专利名称：：包含润湿性结构化表面的物件的制作方法包含润湿性结构化表面的物件本申请案要求2007年5月23日申请的美国临时专利申请案第60/939，709号的权利，该案的内容以全文引用的方式并入本文中。
背景技术：
：广泛范围的实际应用可受益于使液体完全铺展的亲液表面。这种应用可包括干燥、流体处理系统中的气泡的减少或如燃料电池的具有流体-液体多相流的器件或装置中的管道阻塞的减少。虽然有方法可使得平滑疏液表面可润湿，但实际上若使这些表面暴露于周围环境中则难以维持其亲液性。这些高能量表面可快速吸引烃及其他低能量污染物，并且因此其亲液性减弱。亲液性与表面形貌(surfacetopography)组合的润湿现象可通过超润湿、超铺展、结构辅助润湿和半毛细作用(hemi-wicking)来描述。如果使同一类型的表面具疏液性，则其可展示超疏液或超排斥性能。润湿是由两种竞争力确定。当液滴附着于固体表面上时，接触线处的分子间相互作用向下拖曳该液滴。自气-液界面的角度而言，液滴被迫进行铺展。在置放于表面上之前，液滴已通过使其面积最小化而使其表面能最小化。在表面上，当这些完全相反的力达到平衡时，液滴停止铺展。在平坦光滑平面上，通常由图2所示的前进接触角6a来量化液滴的铺展程度。若ea实质上大于零，例如5-10°，则认为液体部分润湿。另一方面，对于平坦光滑平面而言，认为零或接近零(例如0-5°)的ea值表征完全润湿。
发明内容本发明的实施例包括或包含具有一个或多个经处理具有凸起体(asperity)的表面的基板，所述凸起体在凸起体之间形成交叉的毛细管道，以使经处理具有凸起体的表面可具有如由固着水滴所测量的小于该基板未经处理无凸起体的表面至少30。的前进接触角，在一些实施例中小于该基板未经处理无凸起体的表面至少40。的前进接触角。具有较大前进接触角的经处理表面更具可润湿性。经处理具有凸起体的表面的特征在于通过液体铺展于经处理具有凸起体的表面上所润湿的面积与附着于经处理具有凸起体的表面上的液滴的体积成比例，且其中接触线处液体与经处理具有凸起体的表面的相互作用的强度大于与气-液界面张力有关的恢复力。经处理具有凸起体的表面上的液体被完全吸入交叉的毛细管道中，且液体在凸起体侧面上形成前进接触角且在凸起体之间形成弯月面。在本发明的一些实施例中，凸起体具有自凸起体之间所形成的毛细管道的基底起约90。的升角，凸起体具有一个或多个单位单元(imitcell)，该一个或多个单位单元具有小于1500微米的尺寸y、小于1000微米的最大表面特征尺寸x及小于1000微米的高度尺寸z。本发明的另一实施例为包括或包含具有一个或多个经处理具有凸起体的表面的基板的物件，凸起体在凸起体之间形成交叉的毛细管道，并且该经处理具有凸起体的表面具有如由固着水滴所测量的小于该基板未经处理无凸起体的表面至少30。的前进接触角，且在某些情况下小于该基板未经处理无凸起体的表面至少40。的前进接触角。经处理具有凸起体的表面的特征在于通过液体铺展于该经处理具有凸起体的表面上所润湿的面积与附着于该经处理具有凸起体的表面上的液滴的体积成比例，且藉此结构化表面上被吸入毛细管道中的液体在凸起体侧面上不形成前进接触角，且其中液体在该凸起体之间不形成弯月面。在一些实施例中，凸起体具有小于90。的升角，且凸起体之间形成的毛细管道具有一个或多个单位单元，该一个或多个单位单元具有小于1200微米的尺寸y、小于800微米的最大表面特征尺寸x及小于500微米的高度尺寸z。本发明的另一实施例为具有一个或多个经处理具有凸起体的表面的基板，凸起体在凸起体之间形成交叉的毛细管道。经处理具有凸起体的表面可具有如由固着水滴所测量的小于该基板未经处理无凸起体的表面至少30。的前进接触角，在一些实施例中小于该基板未经处理无凸起体的表面至少40。的前进接触角。经处理具有凸起体的表面的特征在于通过液体铺展于经处理具有凸起体的表面上所润湿的面积与附着于经处理具有凸起体的表面上的液滴的体积成比例，且其中根据以下方程式的接触线液体力之比(thecontactliquidforceratio)f线/f液等于或大于1.4，其中f线为接触线处的力且f液为阻止液体铺展的界面力f线/f液-cos9a[l+2(z/yXcscco-cotcoXI.其中尺寸z为管道高度，尺寸y为单位单元的量度，co为平均升角且为约90°，且ea为水的前进接触角；且其中经处理具有凸起体的表面为水的完全适应的润湿半毛细作用表面(ilillycompliantwettinghemi-wickingsurfaceforwater)。在一些实施例中，凸起体之间所形成的毛细管道具有一个或多个单位单元，该一个或多个单位单元具有小于1200微米的尺寸y、小于800微米的最大表面特征尺寸x及小于500微米的高度尺寸z。在一些实施例中，凸起体可形成方阵列。有利地，本发明的实施例中所包括的表面及物件可具有增强的亲水性及亲液性。改进的润湿可在广泛实际应用中得以应用，这是因为这种亲液表面可使液体完全铺展。这种应用可包括干燥、流体处理系统或光致抗蚀剂包装中的气泡的减少，或如燃料电池的利用经由具有流体-液体多相流的小的管道的开放气流的器件或装置中'的管道阻塞的减少。这种表面还可减少液体处理组件(诸如过滤器及外壳)的冲洗时间，和减少可用水溶液清洗的晶片载体、圆盘运送装置、头部托盘及其类似物的干燥时间。本发明的实施例中的表面亦可降低化学品用量且改进干燥时间。图1为已铺展于光滑且结构化的石墨表面上的4微升水滴。两表面均已处理以使其前进接触角为9a=40°。结构化表面由方柱(凸起体)的规则阵列组成，该方柱具有x-390tim的宽度、y-770lim的单位单元宽度及z-420^m的高度。(a)为光滑表面的润湿面积的平面图，(b)为润湿的光滑表面的侧视图，(c)为润湿的结构化表面的平面图，(d)为润湿的经处理具有凸起体的表面的侧视图。(d)中所插入的图像显示在液体附着之前经处理具有凸起体的表面的侧视图。'图2为已铺展于光滑固体表面上的小的固着液滴。(a)为显示前进接触角6a的侧视图。(b)为显示圆形接触面积As的平面图。图3为由锥台(pyramidalfrustra)作为凸起体的规则阵列组成的表面的示6意图。(a)为平面图，(b)为侧视图，(c)为润湿单位单元的放大侧视图。图4为产生一个光滑部分、两个具有平行凹槽的部分及一个具有特征或凸起体的规则阵列的部分的机械加工图案的平面图。图5为结构化半毛细作用表面上的水润湿单元的数目n及润湿面积A,其中几何形状恒定且亲液性变化。表面是由方柱凸起体("=90°展盖，其中x"380um，y"780um且z&42Diim。点为实验数据实线来自方程式(20)及(21)。图6中为结构化半毛细作用表面上各种液体润湿的单元数目n及润湿面积A。结构化表面是由方柱凸起体阵列("=90°)覆盖，其中x"380ym，y"780um且z"420um。液体为水(63=40°)、甲酰胺(FA)(ea=26°)及乙二醇(EG)(6a:17。)。点为实验数据；实线来自方程式(20)及(21)。图7中为一系列结构化半毛细作用表面上的水润湿的单元数目n及润湿面积A，其中方柱凸起体("=90°)之间的管道宽度w—y-x)保持恒定为400ym，且柱宽与单元间距的比x/y变化。z"420um且ea&40°。点为实验数据实线来自方程式(20)及(21)。图8中为一系列由方柱凸起体("=90°)覆盖的结构化半毛细作用表面上的水润湿的单元数目n及润湿面积A，其中柱宽与单元间距的比保持恒定为x/y二0.5且单位单元宽度y变化。z^420lim且ea^40。。点为实验数据；实线来自方程式(20)及(21)。图9为具有各种柱高或管道深度z的结构化半毛细作用表面上的水润湿的单元数目n及润湿面积A。表面特征为x"380Um，y"780"m且6a"40°的方柱凸起体0=90°)。点为实验数据且实线由方程式(20)及(21)计算。图10中为由锥台("<90°)或方柱凸起体("=90°)的规则阵列覆盖的结构化半毛细作用表面上的水润湿的单元数目n及润湿面积A，其中x"500ym，y"1000um，z"400Pm且ea&40°。点为实验数据；实线来自方程式(ll)、(12)、(20)及(21)。图11中为由方柱凸起体的规则阵列组成的半毛细作用表面上水的iW及A/V对y的计算值，其中ea=40°.，w=z=y且x/y=0.50、0.75或0.90。图12说明经处理的平坦石墨表面上的液滴(上方)和下面经处理具有柱状凸起体的基板上液体的对应体积(下方)。结果说明覆盖率随液滴体积增加而增大并且结构化表面上润湿的完全适应性。具体实施例方式虽然本文描述各种组合物及方法，但应了解本发明不限于所述的特定分子、组合物、方法或方案，因为它们可变化。还应了解说明书中所用的术语仅为实现描述特定变型或实施例的目的，且不意欲限制仅受随附申请范围限制的本发明范畴。还必须注意，除非另外明确规定'，否则如本文及随附申请范围所用的单数形式"一"及"该"包括复数个相关物。因此，例如，提及一"凸起体"是提及一个或多个凸起体及本领域技术人员已知的其等价物等。除非另外规定，否则本文中所用的所有技术及科学术语具有与通常由本领域技术人员所理解的意义相同的意义。在本发明的实施例的实践或测试中可使用与本文中所述的方法及材料类似或等同的方法及材料。本文所提及的所有公开文献均以引用的方式并入本文中。不应将本文解释为认可本发明无先于先前发明的该揭示内容的权利。"可选"或"视情况"意谓随后所述的事件或情形可能发生或可能不发生，且该描述包括事件发生的情况及事件不发生的情况。无论明确指示还是未明确指示，本文中的所有数值均可由术语"约"修饰。术语"约"一般是指本领域技术人员认为等于所列值(即具有相同功能或结果)的数字范围。布一些实施例中，术语"约"是指所指值的±10%，在其他实施例中术语"约"是指所指值的±2%。虽然根据"包含"各种组份或步骤(解释为意谓"包括但不限于")来描述组合物及方法，但组合物及方法亦可"基本上由"或"由"各种组份及步骤"组成"，该术语应解释为界定基本上封闭的成员组。本发明的实施例包含或包括具有凸起体的表面，凸起体在该表面中形成二维阵列的交叉的毛细管道，其可增强液体在该表面上的铺展。在一些实施例中，表面具亲液性或经处理变得与未经处理表面相比更具亲液性。该半毛细作用表面可使液滴变平以便使其高度有效地为零。对于由该半毛细作用表面使液滴水平的本发明实施例中的表面而言，润湿行为可因表面的几何形状、液体的表面张力及接触线处分子间相互作用的强度(如由接触角所测量)而变化。本发明的实施例包含或包括具有凸起体的表面，该凸起体产生可完全适应或部分适应的半毛细作用。在一些实施例中，表面具有提供半毛细作用表面的完全适应润湿的结构或凸起体；若接触线处相互作用的强度大于与气-液界面张力相关的恢复力，则发生此完全适应的润湿。在该变型中，液体被完全吸入凸起体的间隙空间中，并且在凸起体或亲液凸起体的侧面上形成前进接触角。这在特征之间产生弯月面，如图l(d)中所说明。在一些实施例中，当形成基板的材料的光滑表面上的前进接触角ea的特征为大于零时发生完全适应的润湿。在其他实施例中，表面具有提供半毛细作用表面的部分适应的润湿的结构；部分适应的润湿可为液体在凸起体或亲液特征或凸起体之间的体积中不形成其前进接触角的任何铺展阶段。例如，液体可完全渗入特征之间的间隙空间，而不展示弯月面。在某些情况下，液体可完全渗入特征之间的间隙空间，而不展示弯月面，且液滴可具有覆盖该特征的薄液层。本发明的一实施例为包含或包括具有一个或多个经处理表面的基板的物件，其中该表面具有一个或多个凸起体。例如，如图1所示，凸起体在凸起体之间形成交叉的毛细管道。经处理具有凸起体的表面具有如由固着水滴所测量的小于该基板未经处理无凸起体的表面至少30。的前进接触角。表面的处理可通过等离子体处理、湿式化学处理、气相沉积涂布、这些方式的任何组合或其他方式进行。在一些实施例中，经处理具有凸起体的表面的特征在于通过液体铺展于经处理具有凸起体的表面上所润湿的面积与V"成比例，其中n大于0.67。在其他实施例中，经处理具有凸起体的表面的特征在于通过液体铺展于经处理具有凸起体的表面上所润湿的面积与附着于经处理具有凸起体的表面上的液'滴的体积成比例，且其中接触线处液体与经处理具有凸起体的表面的相互作用的强度大于与气-液界面张力相关的恢复力。经处理具有凸起体的表面上的液滴被完全吸入交叉的毛细管道中，并且该液体在凸起体的侧面上形成前进接触角并在该凸起体之间形成弯月面；该表面为完全适应的半毛细作用表面。可通过改变凸起体数目、其高度或覆盖面积来改变经处理具有凸起体的表面的体积以合并不同体积的液体。在完全适应表面的一些实施例中，凸起体具有自该凸起体之间所形成的毛细管道的基底至凸起体区域的约卯。的升角，并且凸起体可形成一个或多个单位单元，该一个或多个单位单元具有小于1200微米的y、小于800m^^ft^S^!iE尺寸x及小于500微米的凸起体高度z。在一些实施例中，经处理具有凸起体的表面具有如由固着水滴所测量的小于该基板未经处理无凸起体的表面至少35°、在一些实施例中小于该基板的未经处理无凸起体的表面至少40°、和在其他实施例中小于该基板未经处理无凸起体的表面至少约40与65。之间的前进接触角。在一些实施例中，表面可具有自凸起体之间所形成的毛细管道的基底起约90。升角的凸起体。凸起体具有一个或多个单位单元，该一个或多个单位单元具有小于1500微米的y、小于1000微米的最大表面特征尺寸x及小于1000微米的高度z。在一些实施例中，经处理具有凸起体的表面具有如由固着水滴所测量的小于该基板未经处理无凸起体的表面至少35°、在一些实施例中小于该基板的未经处理无凸起体的表面至少40°、和在其他实施例中小于该基板的未经处理无凸起体的表面至少约40与65。之间的前进接触角。本发明的一实施例为具有一个或多个经处理具有凸起体的表面的基板，凸起体在凸起体之间形成交叉的毛细管道。经处理具有凸起体的表面具有如由固着水滴所测量的小于该基板的未经处理无凸起体的表面至少30。的前进接触角。在一些实施例中，经处理具有凸起体的表面的特征在于通过液体铺展于经处理具有凸起体的表面上所润湿的面积与V"成比例，其中n大于0.67。在其他实施例中，经处理具有凸起体的表面的特征在于通过液体铺展于经处理具有凸起体的表面所润湿的面积与附着于经处理具有凸起体的表面上的液滴的体积成比例。结构化表面上的液滴被吸入毛细管道中，但在凸起体的侧面上不形成前进接触角，且液体在该凸起体之间不形成弯月面；该经处理具有凸起体的表面为部分适应的半毛细作用表面。在部分适应表面的一些实施例中，凸起体具有小于90。的升角，并且凸起体之间所形成的毛细管道可形成一个或多个单位单元，该一个或多个单位单元具有小于1200微米的y、可小于800微米的最大表面特征尺寸x及小于500微米的高度z。在一些实施例中，具有凸起体的部分适应表面可具有如由固着水滴所测量的小于该基板的未经处理无凸起体的表面至少35°、在一些实施例中小于该基板的未经处理无凸起体的表面至少40°、和在其他实施例中小于该基板的未经处理无凸起体的表面至少约40与65°之间的前进接触角。可通过改变凸起体数目、其高度或覆盖面积来改变经处理具有凸起体的表面的体积以合并不同体积的液体。本发明的实施例可包含或包括具有一个或多个经处理具有凸起体的表面的基板，凸起体在凸起体之间形成交叉的毛细管道。经处理具有凸起体的表面具有如由固着水滴所测量的小于该基板的未经处理无凸起体的表面至少30。的前进接触角。在一些实施例中，经处理具有凸起体的表面的特征在于通过液体铺展于经处理具有凸起体的表面上所润湿的面积与Vn成比例，其中n大于0.67。在其他实施例中，经处理具有凸起体的表面的特征在于通过液体铺展于经处理具有凸起体的表面上所润湿的面积与附着于经处理具有凸起体的表面上的液滴的体积成比例，且其中接触线液体力之比f线/f等于或大于1.4。根据以下方程式，在接触线液体力之比中，hx为接触线处的力且fa为阻止液体铺展的界面力f线/f液-cos9a[1+2(z/yXcscco-cotXI其中对于凸起体的一个或多个单位单元而言，z为管道高度，y为单位单元，co为约90。的平均升角，且&为水在光滑的经处理表面上的前进接触角。具有接触线液体力之比等于或大于1.4的经处理具有凸起体的表面为与水完全适应润湿的半毛细作用表面。在一些实施例中，凸起体可具有一个或多个单位单元，该一个或多个单位单元具有小于1200微米的y、小于800微米的最大表面特征尺寸x及小于500微米的高度z。在一些实施例中，经处理具有凸起体的表面具有如由固着水滴所测量的小于该基板的未经处理无凸起体的表面至少35°、在一些实施例中小于该基板的未经处理无凸起体的表面至少40°、和在其他实施例中小于该基板的未经处理无凸起体的表面至少约40与65。之间的前进接触角。在本发明的各个实施例中，具有一个或多个形成互连管道的凸起体的经处理表面是由渗入凸起体所形成的管道的液体润湿。可将这些实施例中的液体及管道描述为满足关系ea+co<180°，其中0a为前进接触角，且co为凸起体的升角或平均升角。一旦液体处于管道中且其中管道壁平行且ea<90°，则液体将向外进行毛细作用以占据其他凸起体之间所形成的管道。ii对于一些具有垂直壁0=90。)且e^9o。的特征或凸起体的结构化表面而言，液体可渗入管道且发生半毛细作用。在其他实施例中，表面可能不完全平滑或均匀，并且可通过03+0)<150°描述润湿和渗入管道的液体。在本发明的一些实施例中，每一单位单元中由于可占有效体积的15%至30%的弯月面，结构化表面及液体可产生空隙体积。在其他实施例中，由于可提供10%至40%范围内的空隙体积的弯月面，结构化表面及液体可产生空隙体积。.即使表面仅适度亲液，本发明的实施例中所提供的结构或纹理仍可极大增强液体的铺展。例如，在一些实施例中光滑表面具有或可经处理具有如用水测量的大于10°的ea，在其他实施例中大于25°的ea，且在其他实施例中大于40。的ea。在其他实施例中，光滑表面可经处理具有如由液体(诸如水)所测量的小于未经处理表面至少30。的前进接触角ea;在其他实施例中，光滑表面可经处理具有如由液体(诸如水)所测量的小于未经处理表面至少40。的前进接触角ea;在其他实施例中，光滑表面可经处理具有如由液体(诸如水)所测量的小于未经处理表面至少40-65。之间的前进接触角ea。如表2中所说明的该表面的实例为未经处理表面的石墨。图1说明铺展于光滑且结构化的亲液石墨表面上的水的实例。图l(c-d)说明经处理具有凸起体的表面上的液体诸如水，在本发明的实施例中该液体展示完全适应的润湿。图l(a)及(b)显示光滑石墨表面的平面图及侧视图。在此情况下，水滴的铺展产生圆形接触面积。由侧面观察，液滴具有类似圆弧形的有限横截面积。如图l(c)及(d)所示，经处理具有凸起体的对应结构化的表面上的润湿行为极不相同。由上方观察，液体接触区块与表面上的凸起体一致，换言之接触区块大致为方形且与凸起体阵列一致。由侧面观察，液体被吸入毛细结构中且位于表面特征的上平面上或表面特征的上平面以下。由侧面观察，毛细结构中的液体展示表面特征之间或由凸起体形成的管道之间的弯月面。凸起体可为(但不限于)如锥台或柱(所示的方柱)的结构，它们之间形成交叉的毛细间隔或管道。凸起体或表面特征可形成于基板材料本身中或基板材料本身上或形成于安置于基板表面上的一或多层材料中。凸起体可为任何规则或不规则形状的三维实体或腔体，且可以以任何规则几何图案安置。凸起体的非限制性实例包括图l(c)及图1(d)中的方形凸起体和图3(c)中的锥台状凸起体，其他凸起体形状可包括圆柱体及它们的组合。可使用机械加工、光刻法或使用诸如但不限于机械加工、纳米机械加工、微压印(microstamping)、微接触式印刷、金属胶体单层自组装、原子力显微术纳米机械加工、溶胶成型、自组装单层定向图案化、化学蚀刻、溶胶压印、胶状墨水印刷的方法或通过将碳纳米管层安置于基板上来形成凸起体。包括各种成型方法的多种方法可用以产生该表面。可用以经由喷射成型来制备本发明的实施例中的纹理化表面的可塑材料的实例包括但不限于热塑性塑料，诸如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚醚醚酮(PEEK)及如PFA及FEP的全氟化热塑性塑料。除如本文所述的纹理外，具有低的表面能的材料诸如PFA、FEP及PTFE，可使用表面处理以使其亲水或亲液，参见例如以全文引用的方式并入本文中的美国专利第6，354，443号。对于喷射成型的部件而言，可将所需要纹理的反像烧灼入模具中。在一些实施例中，凸起体或特征无需位于交叉栅格上。适当设计的平行管道或列阵列也有效。因此，本发明的实施例可通过挤压技术完成。例如，对于挤出部件而言，可将特征添加至模具模头中以将平行槽引入塑料轮廓中。尽管在图1中凸起体的升角co为90°，但其他凸起体的几何形状及升角是可能的，如(例如)由表2中的各种样品所示或如(例如)图3中所示，其中Q)可为锐角。也应了解多种凸起体形状及排列可在本发明的范畴内。例如，凸起体可为多面体、圆柱体、椭圆柱或任何其他合适三维形状。凸起体还可随机分布，只要对于完全适应的表面而言力之比维持在1.4或约1.4或大于1.4。可将凸起体的接触线密度及其他相关参数概念化为表面的平均值。凸起体还可与基板中所形成的腔体互连。在一些实施例中，凸起体不含有可用于或随后经转化以用于机械操作、数字处理和/或光学处理的结构。在一些实施例中，凸起体为被动结构。可将凸起体排列成如图1所示的矩形阵列、多边形阵列(诸如六角形阵列)、圆形或卵形排列或这些排列或其他排列的组合。凸起体还可随机分布，只要对于完全适应的半毛细作用表面而言，接触线的力之比维持在1.4或1.4以上。在凸起体的这种随机排列中，可将交叉的毛细管道及其他相关参数概念化为平均值或表征于表面区域中。本发明的实施例中的毛细结构t包括具有约1-3微米的宽度或在一些实施例中小于l微米的宽度和约l微米或小于l微米的深度的交叉管道。管道可以图案化或不规则方式交叉。表面用材料可包括聚合物或聚合物和填充物的复合物(诸如陶瓷)、含碳纤维或纳米纤维及其类似物、基于碳的材料(诸如石墨)及具有可亲液或可经进一步处理后亲液的涂层的材料。在本发明的实施例中，光滑的基础材料可亲液或可视情况通过表面处理或涂布而亲液。亲液性是以固着水滴在光滑水平表面上的前进接触角来表征，前进接触角在一些实施例中小于80°，在一些实施例中小于40。，在其他实施例中小于30°，在其他实^例中小于20。且在其他实施例中小于15°。亲液性还可相对于未经处理表面表征，并且在一些实施例中，相对于未经处理表面而言，诸如通过氧化、涂布或它们的组合的表面处理可使接触角减少30。或30。以上；在一些实施例中，相对于未经处理表面而言，表面处理可使接触角减少40。或40。以上；在其他实施例中，相对于未经处理表面而言，表面处理可使接触角减少40至65。或更多。实施例可包括完全适应的或部分适应的表面。可定量描述本发明的变型中完全适应或部分适应的半毛细作用表面的润湿行为。考虑由亲液特征的规则阵列覆盖的表面。图3显示包含具有顶宽t、底宽x、单位单元宽度y及高度z的锥台的结构化表面的放大侧视图和平面图。在本发明的各个实施例中，表面特征参数值y、z和co可为这些参数中的任何参数的平均值，或者为终些值在约±10%内的一定变化或分布的平均值。尽管如所述假定表面是水平的，但本发明的部分或完全适应的表面的实施例不限于水平表面。表面特征的升角或平均值为co，且顶端之间的间距或特征的平均值为b。在特征基底处，特征之间的距离(管道宽度的尺寸)为w。若升角o^90。，则锥台为方柱，其中t-x且b-w。另外，对于oX90。的其他实施例而言，特征的顶宽可由特征尺寸及co估算，t=x-2zcotco(1)。每一润湿单位单元中液体的体积Vu可如下估算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>其中Vt为每一单位单元的总体积，Vf为特征的体积且Vc为归因于弯月面的空气体积。每一单位单元的总体积Vt为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>且特征的体积Vf为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>图3中润湿单位单元的放大侧视图显示由于完全适应的液体与亲液结构化表面的相互作用所形成的弯月面。液体可以以其前进接触角6a润湿特征的侧面，且ea与弯月面角4)之间的几何关系为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>在所示非限制性实施例中，弯月面的横截面积Ac具有圆弧形状<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>因此，每一单位单元中归因于气-液界面曲率的空气体积K可由x、y和Ae按照如下近似计算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>组合方程式(6)-(8)，Vc为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>可计算具有凸起体的表面的润湿数目单元数目或测量润湿面积。完全填充单元的数目nf可由附着于表面上的液体的体积V和完全填充单位单元的体积Vu计算，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>组合方程式(2-4)及(9)且代入方程式(10)中产生允许由附着体积(depositionvolume)、表面几何形状及表面可润湿性估算经填充单位单元的数目的表达式，'<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>对于面积经完全填充或覆盖的单元而言，润湿面积Af可如下估算Af=V{z-(l/3y,z[x2+(x-2zcotw)z+x(x-2zcot")]-(l/4y2)(y+x-zcotw)(y-x+2zcot")2(4>-cos4>sin40/sin24>}"(12)。若表面特征为方柱("=90°)，则例如n尸(V/y2)(z[l+(x/y)2]-(y/4)(l+x/y)(l-x/y)2(小-cos》sin4)/sin24}"(13)禾口A产V(z[l+(x/y)2]-(y/4)(l+x/y)(l-x/y)2(4>國cos4>sin*)/sin24>(14)。对于其他形状的表面特征或凸起体而言，可导出类似的nf及Af表达式。可如下设计表面:通过可选的表面处理使nf和Af足够大且使接触角足够小，以提供产生部分适应或完全适应润湿的稳定的亲液表面，并因此适应预期液体体积V;可将表面制备成具有己知表面能或一定范围的表面能和因此的弯月面角度4)以适应预期液体体积。在一些单元的尺寸小于液体完全填充的尺寸的情况下，可使iv及Ar的值更大以适应单元数目n及所本文所述的液体填充的面积(A)的预期增加。完全填充的单元是指液体的接触线出现在凸起体的上表面与侧壁之间的凸起体边缘处的单元。视液体的前进接触角及凸起体的几何形状及其所形成的交叉管道而定，可使用方程式(11)-(14)形成具有凸起体的表面(视情况经处理)，以便形成适应预期体积的液体所需的单位单元的数目及面积。在一些实施例中，可制备具有凸起体的表面以适应预斯的液体体积，其中表面的一些单位单元的尺寸小于液体完全填充的尺寸。例如，在一些实施例中，考虑边缘效应的润湿单位单元的数目ne可通过假定润湿面积由n,Xne^特征的方阵列组成来估算。润湿的方形面积的具有中间区域的单位单元的数目^可为nm=(ne1/2-2)2(15)，沿周边的数目为ns=ne-(ne1/2-2)2-4(16)，且转角处的数目为ne=4(17)。在一非限制性实例中，具有凸起体的表面(视情况经处理以改变其表面能)的一种近似计算法为假定沿侧边的单位单元为四分之三完全填充(3/AAu)且转角处的单位单元为二分之一完全填充('AVu)。因此，考虑边缘效应，附着于结构化表面上的液体的体积等于'中间、侧边及转角处的润湿单位单元之和，V、Vu+ns(Wu)+ric('/2Vu)(18)。组合方程式(10)及(15-18)得到nf=neV2(19)。使用二次公式，可依据nf求出ne，ne=nrKnff%)1/2+l/2(20)。对于给定表面结构而言，考虑边缘效应的润湿面积Ae可如下估算Ae=(ne/nf)Af(21)或按照He与每一单位单元的平面面积Au的乘积估算Ae=neAu=ney2(22)。在一些实施例中，具有凸起体的结构化表面产生大致方形的润湿面积，该润湿面积的周长约为pe=4ne1/2y(23)。在本发明的一些实施例中，沿边缘的单位单元可含有与上述相比甚至更少的液体。可使用诸如接触角、液滴体积和/或表面几何形状、液-固接触面积、气-液界面面积和光滑表面上小液滴的周长，以及归因于弯月面曲率和弯月面进入单位单元中的深度的特征间的气-液界面面积相对增加的多个几何参数来导出与以上所给出的方程式类似的方程式，并且用以制备具有变化的面积及凸起体以适应沿边缘变化的液体填充量的表面。在本发明的一些实施例中，会存在的液体(例如水)的量可以是未知的，并且取决于在物件的结构化表面上的操作或加工条件。例如，在燃料电池中，在分布板的管道中凝结的水的量在燃料电池操作期间可发生变化。可使用具有凸起体的结构化表面以通过部分适应的或完全适应的润湿结构化板表面从分布板管道移除凝结的水，由此使可燃气体进入电极中。随后可通过已知方法从该板移除燃料电池板的毛细管中的液态水。本发明的实施例可用以增加完全润湿或部分润湿的结构化表面的液体的界面面积并且增加表面的液体蒸发率。这可适用于蒸发冷却装置和操作以及减少清洗和干燥已润湿的物件(诸如但不限于管、过滤器外壳、晶片载体、FOUP、SMIF盒、主光罩盒(reticlepod)、晶片盘、头部托盘及其类似物)所需的时间和能17例如，在以上的非限制性说明中，沿周长的润湿单位单元仅经部分填充沿侧边的单位单元为四分之三完全填充且转角处的单位单元为二分之一完全填充。对于含有与先前例子相比较更少液体的周边单元而言，可导出密切相关的方程式。例如，若假定沿侧边的单位单元为二分之一完全填充且转角处的彼等单位单元为四分之一完全填充，则ne=(nf'/2+l)2(26)。若侧边单元和边缘单元含有甚至更少的液体，使得侧边的单元为四分之一完全填充且转角处的单元为八分之一完全填充，则ne=nf+3[(9/4)+(n广21/2)]1/2+2(27)。通常，当周边单位单元中液体部分降低时，润湿较大面积以适应给定的液体体积。对于给定预期的液体体积，使用方程式(23)、(13)和(26)、(27)或其类似方程式中所导出的ne，可确定润湿的周长，并且可确定单位单元数目和面积，并且使其形成于给定表面上。因此可制备具有较大数目或较少数目的单位单元和面积的表面。可使用以下方程式自接触角、液滴体积和/或表面几何形状估算各种几何参数。对于当铺展于光滑表面上时保持球形比例的小液滴体积(即重力不使其变形)而言，可如下估算液-固界面面积As=Ji1/3(6V)2/3{tan(9a/2)[3+tan2(6a/2)]}—2/3，(28)如下估算气-液界面面积S=2(9n)1/3(V)2/3[(l-c。sea)(2+c。s0a)2r1/3(29)且如下估算周长ps=2n2/3(6V)1/3{tan(9a/2)[3+tan2(ea/2)]}-1/3(30)。归因于弯月面曲率的特征间的气-液界面面积的相对增加可如下计算Am/Anm=(9a-")/sin(9a-")(31)。弯月面进入单元中的深度dm为dm=[(y-x+2zcot")/2]tan[("-9a)/2](32)。接触线-液体力之比。当液滴附着于固体表面上时，分子间相互作用抵抗气-液界面的使面积最小化的力而推进接触线。可使用接触线处分子间相互作用的相对强度对气-液界面的恢复力的关系来确定液体于半毛细作用表面上的铺展为完全适应还是部分适应。不希望受理论束缚，进行该力的相对量值的一次近似估算，可推测接触线处力fg的任何增加与每单位单元接触线的长度增加L及液体表面张力T平行于表面几何形状的分力成比例，f=LYcos0a，(33)其中每单位单元的接触线长度的增加为L=y+2z(csc"-cotco)(34)。可将阻止液体铺展的界面力近似计算为f液"y(35)。通过组合方程式(34)和(35)且取线与区域力之比，对构形驱动的铺展的相对作用可为f线/f液^cose[l+之(z/yXcsc"腳cotco)](25)。对于具有大于零的光滑表面接触角和约卯。或90°的凸起体升角的结构化表面的完全适应的润湿而言，f线/f液比大于1.4，在一些情况下大于1.6且在其他实施例或变型中大于2。该表面可通过选择表面特征参数值y、z和o)产生该比率且通过视情况处理的基板的表面或凸起体以改变接触角来制备完全适应的半毛细作用表面。在本发明的各个实施例中，表面特征参数值y、z和"可为所述参数中的任何参数的平均值或该值产生一定变化或分布的平均值，然而该平均值的f线/流比大于1.4，在一些情况下大于1.6且在其他实施例或变型中大于2。实例1使用经碳化物-或金刚石状碳-涂覆的切割机从5cmX5cmX1cm石墨块(PocoGraphite,Inc.,Grade:EDM-AF5)机械加工结构化基板。在一个方向上切割平行路径，随后将块体旋转且再切割平行路径以产生栅格阵列。在每一切割方向上，切割平行路径以便如图4中所述将板体的上表面分为四个四分区(quadmnt)，一个光滑的四分区(无线条，右上四分区)、两个具有平行凹槽的四分区(左上和右下四分区)和一个具有特征的规则阵列的四分区(左下四分区)。改变切割机深度和路径之间的距离以产生具有所需要的特征尺寸和间距的结构化表面。在大多数情况下，使用方头切割机产生方柱和方形的底管道。使用其他切割机形状产生具有其他形状(诸如锥台)的特征。借助光学显微法观察结构化表面的尺寸及其润湿行为。使用具有DXM1200数字摄影机的NikonEclipseME600L显微镜在50倍放大率下捕捉影像。用Image-ProPlus软件测量特征宽度及间距。使用具有DXM1200数字摄影机的NikonSMZ1500显微镜在较低放大率(IO倍至20倍)下观察特征高度和润湿行为。'在润湿实验之前，将块体用异丙醇、随后用去离子水洗涤且使其在空气中干燥。清洁之后，石墨具有相对疏液性。通过氧化处理(类似处理也用于如下所示的实例2-7中的表面)使石墨表面亲液。就在氧化表面处理之后即刻，氧化表面的平坦或无特征部分几乎为水可湿润的。经过数天的过程，经处理表面缓慢恢复其疏水性。在此期间每隔一段时间即对石墨块的无特征部分和结构化部分进行润湿测量。用于本文所述的各个实例中的润湿液为18MQ去离子水、甲酰胺(Alfa-Aesar，ACS,99.5+X)和乙二醇(Simga-Aldrich，无水，99.8%)。自1毫升玻璃注射器(M-S，Tokyo,Japan)中轻轻挤出液滴。将注射器活塞位移转化为液体体积V。将液滴轻轻地附着于基板的光滑四分区上之后，用Kriiss液滴形状分析器(DSA10)测量前进接触角ea。对于附着于结构化区域上的液滴而言，计算由铺展液体润湿的单位单元的数目n。该测量通常进行三次；计算平均值和标准差。对于给定表面结构而言，通过润湿单位单元的数目n乘以单位单元的平面面积Au来估算铺展面积A，A=nAu=ny2(24)。"A"的误差通过标准误差传播法使用来自n及y测量的标准差估算。完全适应的超润湿或完全适应的半毛细作用可在表面的一个或多个部分上通过以产生交叉的毛细管道网路的特征或凸起体阵列覆盖该部分而达到；该阵列可为规则的或不规则的。图l(c-d)显示对于基板上具有凸起体的结构化表面可使液滴变平以使其高度有效地为零的完全适应的表面的实施例的实例，且其中e,不为0°或至少约5°。例如，将此石墨试样的光滑部分亲水处理以使9a约为40°;因此其前进接触角减小约40°(假定未经处理的石墨的前进接触角为约80°)。.如图la所示，水铺展于光滑部分上以产生圆形区块。圆形接触区块的面积为llmm2并且气-液界面面积约为13mn。将此试样的表面的结构化部分用产生增强液体铺展的亲液毛细管道互连网路的方柱凸起体阵列覆盖。如图lc及图ld中所说明，该结构化表面上的水的润湿完全适应。与图la中的光滑表面相反，水铺展于图l(d)中的经处理具有凸起体的表面上以产生大致为方形的润湿面积，其中30个单位单元含水。环绕周边的单位单元经部分填充；内部区域中的12个单位单元经完全填充。与光滑表面相比，结构化表面的润湿面积较大为18mm2。在半毛细作用表面上，水滴的高度及其横截面积基本上减小S零。此处所列出的结构化表面的面积通常为由润湿单位单元的计数所估算的平面近似值。该面积未考虑可自液体膜突出的特征的干燥顶部或特征之间液体的曲率。在以上所给出的实例中，减去特征顶部的面积使界面面积由18mm2减小至14mm2。考虑弯月面曲率将使估算值由14mm2增加至16mm。任意液体体积通常不产生完全对称的润湿图案。对于图1中所示的表面而言，若具有约4.6mmM本积的水滴附着，则所得润湿面积将为由36个润湿单位单元的矩阵组成的方形，每一侧边具有6个润湿单元(n"2等于整数)。略微小或略大的体积几乎必定产生部分填充或空的"不完全"歹lj。表1列出具有体积V为1至8立方毫米范围内的水滴的润湿单位单元的数目和润湿面积。此制备的结构化表面类似于图1中所示的表面。它由具有x=380um的宽度及z=420um的高度、y=780Um的单位单元宽度和ea=40°的前迸接触角的规则的方柱阵列("=90°)组成。此表面的润湿是完全适应的。经实验测定V、n和A的值。由方程式(13)及(14)使用表面几何形状及可润湿性的实验测定值计算nf和Af，随后再由方程式(20)及(21)计算ne及Ae。考虑边缘效应的值ne及Ae与测量值n及A—致。该结果显示，对于给定液体体积而言，可制备本发明的实施例中的结构化表面以产生完全适应的润湿。由弯月面取代的液体体积可由方程式(13)及(14)量化。若气-液界面平坦(零曲率的弯月面)，则分母中的第一项z[l+(x/yrt给出将占据的总体积。第二项(y/4)(l+x/y)(l-x/y)2(4>-cos4>sin》)/sin24)估算归因于弯月面曲率的排除体积。在完全润湿的内区域中，每一单位单元中的总有效体积为0.194mm3。弯月面的存在使体积减少0.030mm3或约15%。当y趋向于零时，弯月面上方及特征上表面之间的空气体积下降。例如，若z和x/y的值保持恒定(z:420lim且x/y-0.5)，同时縮小此结构化表面的侧向尺寸，则对于y-250um而言，弯月面体积的作用下降至5%。对于y〈lum而言，弯月面项的作用将无意义。在结构化表面具有相对较大的单位单元尺寸和相对较少的单位单元的情况下，边缘效应会变得重要。对于小的V而言，nf与ne计算值之间的差值通常较大，但随着润湿单位单元的数目增加而减小。应注意对于所用的最大液体体积V=96mm3而言，忽略边缘效应仍得到n及A的合理估算值。此为基于nf和ne计算值的比较的预期结果。例如，若n产30，则nf与rie之间的差值为20%。若润湿特征的数目为300，则其差值降至6%。对于3000个润湿特征而言，其小于2%。实例2图5显示结构化半毛细作用表面(经处理具有柱状凸起体的石墨)上的水润湿单元数目n及润湿面积A对体积的曲线图，其中几何形状恒定且亲液性变化。亲液性是通过改变氧化表面处理的持续时间而变化。类似于表1的表面是由方柱("=90°)覆盖，其中x"380iim，y"780Pm且Z&420Pm。点为实验数据(参见表2，样品1-3);实线为基于方程式(20)及(21)的模型计算结果。观察到n与A均随V线性增加。润湿完全适应且因此所提出的模型良好地拟合实验数据。即使表面的亲水性变化但该结构化表面仍都具完全适应的半毛细作用性。观察到除润湿图案的独特形状外，结构化表面在若干其他方面显著不同于光滑表面。对于具有给定前进接触角的表面而言，通过液体铺展于光滑表面上所润湿的面积与V2/3成比例。出乎意料地观察到对于给定前进接触角(通过处理或涂布确定)而言，通过液体铺展于本发明的实施例的结构化半毛细作用表面上所润湿的面积(A)大致与V成比例。对于光滑亲水表面而言，面积和周长可随ej勺小幅减小而显著增加。例如，若6&由40°减小至10°，则A增加166X。另一方面，对于图5中所示的结构化半毛细作用表面而言，9aS40°减小至IO。仅使A增加19%。在本发明的变型中，通常具有凸起体的表面(视情况经表面处理)的特征在于通过液体铺展于具22有凸起体的表面上所润湿的面积与V。成比例，其中在一些实施例中n大于0.67且在其他实施例中n约为1。原则上，若6&+63<180°,则润湿液应渗入由本发明的变型中的凸起体形成的管道。一旦液体处于管道中，若管道壁平行且93<90°，则液体应向外有毛细作用。对于具有垂直壁("=90°)且93<90°的特征或凸起体的结构化表面而言，预期液体将渗入管道且发生半毛细作用。观察到此处所用的石墨表面不完全光滑也不均匀。观察到6a>60°的方柱不使水容易地渗入且铺展。其他材料及表面修饰层可使水渗入和铺展或前进接触角可通过进一步表面处理而改变以实现液体渗入管道。对于图5中所示的表面而言，每一单位单元中归因于弯月面的空隙体积占有效体积的15%至28%。对于本文所检验的所有结构化表面而言(参见，例如表2)，空隙体积部分较广，在11%至38%的范围内。实例3图6显示将结构化半毛细作用表面(经处理具有柱状凸起体的石墨)上各种液体的润湿单元数目n和润湿面积A对体积V绘制曲线。液体(参见表2中的样品4-6)为63=17°的乙二醇(EG)，9a=26。的甲酰胺(FA)，和9a=40°白勺水。表面是由方柱阵列("=90°)覆盖，其中x"380liiTi，y^780um且z&420um。图6中的实验数据以点显示。此特定表面几何形状上的水具有前进接触角9a=40°且显示完全适应的半毛细作用性，参见先前实例和图5。在其他液体提供低于水的6a值的情况下，乙二醇(EG)与甲酰胺(FA)在接触线处的相互作用强度均大于水的强度。类似地，较低的Y值减小气-液界面处作用的恢复力。如图所示，EG及FA也完全适应(对于凸起体升角约为90°而言，接触力之比为1.4或大于1.4)。以实线显示的方程式(20)和(21)再次充分描述半毛细作用。'实例4图7显示一系列结构化半毛细作用表面(经处理具有柱状凸起体的石墨)上对于水的润湿单元数目n及润湿面积A对体积V的关系，其中管道宽度w(二y-x)保持恒定为400um，且柱宽度与单元间距的比x/y为0.38至0.65，23参见数据表2的样品7-10。对于所有4个表面而言，z"420um，并且9a"40°。n与A均随V线性增加。随着管道的相对尺寸减小(g卩，x/y变小)，n和A增加。窄管道使液体毛细作用至较远处，从而覆盖较大面积。由方程式(20)和(21)计算的实线精确拟合卖验数据。样品都是完全适应的，接触力比为1.4或大于1.4且凸起体升角约为90。。实例5在图8中，将另外一系列结构化半毛细作用表面(经处理具有柱状凸起体的石墨)上的水的润湿单元数目n和润湿面积A对体积V绘制曲线。与先前的曲线图相反，柱宽度与单元间距的比保持恒定为约x/y:0.5，且单位单元宽度y变化，参见表2的样品11-13。该表面具有与图7中相同的管道深度和亲液性，z"420^miea&40°。点为实验数据。此处，n随着单位单元尺寸增加而减小。然而，A不变。该结果显示若x/y、z和ea保持恒定，则单位单元的绝对尺寸相对不重要。以实线显示的预测值很好地拟合数据。对于约90°的升角而言，样品在接触力比为1.4或大于1.4的情况下都完全适应且部分适应于1.4或大于1.4的接触比。实例6图9显示一系列具有z=180um至540ym范围内的各种柱高或管道深度的结构化半毛细表面(经处理具有柱状凸起体的石墨)上的水的润湿单元数目n和润湿面积A对体积V，参见表2的样品14-17。表面特征为具有x"380um的宽度和y^780um的单位单元宽度的方柱("=90°)。该表面的光滑部分上的前进接触角为6a"40°。点为实验数据且实线是由方程式(20)及(21)计算。两个具有较深管道(z-420um及540nm)的结构化表面产生完全适应的半毛细作用。此处，n和A的预测值很好地与实验数据一致。在两个具有较浅管道(2=180lim及270um)的表面的情况下，虽然水铺展以产生方形区块，但润湿仍仅为部分适应。因此，预测值过大。不希望受理论束缚，随着方柱之间的管道变浅，每一单位单元中接触线长度的减小(其等同于较差限界的表面毛细作用)会使可用来拉伸气-液界面的润湿力的量值减小。由侧面观察，水平坦地铺展于短柱顶部上，但其间不形成弯月面。因此，忽略方程式(14)中的弯月面曲率项会使n及A的观察值与计算值之间的一致性得到改善。实例7图10显示用锥台的规则阵列("=60°和77°)覆盖的结构化半毛细作用表面(经处理具有锥台凸起体的石墨)上水的润湿单元数目n及润湿面积A对体积V，参见表2中的样品18-20。.包括方柱("=90°)的数据以作比较。对于所有三种表面而言，x&500ym、y"1000ym、z"400ym，并且ea^40°。点为实验数据；实线是由方程式(ll)、(12)、(20)及(21)计算。用方柱覆盖的表面展示完全适应的润湿。另一方面，两种具有锥台的表面仅部分适应。锥台在其产生弯月面的能力上不同于柱。较低^值应意谓较小弯月面曲率。在ea"40。的情况下，对于"=77°而言弯月面应为浅的，且对于0)=60°而言弯月面几乎不存在。对于^=77°而言，锥台穿过气-液界面，但不展示弯月面。对于"=60°而言，锥台不穿过水而突出，其顶部由薄水膜覆盖。不希望受理论束缚，虽然特征具有相同的基本尺寸，但在每一单位单元中与柱相比锥台占据较小体积。锥台的较小"值也降低每一单位单元中可用以拉伸气-液界面的接触线的长度。在表2中所说明的样品中，具有大于1.3的f^/f^之比的样品是完全适应的。'接触线处及液体内的竞争力的简单比f^fV可用来评估其对形貌驱动的铺展的相对作用，f线/f液-cosea[l+2(z/yXcscco-cotw)](25)。当fs/f液足够大时，接触线处的相互作用可超过气-液界面的最小力，并且半毛细作用可以是完全适应的。表2显示实例中所检验的各种液体-表面组合的值。将该组合分组以显示关键参数e^y、x/y、w=y-x、y和"的影响。观察到f^fw比^1.4的各种表面产生完全适应于约卯。的升角的润湿。接触线处的力与气-液界面内的力之间的竞争决定了润湿程度，并且可用来通过增加每单位单元接触线的量或通过增加可润湿性来将部分适应的表面变为完全适应的润湿。例如，可进一步处理具有浅管道(x-370um、y=780ym、z=270Hm且"=90°样品15)的水的部分适应的结构化表面以使93由40°降低至约10°。此处，使水滴附着，并且将铺展程度与具有较大9a值的表面相比。较低的接触角改善了覆盖率，但不产生完全适应性。对于确定该表面上的铺展而言，似乎表面结构可能比可润湿性(即，03或Y)更重要。在表面结构化的半毛细作用表面的一些实施例中，可使管道具有足够的深度和亲液性以便实现完全适应的润湿。在一些实施例中，可使管道狭窄以使浸润液体覆盖较大面积。对于耐久性和制造简易性而言，可制备表面特征以使管道不过窄或过深。然而，若过浅，则n及A将减小。在一些实施例中，表面可包含宽度及深度大致相等(『z)的狭窄亲液管道(x/yX).5且ea<50°)。例如，图11显示了铺展于同系列的半毛细作用表面上的水的rif/V和A^V计算值，该表面由具有大范围y值的方柱规则阵列组成，其中0a=4O°、z-y-x且x/尸0.50、0.75或0.90。减小y值等于縮小单位单元尺寸，而管道横截面的纵横比及其相对于单位单元间距的尺寸均保持恒定。因此，对于给定的液体体积而言，随着尺寸变小面积覆盖率增加。因此，在附着于半毛细作用表面上的液体体积为lmm3ix/y=0.50的情况下，则对fy=100um，A尸32mm2。然而，对于y约为lum而言，Af数量级增加至约3200mm2。相反，光滑的亲液表面(ea=10°)上相同体积的液滴将仅覆盖i2mm2。有利地，具有包含凸起体以及互连管道的结构化表面的本发明实施例中的材料在以下情况下可提供完全适应的润湿或部分适应的润湿该材料的无结构或凸起体的平坦表面具有大于零的前进接触角；在一些实施例中10°或10°以上的前进接触角；在一些实施例中25°或25°以上的前进接触角；且在其他实施例中40。或40°以上的前进接触角。相反，当杨氏接触角为零或当接触角为零时，先前的粗糙表面仅能达到在粗糙表面上的完全润湿(表观或有效接触角为零)。本发明中构化表面的实施例为表面润湿特征提供了较大稳定性及耐久性，这是因为高度亲液的表面可吸引污染物且可能难以维持零或接近零的接触角。本发明的实施例中的结构化表面可为倾斜的，例如在燃料电池分布板中或作为滤芯、壳体或壳罩(housingbowl)的部分。该结构化表面可制备于管道的一个或多个表面或管道例如分布板管道的正面上。定位可能对铺展26程度、铺展方向或润湿面积的形状无显著影响。相同方法可应用于其他有序或不规则的管道几何形状。本发明的实施例通过引入结构或纹理来改善表面的表观亲液性。表面以产生增强液体铺展的毛细管道的网路为特征。在一些实施例中，正交几何形状的这些特定表面产生方形润湿面积。半毛细作用随表面的几何形状而变化，且在较小程度上随液体的表面张力或接触线处分子间相互作用的强度(如由接触角所评估)而变化。两种不同类型的半毛细作用行为可由完全适应或部分适应的本发明实施例中的表面结构提供。在接触线处相互作用的强度超过与气-液界面张力有关的恢复力的情况下，发生半毛细作用表面的完全适应润湿；液体被完全吸入间隙空间中且在亲液凸起体侧面上形成展示前进接触角的弯月面。在部分适应的半毛细作用中，竞争力在量值上相当，并且在实施例中液体不表现将特征遮蔽的弯月面或薄液层。在表面的实施例中，若液体渗入表面结构且实现完全适应性，则固有的可润湿性相对不重要。在这样的实施例中，若管道较浅或较窄，则液体铺展于较大面积上。表l.各种体积V的水滴附着之后，经处理具有凸起体的结构化完全适应的半毛细作用的石墨表面上的润湿单位单元数目n及润湿面积A。表面由具有x=380ixm的宽度及z=420ym的高度及y=780um的单位单元宽度的方柱规则阵列("=90°)组成。对应的光滑表面具有9a=40°的前进接触角。<table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table>Hf及Af值是由方程式(13)及(14)计算；ne及Ae是由方程式(20)及(21)计算。表2.对于各种液体-固体组合而言，在接触线处作用的力与在流体-液体界面内作用的力的比f线/f液。<table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table>虽然已参考本发明的某些优选实施例相当详细地描述本发明，但其他变型是可能的。因此，随附的权利要求书的精神及范畴不应限于此说明书内所含的描述及优选变型。权利要求1.一种物件，其包含具有一个或多个经处理具有凸起体的表面的基板，所述凸起体在所述凸起体之间形成交叉的毛细管道，所述经处理具有凸起体的表面具有如由固着水滴所测量的小于所述基板的未经处理无凸起体的表面至少30°的前进接触角；所述经处理具有凸起体的表面的特征在于，通过液体铺展于所述经处理具有凸起体的表面上所润湿的面积与附着于所述经处理具有凸起体的表面上的液滴的体积成比例，并且其中在接触线处所述液体与所述经处理具有凸起体的表面的相互作用的强度大于与气-液界面张力有关的恢复力，由此所述经处理具有凸起体的表面上的液体被完全吸入所述交叉的毛细管道中，并且所述液体在所述凸起体的侧面上形成前进接触角并在所述凸起体之间形成弯月面。2.如权利要求1的物件，其中所述凸起体具有自所述凸起体之间所形成的毛细管道的基底起约90°的升角，所述凸起体具有一个或多个单位单元，所述一个或多个单位单元具有小于1500微米的y、小于IOOO微米的最大表面特征尺寸x和小于1000微米的高度z。3.如权利要求1或2的物件，其中所述经处理具有凸起体的表面具有如由固着水滴所测量的小于所述基板的未经处理无凸起体的表面至少40°的前进接触角。4.一种物件，其包含具有一个或多个经处理具有凸起体的表面的基板，所述凸起体在所述凸起体之间形成交叉的毛细管道，所述经处理具有凸起体的表面具有如由固着水滴所测量的小于所述基板的未经处理无凸起体的表面至少30°的前进接触角；所述经处理具有凸起体的表面的特征在于，通过液体铺展于所述经处理具有凸起体的表面上所润湿的面积,与附着于所述经处理具有凸起体的表面上的液滴的体积成比例，由此所述结构化表面上被吸入所述毛细管道中的液体在所述凸起体的侧面上不形成前进接触角，并且其中所述液体在所述凸起体之间不形成弯月面。5.如权利要求4的物件，其中所述凸起体具有小于90°的升角，并且所述凸起体之间所形成的所述毛细管道具有一个或多个单位单元，所述一个或多个单位单元具有小于1200微米的y、小于800微米的最大表面特征尺寸x和小于500微米的高度z。6.如权利要求4或5的物件，其中所述经处理具有凸起体的表面具有如由固着水滴所测量的小于所述基板的未经处理无凸起体的表面至少40°的前进接触角。'7.—种物件，其包含.-具有一个或多个经处理具有凸起体的表面的基板，所述凸起体在所述凸起体之间形成交叉的毛细管道，所述经处理具有凸起体的表面具有如由固着水滴所测量的小于所述基板的未经处理无凸起体的表面至少30°的前进接触角；所述经处理具有凸起体的表面的特征在于，通过液体铺展于所述经处理具有凸起体的表面上的所润湿的面积与附着于所述经处理具有凸起体的表面上的液体的体积成比例，其中根据以下方程式的接触线液体力之比fa/f液等于或大于1.4，其中f线为接触线处的力，f液为阻止所述液体铺展的界面力-f线/f液二cosea[l+2(z/yXcsc"-cot.w)]其中z为管道高度，y为单位单元，"为平均升角且为约90。，e。为水的前进接触角；和其中所述经处理具有凸起体的表面为水的完全适应润湿的半毛细作用表面。8.如权利要求7的物件，其中所述凸起体之间所形成的所述毛细管道具有一个或多个单位单元，所述一个或多个单位单元具有小于1200微米的y、小于800微米的最大表面特征尺寸x和小于500微米的高度z。9.如权利要求7的物件，其中所述凸起体形成方阵列。全文摘要本发明的实施例包括或包含具有一个或多个凸起体的超润湿结构化表面，有时称为半毛细作用表面。具有凸起体(诸如方柱或锥台)的规则阵列的结构化基板是自石墨块机械加工且随后处理以使其亲液。液体铺展于该表面上以产生非圆形润湿面积。因为凸起体之间所形成的管道较浅或较窄，所以液体更多地发生毛细作用且铺展于较大面积上。基板的固有可润湿性与基板无关或几乎无关。适当的表面结构和适度的固有可润湿性的组合可有效地使液体变平，从而使其铺展于极大面积上。文档编号H01M8/02GK101689652SQ200880022889公开日2010年3月31日申请日期2008年5月19日优先权日2007年5月23日发明者C·W.·伊斯特兰,文圣仁申请人:安格斯公司