、96和98分别对应于油液滴以5m/s、10m/s、50m/s和180m/s速度冲击的设计空间。
    尽管在此描述不同的实施例,应当理解的是,在此通过本领域中技术人员可以从说明书进行元件、变更物、等价物或改进的不同组合,且仍在本发明的范围内。应当理解的是,尽管上述实施例关于涡轮机构件讨论,本发明的实施例可以用于任何其他构件,其中表面的防污属性基本上有益。

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