KR101107829B1 - 초소수성 표면을 갖는 유체-투과성 본체 - Google Patents
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Abstract
제 1 비-평면 유체-투과성 본체 표면 및 제 2 유체-투과성 본체 표면을 구비하는 강성 유체-투과성 본체; 유체-투과성 본체 내의 복수의 유체-투과성 셀; 및 제 1 유체-투과성 본체 표면 상의 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부를 포함하는 장치가 개시된다. 장치는 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면을 갖는 유체-투과성 본체; 유체-투과성 본체 내의 복수의 유체-투과성 셀; 제 1 유체-투과성 본체 표면 상의 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부; 및 제 2 유체-투과성 본체 표면과 함께 제 2 유체 억제 구조체를 형성하는 유체 억제 본체를 포함한다. 액체를 유체로 처리하는 방법, 장치 사용, 및 초소수성 표면을 유지하는 방법 및 장치 사용이 개시된다.
Description
본 출원은 "초소수성 표면을 갖는 유체-투과성 본체"라는 명칭으로 2006년 11월 30일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제11/607,134호에 대한 우선권을 향유하며, 상기 미국 출원은 전체적으로 본원에 참고로서 포함된다.
본 발명은 일반적으로 초소수성 표면을 갖는 구조체 및 이들 구조체의 제조 방법에 관한 것이다.
소수성 구조체는 물과 같은 고 표면 장력 액체에 대해 반발하는 특성으로 잘 알려져 있다. 간극을 두고 이격되고 기판 상에서 서로에 대해 상대적인 위치에 유지되는 복수의 돌출 특징부를 포함하는 일부 소수성 구조체가 제조되어 왔다. 이들 돌출 특징부는 포스트, 블레이드, 스파이크, 및 리지(ridge)를 포함하는 다양한 형상을 취할 수 있다. 충분히 높은 표면 장력을 갖는 액체가 이러한 소수성 구조체의 표면과 접촉하게 되는 경우, 액체는 상기 액체가 간극으로 즉시 침투하지 못하도록 하기에 충분히 높은 국부적인 접촉각으로 소수성 구조체의 표면과 인터페이스를 형성할 수 있다. 따라서, 이러한 표면은 "초소수성"으로 기술된다.
이러한 전개에도 불구하고, 돌출 특징부 상에 형성된 초소수성 표면은 종종 액체에 의해 돌출 특징부에 적용되는 저압을 유지함에 있어, 그리고 초소수성 반발력의 붕괴 및 이에 따라 상기 표면을 통해 돌출 특징부 사이의 간극으로의 액체의 침투를 지연함에 있어 신중한 주의가 요구된다. 이러한 저압의 요구는 유체가 표면 상으로 유동할 필요가 있는 환경에서의 이러한 초소수성 표면의 사용을 억제할 수 있는데, 이는 이러한 유동이 표면 상에 현저한 압력을 발생할 수 있기 때문이다. 또한, 초소수성 표면 거동이 최종 사용 분야의 제한된 범위에 대해 고찰되어 왔다. 이러한 최종 사용의 확장은 액체를 취급하는 새로운 방식을 용이하게 할 수 있다.
따라서, 초소수성 표면 거동의 개발을 가능하게 하는 새로운 유형의 초소수성 표면 구조체에 대한 지속적인 요구가 있어 왔다.
일 실시예에서, 제 1 비-평면 유체-투과성 본체 표면 및 제 2 유체-투과성 본체 표면을 갖는 강성 유체-투과성 본체와; 유체-투과성 본체 내의 복수의 유체-투과성 셀로서, 상기 셀 각각이 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면 양자 내의 개구와 연통하는 유체 경로를 형성하는 셀 벽을 구비하는, 상기 복수의 유체-투과성 셀과; 제 1 유체-투과성 본체 표면 상의 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부를 포함하는 장치가 제공된다.
다른 실시예에서, 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면을 갖는 유체-투과성 본체와; 유체-투과성 본체 내의 복수의 유체-투과성 셀로서, 상기 셀 각각이 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면 양자 내의 개구와 연통하는 유체 경로를 형성하는 셀 벽을 갖는, 상기 복수의 유체-투과성 셀과; 제 1 유체-투과성 본체 표면 상의 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부와; 제 2 유체-투과성 본체 표면과 함께 제 2 유체 억제 구조체를 형성하는 유체 억제 본체를 포함하는 장치가 제공된다.
다른 실시예에서, 제 1 유체 억제 구조체 및 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면을 포함하는 유체-투과성 본체; 유체-투과성 본체 내의 복수의 유체-투과성 셀로서, 상기 셀 각각이 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면 내의 개구와 연통하는 유체 경로를 형성하는 셀 벽을 갖는, 상기 복수의 유체-투과성 셀; 제 1 유체-투과성 본체 표면 상의 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부; 및 제 2 유체-투과성 본체 표면과 함께 제 2 유체 억제 구조체를 형성하는 유체 억제 본체를 포함하는 장치를 제공하는 단계와; 제 1 유체 억제 구조체 내로 제 1 액체를 도입하고 제 2 액체 억제 구조체 내로 유체를 도입하는 단계를 포함하며, 제 1 액체와 유체 사이의 상호 작용이 유체-투과성 본체를 통해 발생하도록 되는, 액체를 유체로 처리하는 방법이 제공된다.
또 다른 실시예로서, 제 1 유체 억제 구조체 및 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면을 포함하는 유체-투과성 본체; 유체-투과성 본체 내의 복수의 유체-투과성 셀로서, 상기 셀 각각이 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면 내의 개구와 연통하는 유체 경로를 형성하는 셀 벽을 갖는, 상기 복수의 유체-투과성 셀; 제 1 유체-투과성 본체 표면 상의 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부; 및 제 2 유체-투과성 본체 표면과 함께 제 2 유체 억제 구조체를 형성하는 유체 억제 본체를 포함하는 장치를 제공하는 단계와; 제 1 유체 억제 구조체 내로 액체를 도입하고, 제 2 유체 억제 구조체 내로 기체화 유체를 도입하는 단계와; 제 2 유체 억제 구조체 내의 압력에 대해 선택된 범위 내에서 제 1 유체 억제 구조체 내의 압력을 유지하는 단계를 포함하는 초소수성 표면을 유지하는 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 시스템, 방법, 특징 및 이점은 이하의 도면 및 상세한 설명의 고찰 시 당업자에게 명확하게 될 것이다. 이러한 모든 추가적인 시스템, 방법, 특징 및 이점은 본 명세서 내에 포함되고, 본 발명의 범주 내에 있으며, 첨부되는 특허청구범위에 의해 보호될 것이다.
본 발명은 이하의 도면을 참조하여 보다 잘 이해될 수 있다. 도면 내의 구성요소는 일정한 비율일 필요는 없으며, 대신에 본 발명의 원리를 설명하고자 할 때에 강조될 수 있다. 또한, 도면에 있어서, 상이한 도면 전반에 걸쳐 유사한 도면 부호는 대응하는 부분을 가리킨다.
도 1은 제 1 유체-투과성 본체 표면을 갖는 유체-투과성 본체, 및 제 1 유체-투과성 본체 표면 상의 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부를 포함하는 장치에 대한 예를 도시하는 평면도,
도 2는 도 1의 장치를 도시하는, 선(2-2)을 통해 절단한 부분 단면도,
도 3은 도 1 및 도 2의 장치를 도시하는, 선(3-3)을 통해 절단한 저면 단면도,
도 4는 도관 및 제 1 유체-투과성 본체 표면을 포함하는 유체-투과성 본체, 및 제 1 유체-투과성 본체 표면 상의 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부를 포함하는 장치의 예를 도시하는 사시도,
도 5는 도 4의 장치를 도시하는, 선(5-5)을 통해 절단한 측 단면도,
도 6은 캐비티 및 제 1 유체-투과성 본체 표면을 포함하는 유체-투과성 본체, 및 제 1 유체-투과성 본체 표면 상의 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부를 포함하는 장치의 예를 도시하는 사시도,
도 7은 도 6의 장치를 도시하는, 선(7-7)을 통해 절단한 측 단면도,
도 8은 도관을 구비하는 복수의 장치, 또는 캐비티를 구비하는 복수의 장치, 또는 도관을 구비하는 장치와 캐비티를 구비하는 장치를 포함하는 복수의 장치 중 하나를 포함하도록 선택되는 장치의 예에 대한 단면도,
도 9는 도 1 내지 도 8에 도시된 것과 같은 장치를 제조하기 위한 공정의 예를 나타내는 흐름도,
도 10은 도 9의 공정에 따른 제조 동안, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 장치의 예를 도시하는 사시도,
도 11은 액체를 유체로 취급하는 방법의 실시를 도시하는 흐름도,
도 12는 초소수성 표면을 유지하는 방법의 실시를 도시하는 흐름도.
제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면을 갖는 유체-투과성 본체; 유체-투과성 본체 내의 복수의 유체-투과성 셀로서, 각각이 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면 양자 내의 개구와 연통하는 유체 경로를 형성하는 셀 벽을 구비하는, 상기 복수의 유체-투과성 셀; 및 제 1 유체-투과성 본체 표면 상의 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부를 포함하는 장치가 제공된다. 일 예에서, 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부 각각은 단부를 포함할 수 있고, 단부는 초소수성 표면을 형성하며, 돌출 마이크로-스케일 특징부는 제 1 유체-투과성 본체 표면으로부터 일정 거리만큼 이격된다. 다른 예로서, 유체-투과성 본체는 유체-투과성 도관 또는 유체-투과성 캐비티를 포함할 수 있다. 추가적인 예에서, 장치는, 제 2 유체-투과성 본체 표면과 함께, 유체 억제 구조체를 형성하는 유체 억제 본체를 포함할 수 있다.
도 1은 제 1 유체-투과성 본체 표면(104)을 구비하는 유체-투과성 본체(102), 및 제 1 유체-투과성 본체 표면(104) 상의 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)를 포함하는 장치(100)의 일 예를 도시하는 평면도이다. 도 2는 도 1의 장치(100)를 도시하는 선(2-2)을 따라 취한 부분 측단면도이다. 도 3은 도 1 및 도 2의 장치(100)를 도시하는 선(3-3)을 따라 취한 저면 단면도이다. 유체-투과성 본체(102)는 도 1에 도시된 바와 같은 제 1 유체-투과성 본체 표면(104)에 추가하여, 도 2에 도시된 바와 같은 제 2 유체-투과성 본체 표면(108)을 포함한다. 도 2는 유체-투과성 본체(102)의 톱니 모양 단부(103, 105)에 의해 도시된 장치(100)의 부분도를 도시한다.
일 예에서, 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)의 각각은 단부(110)를 포함할 수 있으며, 단부(110)는 제 1 유체-투과성 본체 표면(104)으로부터 거 리(112)만큼 이격되어 있으며, 단부(110)는 초소수성 표면(114)을 형성한다. 다른 예로서, 장치(100)는 제 2 유체-투과성 본체 표면(108) 상의 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부(116)를 포함할 수 있다. 추가적인 예에서, 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부(116)의 각각은 단부(118)를 포함할 수 있으며, 단부(118)는 제 2 유체-투과성 본체 표면(108)으로부터 거리(120)만큼 이격되고, 단부(118)는 초소수성 표면(121)을 형성한다. 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)는 일 예로서, 유체-투과성 본체(102)와 일체를 이룰 수 있다. 유사하게, 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부(116)는 일 예로서, 유체-투과성 본체(102)와 일체를 이룰 수 있다. 본 명세서 전반에 걸쳐, "일체" 라는 용어는 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116) 및 유체-투과성 본체(102)와 같은 전술된 장치 요소가 동일한 재료의 하나의 단일 본체라는 것을 의미한다. 유사하게, 장치(100)는 복수의 일체형 섹션(도시되지 않음)으로부터 조립될 수 있다는 것이 이해된다.
유체-투과성 본체(102)는 복수의 유체-투과성 셀(122)을 포함한다. 복수의 유체-투과성 셀(122) 각각은 각각 제 1 유체-투과성 본체 표면(104) 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(108) 내의 개구(128, 130)와 연통하는 유체 경로(126)를 형성하는 셀 벽(124)을 포함한다. 일 예로서, 복수의 유체 경로(126)는 유체가 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108) 사이에서 단지 확산에 의해 통과하기 보다 제 1 유체-투과성 본체 표면(104)과 제 2 유체-투과성 본체 표면(108) 사이를 투과할 수 있기에 충분히 클 수 있다. 일 예에서, 유체 경로(126)의 단면(125)은 약 0.1 밀리미터 내지 약 50 밀리미터의 범위 내의 평균 직경을 가질 수 있다. 다른 예에서, 유체 경로(126)의 단면(125)은 약 5 밀리미터 내지 약 10 밀리미터의 범위 내의 평균 직경을 가질 수 있다. 추가적인 예에서, 유체 경로(126)의 단면(125)은 약 0.5 밀리미터 내지 약 3 밀리미터의 범위 내의 평균 직경을 가질 수 있다.
일 예에서, 유체-투과성 본체(102)는 약 0.1 밀리미터 내지 약 50 밀리미터의 범위 내의, 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108) 사이의 두께(119)를 가질 수 있다. 다른 예로서, 유체-투과성 본체(102)는 약 1 밀리미터의 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108) 사이의 두께(119)를 가질 수 있다.
본 명세서 전반에 걸쳐 사용된 "유체"라는 용어는 유동할 수 있는 상태의 물질을 의미하고 이를 포함한다. "유체"는 예를 들어, 기체, 액체 또는 기체 및 액체를 포함할 수 있으며, "유체"가 유동할 수만 있다면 추가로 고체를 포함할 수 있다.
유체가 액체를 포함하는 일 예로서, 초소수성 표면(114)은 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)의 단부(110)에 가해지는 선택된 유체 압력에서의 액체가 초소수성 표면(114)을 직접 투과하는 것을 방지할 수 있다. 일 예에서, 유체-투과성 본체(102)는 복수의 유체-투과성 셀(122)을 포함할 수 있으며, 상기 셀 각각은 제 1 유체-투과성 본체 표면(104)과 연통하는 단일의 제 1 유체-투과성 본체 표면 개구(128), 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(108)과 연통하는 단일의 제 2 유체-투과성 본체 표면 개구(130)를 구비한다. 추가적인 예(도시되지 않음)에서, 복수의 유체 경로(126), 또는 각각의 유체 경로(126)는 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108) 내의 개구(128, 130)를 함께 간접적으로 연결할 수 있다. 일 예(도 시되지 않음)에서, 개구(128)는 유체 경로(126)를 통해 2개 이상의 개구(130)에 연통할 수 있으며, 또는 개구(130)가 유체 경로(126)를 통해 2개 이상의 개구(128)에 연통할 수 있다. 제 1 유체-투과성 본체 표면(104) 내의 개구(128)와 제 2 유체-투과성 본체 표면(108) 내의 개구(130) 사이의 유체 경로(126)는 일 예로서, 도 2에 도시된 바와 같이 직선일 수 있다. 다른 예(도시되지 않음)에서, 유체-투과성 본체(102)는 직선이 아닌 유체 경로(126)를 포함할 수 있다. 예로서, 유체-투과성 본체(102)는, 곡선형이거나 분기형으로 하나 이상의 각도로 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108) 사이를 통과하는 유체 경로(126)를 포함할 수 있으며, 상기 하나 이상의 각도는 유체 경로(126)와 연통하는 개구(128, 130)에 인접한 상기와 같은 표면의 평면(도시되지 않음)에 직교하거나 직교하지 않는다.
일 예에서, 유체-투과성 본체(102) 내의 복수의 셀 벽(124)은, 각각 제 1 유체-투과성 본체 표면(104) 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(108)의 일부를 형성하는 리지(132)를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 장치(100)는 리지(132) 상에 각각 위치되는 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)를 포함할 수 있다.
예로서, 제 1 유체-투과성 본체 표면(104) 내의 개구(128)는 선택된 개구 형상을 가질 수 있으며, 제 1 유체-투과성 본체 표면(104)에서 서로에 대해 제 1 배열로 위치될 수 있다. 도 1은 육각형 형상을 갖는 제 1 유체-투과성 본체 표면 개구를 형성하는 셀 벽(124)을 갖는 유체-투과성 셀(122)의 제 1 배열의 예를 도시하며, 개구(128)는 제 1 유체-투과성 본체 표면(104) 내의 벌집 모양의 제 1 배열로 배열된다. 다른 예로서, 셀 벽(124)은 인접한 유체-투과성 셀(122) 사이의 선택된 두께(134)를 가질 수 있으며, 복수의 제 1 유체-투과성 본체 표면 개구(128)는 제 1 유체-투과성 본체 표면(104) 내의 이러한 개구(128)의 밀도를 최대화하기 위해, 선택된 두께(134)를 갖는 셀 벽(124)에 의해서만 제 1 유체-투과성 본체 표면(104) 내에서 분리될 수 있다. 일 예에서, 셀 벽(124)의 선택된 두께(134)는 약 1 밀리미터일 수 있다. 예로서, 셀 벽(124)의 선택된 두께(134)는 약 0.05 밀리미터 내지 약 5 밀리미터의 범위 내에 있을 수 있다. 추가적인 예(도시되지 않음)에서, 제 1 유체-투과성 본체 표면(104) 내의 개구(128)는 도 1에 도시된 배열과 다른 제 1 배열을 형성할 수 있다. 예로서, 제 1 유체-투과성 본체 표면 개구(128)의 다른 형상이 사용될 수 있다. 예에서, 제 1 유체-투과성 본체 표면 개구(128)의 이하의 하나 이상의 다른 형상으로는, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 오각형, 사다리꼴, 7각형, 다각형, 원형, 타원형 및 불규칙 형상으로부터 선택될 수 있다. 추가적인 예로서, 제 1 유체-투과성 본체 표면 개구(128)의 형상은 하나 이상의 크기 또는 선택된 형상(들)의 차별적 크기, 또는 제 1 유체-투과성 본체 표면(104) 내의 상이한 선택된 위치 또는 영역에 포함되기 위한 상이한 선택된 형상을 포함하도록 선택될 수 있다. 추가적인 예로서, 제 2 유체-투과성 본체 표면(108) 내의 개구(130)는 동일한 방식으로 선택된 형상을 가질 수 있으며, 개구(128)와 관련하여 설명된 것과 동일한 방식으로 선택된 제 2 유체-투과성 본체 표면(108) 내의 배열로 위치될 수 있다. 도 3은 육각형 형상을 갖는 제 2 유체-투과성 본체 표면 개구(130)를 형성하는 셀 벽(124)을 갖는 유체-투과성 셀(122)의 제 1 배열의 예를 도시하며, 개구(130)는 제 1 유체-투과성 본체 표면(104)에 대해 도 1에 도시된 제 1 배열을 위해 선택될 수 있는 것과 동일한 벌집 모양 제 1 배열로 배열된다. 다른 예(도시되지 않음)에서, 정사각형 형상(도시되지 않음)을 갖는 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면 개구(128, 130)를 형성하는 셀 벽(124)을 갖는 유체-투과성 셀(122)의 제 1 배열은 정사각형 메시 제 1 배열로 배열되는 개구(128, 130)를 포함할 수 있다.
일 예로서, 장치(100)는 제 1 유체-투과성 본체 표면(104) 상에 제 2 배열로 위치되는 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)를 포함할 수 있으며, 제 2 배열은 제 1 배열과 상이하다. 도 1은 유체-투과성 셀(122)의 셀 벽(124)의 리지(132) 상에 위치되는 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)를 포함하는 제 2 배열의 예를 도시하며, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)는 제 1 유체-투과성 본체 표면(104) 내에 제 1 배열로 배열된다. 일 예에서, 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)는 셀 벽(124)에 의해 형성되는 것과 같이, 유체-투과성 셀(122) 사이의 꼭지점(136)에 위치될 수 있다. 도 1에 도시된 것과 같은 예에서, 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)는, 육각형 형상을 갖고 전술된 바와 같이 제 1 유체-투과성 본체 표면(104) 내의 제 1 배열로 배열된 유체-투과성 셀(122) 사이에서 꼭지점(136)에 위치될 수 있다. 따라서, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 배열과 상이한 제 1 유체-투과성 본체 표면(104) 상의 제 2 배열로 배열될 수 있다. 이러한 방식에 있어서, 일 예로서, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106) 및 제 1 유체-투과성 본체 표면 개구(128)는 상호 간섭 없이, 제 1 유체-투과성 본체 표면(104) 상의 이러한 제 2 및 제 1 배열로 위치될 수 있 다.
일 예에서, 제 1 유체-투과성 본체 표면(104) 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(108)은 둘 다 평면을 포함할 수 있다. 본 명세서 전반에 걸쳐, "평면" 이라는 용어는 개시된 표면이 대체로 또는 실질적으로 평면이지만 반드시 완전한 평면일 필요는 없는 것을 의미한다. 다른 예로서, 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108)은 공통-평면일 수 있다. 추가적인 예에서, 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108)은 양자 모두 비-평면일 수 있으며, 각각 평면일 수 있으나, 공통 평면은 아닐 수 있다. 일 예(도시되지 않음)에서, 제 1 유체-투과성 본체 표면(104)은 반-원통형 또는 원통형 표면과 같은 비-평면을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 유체-투과성 본체(102)는 그 형상을 유지하기에 적합한 강성 구조를 가질 수 있다. 추가적인 예에서, 제 1 유체-투과성 본체 표면(104)은 반-원통 또는 원통형 표면과 같은 강성 비-평면을 포함할 수 있다. 예로서, 유체-투과성 본체(102)의 일부 또는 전체는 제 1 유체 억제 구조체(138)를 형성할 수 있다. 이하 추가로 설명되는 예에서, 유체-투과성 본체(102)는 도관 또는 캐비티를 포함하는 제 1 유체 억제 구조체(138)를 형성할 수 있다. 본 명세서 전반에 걸쳐, "도관" 이란 용어는 하나의 지점에서 다른 지점까지 유체를 운반하기 위해 사용될 수 있는 내측 영역을 포함하는 구조체를 의미한다. 본 명세서 전반에 걸쳐, "캐비티" 라는 용어는 중공 내측 영역을 포함하는 구조체를 의미한다. 일 예로서, 제 1 유체-투과성 본체 표면(104)은 도관의 내측 영역 또는 캐비티의 내측 영역을 형성할 수 있다. 다른 예에서, 유체-투과성 본체(102)의 일부 또는 전체는 관형 도관 또는 관 형 캐비티와 같은 관형 제 1 유체 억제 구조체(138)를 형성할 수 있다. 예로서, 이러한 관형 제 1 유체 억제 구조체(138)는 유체를 운반하는 방향에 횡방향으로 형성된 것과 같은 도관의 관형 단면, 또는 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형, 다각형 또는 불규칙한 형상인 캐비티로부터 배출되는 방향에 횡방향으로 형성된 것과 같은 관형 단면을 가질 수 있다.
일 예에서, 장치(100)는 유체 억제 본체(140)를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 유체 억제 본체(140)는 제 2 유체-투과성 본체 표면(108)과 함께, 제 2 유체 억제 구조체(142)를 형성할 수 있다. 제 2 유체-투과성 본체 표면(108)이 평면인 일 예에서, 제 2 유체 억제 구조체(142)는 대체로 직사각형 사방 정계 또는 입방 형상을 갖는 공간을 차지할 수 있다. 유체-투과성 본체(102)가 관형 도관 또는 관형 캐비티와 같은 관형 제 1 유체 억제 구조체(138)를 형성할 수 있는 예에서, 제 2 유체 억제 구조체(142)는, 관형 제 1 유체 억제 구조체(138)를 둘러싸고 대체로 환형 형상을 갖는 공간을 차지할 수 있다. 다른 예로서, 장치(100)는 유체-투과성 본체(102)를 유체 억제 본체(140)와 연결하는 지지 부재(144)를 포함할 수 있다. 지지 부재(140)는 일 예로서, 유체 억제 본체(140)와 관련하여 선택된 위치에 유체-투과성 본체(102)를 유지할 수 있다. 일 예(도시되지 않음)에서, 장치(100)는 유체-투과성 본체(102)를 유체 억제 본체(140)와 연결하는 복수의 지지 부재(144)를 포함할 수 있다.
일 예로서, 장치(100)는 제 1 유체 억제 구조체(138) 및 제 2 유체 억제 구조체(142)를 포함할 수 있으며, 제 2 유체 억제 구조체(142)는 유체 압력 억제 챔 버이도록 선택될 수 있다. 다른 예에서, 제 1 및 제 2 유체 억제 구조체(138, 142) 중 어느 하나 또는 양자는 유체의 입력 및 출력을 위한 하나 또는 복수의 피팅을 포함할 수 있다. 일 예로서, 제 1 유체 억제 구조체(138)는 유체의 입력을 위한 피팅(146) 및 유체의 출력을 위한 피팅(148)을 포함할 수 있다. 추가적인 예에서, 제 2 유체 억제 구조체(142)는 유체의 입력을 위한 피팅(150) 및 유체의 출력을 위한 피팅(152)을 포함할 수 있다. 피팅(146 내지 152)은 예로서, 개구 또는 밸브를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 제 1 및 제 2 유체 억제 구조체(138, 142)의 어느 하나 또는 양자는 각각 하나 또는 복수의 유체 압력 게이지(154, 156)를 포함할 수 있다. 예에서, 도면에 도시되고 본 명세서에 설명된 장치(100)의 소정의 요소 또는 전체 요소는 강성일 수 있으며, 장치(100)의 사용에 있어서 그들의 형상을 유지할 수 있다. 일 예로서, 제 1 및 제 2 유체 억제 구조체(138, 142)를 포함하고, 제 2 유체 억제 구조체(142)가 유체 압력 억제 챔버이도록 선택되는 장치(100)의 작동 시, 제 2 유체 억제 구조체(142) 내의 유체 압력은 증가된 유체 압력이 제 1 유체 억제 구조체(138) 내에 사용될 수 있도록 한다. 제 1 유체 억제 구조체(138) 내의 유체 압력은 일 예로서, 제 1 유체 억제 구조체(138) 내로 또는 제 1 유체 억제 구조체(138)를 통하는 유체로부터의 압력을 포함할 수 있다. 다른 예(도시되지 않음)에서, 장치(100)는 장치(100) 내, 장치(100) 내로, 그리고 장치(100) 밖으로 유체를 운반하기 위한 도관을 포함할 수 있다. 추가적인 예(도시되지 않음)로서, 장치(100)는 장치(100)의 구조적 및 작동적 일체성을 유지하기 위해 주변 벽 및 추가적인 지지 부재를 포함할 수 있다.
제 1 유체 억제 구조체(138) 내의 유체가 액체를 포함하는 일 예로서, 제 1 유체 억제 구조체(138) 내에서 점진적으로 증가하는 유체 압력은 결국에는 초소수성 표면(114)에서의 손상을 유발할 수 있다. 초소수성 표면(114)에서의 이러한 손상의 발생 후에, 액체는 제 1 유체 억제 구조체(138)로부터 유체-투과성 셀(122)을 통해 제 2 유체 억제 구조체(142)로 유동할 수 있다. 제 2 유체 억제 구조체(142)가 유체 압력 억제 챔버이도록 선택되는 일 예에서, 제 2 유체 억제 구조체(142) 내의 유체 압력은 피팅(150, 152)을 통해 유체의 입력 및 출력을 제어하고, 유체 압력 게이지(156)로 압력을 모니터링하여, 제 1 유체 억제 구조체(138) 내의 액체의 유체 압력을 중화함으로써 상향으로 조절될 수 있다. 일 예로서, 제 1 및 제 2 유체 억제 구조체(138, 142) 내의 유체 압력의 균형을 유지함으로써, 제 1 유체 억제 구조체(138) 내의 액체의 유체 압력 증가에도 불구하고 초소수성 표면(114)은 유지될 수 있다.
일 예에서, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)의 단부(110)에 의해 집단적으로 형성되는 초소수성 표면(114)에 의해 지지될 수 있는 최대 유체 압력은 단부 대 단부 분리 간격(158) 또는 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)의 "피치"를 감소시킴으로써 증가될 수 있다. 다른 예로서, 후에 설명될 3D 인쇄 공정이 장치(100)를 제조하는데 사용될 수 있다. 상기 경우에 있어서, 추가적인 예에서, 상대적으로 높은 해상도가 3D 인쇄 공정에서 선택될 수 있으며, 이로써 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)의 단부(110) 사이의 분리(158)를 감소시킬 수 있다. 일 예(도시되지 않음)로서, 이러한 감소는 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)의 생략, 및 초소수성 표면으로서의 제 1 및 제 2 유체 투과성 본체 표면(104, 108)의 사용을 용이하게 할 수 있다.
일 예로서, 공기를 포함하는 하부 구조체를 갖는 초소수성 표면(114)에 의해 지지될 수 있는 최대 액체 압력은 대체로, 이하의 방정식에 의해 설명될 수 있다.
여기서, b는 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)의 높이(112)이며, d는 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)의 단부(110) 사이의 간격(158)이고, ΔP는 메가파스칼("MPa")로 표현된, 공기의 압력에 대한 액체의 압력(Pl)이다. 또한, 방정식 내의 θA는 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)의 단부(110)와 액체 사이의 전진 접촉각이다. 또한, 방정식 내의 α는 제 1 유체 투과성 본체 표면(104)과 단부(110) 사이에서 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)의 측방 표면이 제 1 유체 투과성 본체 표면(104)에 수직인 선으로부터 벗어나는 평균 각도이다. 또한, 방정식에 있어서, σ는 액체-공기 접점부의 표면 장력이다. 일 예로서, 만약 액체가 물이면, 20℃(섭씨)에서 σ=0.0727 N/m(미터 당 뉴턴)이며, ΔP는 약 1 기압에서 0.1 MPa이고, (θA-α)는 120°이다. 따라서, 피치 간격(d)(158)은 약 1 마이크로미터 미만이어야 하며, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106) 높이(b)(112)는 약 0.4 마이크로미터보다 커야 한다. 다른 예로서, 전술한 방정식은 또한, 일반적으로 초소수성 표면(114)에 의해 지지될 수 있는 최대 액체 압력이 돌출 마이크로-스케일 특징 부(106)의 직경(160)에 반비례한다는 것을 보여준다. 전술한 공식은 전체 내용이 본원에 참조되는 것으로, 피지컬 리뷰 레터스(physical Review Letters)의 최 및 김의 "나노 기계가공된 초소수성 표면 상의 수성 액체 유동의 대형 슬립(Large Slip of Aqueous Liquid Flow Over a Nanoengineered Superhydrophobic Surface)"의 볼륨 96의 pp 066001-1 내지 066001-4(2006년 2월 17일자 미 물리학회)에 개시된다.
다른 일반적인 예로서, 유체 투과성 셀을 포함하지 않는 고형 본체 표면(도시되지 않음)에 의해 지지되는 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)의 단부(110) 상에 형성되는 초소수성 표면(114)은 200 마이크로미터 단부 대 단부 간격(158), 또는 "피치"에서 제곱 인치 당 약 0.07 파운드(0.07 psi)에 상응하는 최대 0.0005 MPa의 액체 압력을 지지할 수 있다. 다른 예(도시되지 않음)에서, 이러한 고형 본체 표면에 의해 지지되는 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)는 고형 본체 표면 상의 피라미드 베이스를 갖는 피라미드 형상을 갖는 것으로 선택될 수 있다. 이러한 예에서, 초소수성 표면(114)은 약 50 내지 100% 만큼 상대적으로 증가된 최대 액체 압력을 지지할 수 있다. 추가적인 예에서, 만약 초소수성 표면(114)이 유체 투과성 셀을 포함하지 않는 고형 본체 표면에 의해 지지되는 2 마이크로미터 단부 대 단부 간격(158) 또는 "피치"를 갖는 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)의 단부 상에 형성될 수 있다면, 초소수성 표면(114)은 이론적으로 약 7.4 psi에 상당하는 최대 약 0.05 MPa의 액체 압력을 지지할 수 있을 것이다.
다른 예에서, 전술된 방정식은 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)의 소정의 직경(160)에 대해, 만약 초소수성 표면(114) 아래의 공기 압력이 증가하여 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)를 지지하는 본체 표면을 가로지르는 ΔP가 일정하게 유지된다면, 초소수성 표면(114)에 의해 지지될 수 있는 최대 액체 압력이 증가될 수 있다는 것을 나타낸다.
일 예로서, 초소수성 표면(114) 아래에 공기를 함유하기 위한 폐쇄 공간이 제공되어, 공기가 일 예에서 증가될 수 있는 선택된 압력하에 유지될 수 있다. 일 예에서, 공기 압력은 액체 내로의 공기 버블 도입을 방지하기 위해, 초소수성 표면(114) 상의 액체의 압력보다 낮아지도록 제어될 수 있으며, 만일 공기 버블이 도입되는 것을 방지하지 못한다면, 불안정한 액체/공기 인터페이스가 생성될 것이다. 다른 예로서, 공기 압력은 전술된 방정식 내의 ΔP에 대해 표시되는 값보다 크도록 제어되어, 초소수성 표면(114)이 원상태로 유지될 수 있다. 추가적인 예로서, 제 2 유체 억제 구조체(142) 내의 공기 압력은 제 1 유체 억제 구조체(138) 내의 액체 압력이 대응하는 고압으로 유지될 수 있도록 허용하는 고압을 포함하는 소정의 선택된 값까지 증가될 수 있다. 추가적인 예에 있어서, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)는 상대적으로 작은 단부 대 단부 간격(158)을 갖도록 추가적으로 선택될 수 있으며, 이는 대응적으로 보다 큰 최대 ΔP를 허용할 수 있고, 이에 따라 초소수성 표면(114)이 유지될 수 있는 큰 ΔP 작동 윈도우를 초래한다. 다른 예로서, ΔP 작동 윈도우 내의 선택된 값의 공기 압력의 제어는 제 1 유체 억제 구조체(138) 내의 기체 버블의 형성을 감소 또는 제거할 수 있거나, 제거 또는 추가 공정을 위해 유체 경로(126)를 통해 제 2 유체 억제 구조체(142)로의 통과를 용이하 게 할 수 있다. 일 예로서, 이러한 기체 버블은 제 1 유체 억제 구조체(138) 내에서 형성될 것이며, 제 1 유체-투과성 본체 표면(104)에 부착되게 된다. 제 1 유체-투과성 본체 표면(104)에 부착된 기체 버블은 예로서, 유체 유동에 대한 장애물을 형성하고, 제 1 유체 억제 구조체(138) 내에서 유체 유동의 압력 강하에 기여한다.
일 예에서, 도관을 포함하는 제 1 유체 억제 구조체(138), 및 유체 압력 억제 챔버이도록 선택되는 제 2 유체 억제 구조체(142)가 장착되는 장치(100)가 초소수성 표면(114)을 유지하면서, 증가된 압력으로 도관을 통과하는 액체를 포함하는 유체의 유동을 용이하게 할 수 있다. 이러한 증가된 압력은 예로서, 액체를 포함하는 유체의 고 유출량 유동, 또는 제 1 유체 억제 구조체(138) 내에 포함되는 도관을 통한 액체를 포함하는 고점도 유체의 유동 동안 발생할 수 있다. 장치(100)는 돌출 마이크로-스케일 특징부(106 또는 116, 또는 양자)를 포함할 수 있다는 것이 이해된다. 일 예에서, 제 1 유체 억제 구조체(138)로의 도입을 위한 유체 및 제 2 유체 억제 구조체(142)로의 도입을 위한 유체는 독립적으로 선택될 수 있다.
다른 예로서, 제 1 유체 억제 구조체(138)로의 도입을 위한 유체는 액체를 포함할 수 있으며, 제 2 유체 억제 구조체(142)로의 도입을 위한 액체는 기체 또는 액체를 포함할 수 있다. 일 예에서, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)의 단부(110)와 접촉하는 표면 둘레 부분을 제외한 액체의 전체 표면 둘레(도시되지 않음)는 제 2 유체 억제 구조체(142) 내의 유체와 밀접하게 근접하여 유체 투과성 본체(102)를 통해 배치될 수 있다. 제 1 유체 억제 구조체(138) 내로의 도입을 위한 유체가 액체를 포함하고, 제 2 유체 억제 구조체(142) 내로의 도입을 위한 유체가 기체를 포함하는 경우, 장치(100)는 기체의 선택된 압력에 의해 액체의 상승된 압력을 중화함으로써, 초소수성 표면(114)을 손상하는 일 없이, 상승된 압력에서 제 1 유체 억제 구조체(138) 내의 액체의 유체 유동을 유지하기 위해 사용될 수 있다. 추가적인 예로서, 기체의 선택된 압력은 액체 내로의 기체의 이동, 유동, 확산 또는 용해, 또는 액체와 기체의 반응을 용이하게 할 수 있다. 제 1 유체 억제 구조체(138) 내로의 도입을 위한 유체가 액체를 포함하고, 제 2 유체 억제 구조체(142)로의 도입을 위한 유체 역시 액체를 포함하는 경우, 장치(100)는 제 1 및 제 2 유체 억제 구조체(138, 142) 내에서 액체 사이의 상호 작용을 용이하게 하도록 사용될 수 있다. 일 예로서, 제 1 유체 억제 구조체(138) 내의 액체 또는 제 2 유체 억제 구조체(142) 내의 액체의 분자는 각각 제 2 유체 억제 구조체(142) 내의 액체 또는 제 1 유체 억제 구조체(138) 내의 액체로 이동, 유동 또는 확산, 및 상호 작용할 수 있다. 예에서, 이러한 이동, 유동 또는 확산은 일 예로서, 액체의 증기압에 의해 야기될 수 있다. 추가적인 예에서, 초소수성 표면(114, 121)이 손상되어, 액체의 반응 또는 혼합과 같은 액체 사이의 직접적인 상호작용을 허용할 수 있다. 초소수성 표면(114, 121)의 이러한 손상은 예로서, 초소수성 표면(114, 121)에 의해 지지될 수 없는 상승된 압력 또는 다른 조건의 외부적 적용 또는 내부적 발생에 의해 야기될 수 있다.
일 예로서, 장치(100)는 제 1 유체 억제 구조체(138)로의 혈액을 포함하는 유체 도입 및 제 2 유체 억제 구조체(142)로의 산소를 함유하는 유체 도입에 의해 혈액을 산소 처리하도록 사용되어, 산소가 혈액으로 전달되고 이산화탄소가 혈액으 로부터 제거될 수 있다. 다른 예에서, 장치(100)는 제 1 유체 억제 구조체(138) 내로의 액체를 포함하는 유체 도입 및 제 2 유체 억제 구조체(142)로의 액체와의 반응을 위한 유체 도입에 의해 화학적 제조에 사용되어, 반응이 유체 투과성 본체(102) 전반에 걸쳐 또는 초소수성 표면(114)에서 발생할 수 있다. 본 경우에, 반응을 위한 유체는 증가된 속도로 상호 접촉할 수 있으며, 증가된 반응 속도를 용이하게 할 수 있는 증가된 속도로 제 1 및 제 2 유체 억제 구조체(138, 142) 내에서 유동하도록 야기될 수 있다. 추가적인 예로서, 장치(100)는 의학적 처리 장치 내의 혈액의 유동과 같은, 제 1 유체 억제 구조체(138) 내의 액체의 유동의 증가된 속도를 용이하게 하도록 사용될 수 있다. 다른 예에서, 장치(100)는 용매를 제거함으로써, 액체 용매 내에 용해된 고체를 제조하는 것과 같이, 제 1 유체 억제 구조체(138) 내의 액체로부터 기체 또는 증기의 제거를 용이하게 하도록 사용될 수 있다. 추가적인 예로서, 장치(100)는 제 1 유체 억제 구조체(138) 내에서 유동하는 액체가 제 2 유체 억제 구조체(142) 내에서 유동하는 유체와 상호작용할 수 있도록 함으로써, 혈액과 같은 액체의 투석에 사용될 수 있다. 이 경우에 있어서, 일 예에서, 장치(100)는 초소수성 표면(114, 121) 양자를 포함하도록 선택될 수 있으며, 액체는 제 2 유체 억제 구조체(142) 내에서 유동하도록 야기될 수 있다. 추가적인 예로서, 장치(100)는 제 1 유체 억제 구조체(138) 내에서 유동하는 액체로부터의 증기 운반 분자가 제 2 유체 억제 구조체(142) 내에서 유동하는 유체와 접촉할 수 있도록 함으로써, 연료 전지 내에 사용될 수 있다.
각각 제 1 및 제 2 유체 투과성 본체 표면(104, 108)에서 측정된 돌출 마이 크로-스케일 특징부(106, 116)의 평균 직경(160)은 약 1,000 마이크로미터("마이크로-스케일"로서 본 명세서에 언급됨) 미만이다. 일 예로서, 각각 제 1 및 제 2 유체 투과성 본체 표면(104, 108)에서 측정된 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)의 평균 직경(160)은 약 400 마이크로미터 미만일 수 있다. 일 예에서, 각각 제 1 및 제 2 유체 투과성 본체 표면(104, 108)에서 측정된 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)의 평균 직경(160)은 약 50 마이크로미터보다 클 수 있다. 상대적으로 작은 평균 직경(160)을 갖는 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)는 돌출 마이크로-스케일 특징부 위로의 유체의 유동에 대한 상대적으로 낮은 저항을 생성할 수 있다. 다른 예로서, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)는 제 1 및 제 2 유체 투과성 본체 표면(104, 108)에서 약 0.24 밀리미터의 직경, 및 단부(110, 118)에서 약 0.15 밀리미터의 직경을 가질 수 있다.
일 예에서, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)의 평균 길이(112, 120)는 각각 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108) 상에서 상기 표면으로부터 약 10 밀리미터("mm") 미만으로 멀어지게 연장될 수 있다. 추가적인 예에서, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)의 평균 길이(112, 120)는 각각 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108) 상에서 상기 표면으로부터 약 2mm 미만으로 멀어지게 연장될 수 있다. 추가적인 예로서, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)의 평균 길이(112, 120)는 각각 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108) 상에서 상기 표면으로부터 약 10mm 보다 더 멀어지게 연장될 수 있다. 다른 예에서, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)의 평균 길이(112, 120)는 각각 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108) 상에서 상기 표면으로부터 약 16 마이크로미터보다 더 멀어지게 연장될 수 있다. 다른 예로서, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)의 평균 길이(112, 120)는 각각 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108) 상에서 상기 표면으로부터 약 1,000 마이크로미터 내지 약 2,000 마이크로미터 사이의 범위 내에서 멀어지게 연장될 수 있다. 추가적인 예로서, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)의 평균 길이(112, 120)는 각각 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108) 상에서 상기 표면으로부터 약 600 마이크로미터 내지 약 700 마이크로미터 내의 범위 내에서 멀어지게 연장될 수 있다.
일 예에서, 제 1 유체-투과성 본체 표면(104)은 돌출 마이크로-스케일 특징부(106)의 단부(110)에 의해 형성되는 초소수성 표면(114)에 의해 실질적으로 덮힐 수 있다. 다른 예에서, 제 2 유체-투과성 본체 표면(108)은 돌출 마이크로-스케일 특징부(116)의 단부(118)에 의해 형성되는 초소수성 표면(121)에 의해 실질적으로 덮힐 수 있다. "실질적으로 덮히다"라는 것은 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)의 단부(110, 118)가 집단적으로 초소수성 거동을 나타내기에 충분한 밀도로, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)가 각각 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108) 상에서 이격되어 있음을 의미한다. 본 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 것과 같은 "초소수성"이라는 용어는 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)의 주요 패턴이 센티미터 당 약 70 다인("70d/cm")보다 큰 표면 장력을 갖는 액체에 의해 즉시 젖지 않으며, 약 28d/cm보다 큰 표면 장력을 갖는 액체에 의해 즉시 젖지 않을 수 있다는 것을 의미한다. 일 예로서, 약 28d/cm의 표면 장력을 갖는 알코올 은 본 명세서에 개시된 바와 같은 돌출 마이크로-스케일 특징부의 초소수성 패턴을 즉시 젖게할 수 없다.
일 예로서, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)는 각각 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108) 상의 일 패턴으로 배열될 수 있으며, 이로써 가장 인접한 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116) 사이의 평균 간격("피치")은 약 1 마이크로미터 내지 약 1mm 사이의 범위 내에 있다. 다른 예에서, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)는 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108) 상의 패턴으로 배열될 수 있으며, 이로써 가장 인접한 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116) 사이의 평균 피치는 약 0.2mm 내지 약 0.6mm 사이의 범위 내에 있다. 추가적인 예에서, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)는 임의적으로 이격되거나, 균일하게 이격되고, 또는 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108) 상의 규정된 패턴 또는 경사도로 이격된다.
추가적인 예로서, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)는 각각 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108) 상의 육각형 유닛 셀 패턴으로 배열될 수 있다. 일 예에서, 육각형 유닛 셀 내의 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)의 외측면 사이의 최대 피치는 약 0.4mm일 수 있으며, 유닛 셀 내의 동일한 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)의 내측면 사이의 최소 피치는 약 0.2mm일 수 있다.
돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)는 그 단면이 제 1 또는 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108)의 일부를 대체로 가로지르는 방향으로 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)를 통하는 섹션으로서 형성되는 소정의 선택된 단면 형상 (들)을 가질 수 있다. 예로서, 이러한 단면은 단독으로 또는 조합적으로, 포스트, 블레이드, 스파이크, 피라미드, 정사각형, 직사각형, 못, 및 리지를 포함할 수 있다. 적합한 단면 형상이 예로서, 전체로서 본원에 참조되는 것으로 미국 특허 번호 제 7,048,889 호로서 2006년 5월 23일자로 허여된 "나노구조 표면을 갖는 동역학적으로 제어 가능한 생물학적/화학적 검지기"라는 명칭의 미국 특허 출원 제 10/806,543 호의 도 1A-E 및 3A-C에 개시된다. 추가적인 적합한 단면 형상은 전체로서 본원에 참조되는 것으로 2006년 3월 23일자로 "초소수성 표면 구조체"라는 명칭으로 출원된 미국 특허 출원 제 11/387,518 호에 개시된다.
초소수성 표면(114, 121)을 형성하는 것에 추가하여, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)는 또한 집단적으로 단열재로서 작용할 수 있다. 일 예에서, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)는 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)의 길이(112, 120)를 따라 크기가 변경하는 단면 형상을 가질 수 있다. 일 예로서, 이러한 변형 가능한 단면 형상은 인접한 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116) 사이에 보이드 공간(void space)을 형성할 수 있다. 이러한 보이드 공간은 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)에 의해 형성되는 초소수성 표면의 효율을 증가시켜 단열재로서 작용할 수 있다.
일 예에서, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)는 제 1 또는 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108)에서 측정된 약 200 마이크로미터 × 200 마이크로미터의 평균 평방 치수를 갖는 사각뿔 형상을 가질 수 있으며, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)는 약 200 마이크로미터의 피치로, 약 2000 마이크로미터의 평균 길이(112, 120)에 의해 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108) 상에서, 이들로부터 연장된다. 다른 예에서, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)는 제 1 또는 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108)에서 측정된 약 200 마이크로미터 × 200 마이크로미터의 평균 치수를 갖는 정사각형 형상을 가질 수 있으며, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)는 약 600 마이크로미터의 피치로, 약 1500 마이크로미터의 평균 길이(112, 120)에 의해 제 1 또는 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108) 상에서, 이들로부터 연장된다. 다른 예로서, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)는 제 1 또는 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108)에서 측정된 약 200 마이크로미터 × 200 마이크로미터의 평균 치수를 갖는 정사각형 형상을 가질 수 있으며, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)는 약 600 마이크로미터의 피치로, 약 1000 마이크로미터의 평균 길이(112, 120)에 의해 제 1 또는 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108) 상에서, 이들로부터 연장된다. 추가적인 예에서, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)는 제 1 또는 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108)에서 측정된 약 200 마이크로미터 × 200 마이크로미터의 평균 치수를 갖는 정사각형 형상을 가질 수 있으며, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)는 약 500 마이크로미터의 피치로, 약 1500 마이크로미터의 평균 길이(112, 120)에 의해 제 1 또는 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108) 상에서, 이들로부터 연장된다. 추가적인 예로서, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)는 제 1 또는 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108)에서 측정된 약 200 마이크로미터 × 200 마이크로미터의 평균 치수를 갖는 정사각형 형상을 가질 수 있으며, 돌출 마이크로-스케일 특징 부(106, 116)는 약 500 마이크로미터의 피치로, 약 1000 마이크로미터의 평균 길이(112, 120)에 의해 제 1 또는 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108) 상에서, 이들로부터 연장된다. 다른 예에서, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)는 제 1 또는 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108)에서 측정된 약 200 마이크로미터 × 200 마이크로미터의 평균 치수를 갖는 정사각형 형상을 가질 수 있으며, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)는 약 400 마이크로미터의 피치로, 약 1000 마이크로미터의 평균 길이(112, 120)에 의해 제 1 또는 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108) 상에서, 이들로부터 연장된다. 추가적인 예로서, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)는 제 1 또는 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108)에서 측정된 약 100 마이크로미터 × 200 마이크로미터의 평균 치수를 갖는 못 형상을 가질 수 있으며, 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)는 약 400 마이크로미터의 피치로, 약 1000 마이크로미터의 평균 길이(112, 120)에 의해 제 1 또는 제 2 유체-투과성 본체 표면(104, 108) 상에서, 이들로부터 연장된다.
장치(100)를 형성하기 위한 재료에는 기계적으로 강한 고형 본체를 형성하기에 적합한 선택된 중합체를 생산하는 전구체 반응물(precursor reagent)이 포함될 수 있다. 일 예에서, 중합체 재료를 위한 전구체는 부분적으로 최종 중합체의 상대적인 가요성 및 강성에 따라 선택될 수 있다. 예로서, 장치(100)는 상기 장치(100)에 대한 선택된 최종 사용예에 따라 강성 또는 가요성 중합체를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 생체 친화성(biocompatible) 중합체에 대한 전구체가 선택될 수 있다. 일 예로서, 폴리에틸렌이 생체 친화적이다. 고체 상태로 적용되는 재료 를 사용하는 고속 프로토타입 레이다운(prototype laydown) 공정(이하 설명됨)의 경우에, 좁은 입자 크기 분포를 갖는 중합체 입자가 일 예로서 선택될 수 있다. 다른 예에서, 상대적으로 작은 평균 입자 크기를 갖는 중합체 입자가 선택되어, 상대적으로 작은 치수를 갖는 돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)가 제조될 수 있다. 이하 추가적으로 설명되는 바와 같이, 장치(100)를 형성하는 재료의 레이-다운을 위해 잉크-제트 공정 또는 다른 유체 분사 공정이 선택되는 경우, 반응물은 액체와 같은 유체 형태로 제공될 수 있다.
장치(100)를 형성하기 위한 재료에는 경화제 및 다른 중합화 첨가물 뿐만 아니라, 단량체, 올리고모, 예비 중합체 및 중합체가 포함될 수 있다. 사용되거나 형성될 수 있는 적합한 중합체에는, 폴리에틸렌과 같은 폴리올레핀; 폴리프로필렌 및 공중합체; 아크릴 중합체; 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌("ABS") 중합체; 폴리카보네이트("PC"); PC-ABS; 메틸 메타크릴레이트; 메틸 메타크릴레이트-ABS 공중합체("ABSi"); 폴리페닐설폰; 폴리아미드; 및 테플론(등록상표)(Teflon®) 플루오르화 탄화수소 중합체 및 플루오르화 에틸렌 프로필렌 공중합체와 같은 플루오로폴리머가 포함될 수 있다. 일 예로서, 활성 친수성 부분(active hydrophilic moieties)의 최소 농도를 갖는 중합체가 선택될 수 있다. 첨가물은 장치(100)의 전체적인 가요성을 증대시키기도록 선택될 수 있다. 일 예에서, 선택된 중합체와 양립 가능하나 상대적으로 낮은 분자량을 갖는 분자가 가요화 첨가물로서 사용될 수 있다. 폴리에틸렌 중합체에 대해, 일 예로서, 저 분자량 선형 탄화수소 왁스가 가요화 첨가물로서 사용될 수 있다. 다른 예에서, 퍼플루오르화 탄화수소 왁스와 같은 할로겐화 탄화수소가 이러한 첨가물로서 사용될 수 있다. 다른 예에서, 아크릴, 우레탄 아크릴레이트, 비닐 에테르, 에폭시 아크릴레이트, 에폭시 및 염화 비닐 중합체와 같은 자외선 경화 중합체가 사용될 수 있다. 적합한 중합체 조성물은 미국 미네소타주 55344, 에든 프레이리, 마틴 드라이브 14950 소재 스트라타시스(Stratasys Inc.) 및 미국 미네소타주 55344, 에든 프레이리, 월레스 로드 8081 소재 레드아이 알피엠(Redeye RPM)으로부터 구매 가능한 고속 프로토타이핑 중합체(rapid prototyping polymer)를 포함할 수 있다. 일 예로서, 쓰리-디 시스템즈(3-D Systems Inc.)로부터 구매 가능한 비시젯(등록 상표)(VisiJet®) 에이치알-200 플라스틱재가 제조 재료(build material)로서 사용될 수 있다. 비시젯(등록 상표) 에이치알-200 플라스틱 재료는 트리에틸렌 글리콜 디메틸아크릴레이트 에스테르, 우레탄 아크릴레이트 중합체, 및 프로필렌 글리콜 모노메타크릴레이트를 포함한다. 다른 예로서, 장치(100)를 형성하기 위한 재료는 세라믹 분말과 같은 세라믹스를 포함할 수 있다.
돌출 마이크로-스케일 특징부(106, 116)의 직경, 길이, 피치, 및 형상과 관련한 전술한 내용, 초소수성 표면(114, 121)의 형성 및 단열재로서 이들의 사용과 관련한 전술한 내용, 및 장치(100)를 제조하기 위한 재료에 관한 전술한 내용은 다른 모든 돌출 마이크로-스케일 특징부 및 이하 개시되는 장치(400, 600, 800)를 포함하여 본 명세서의 다른 부분에서 개시되는 초소수성 표면을 포함하는 다른 모든 장치에 유사하게 적용된다.
도 4는 도관을 포함하고 제 1 유체-투과성 본체 표면(404)을 구비하는 유체- 투과성 본체(402), 및 제 1 유체-투과성 본체 표면(404) 상의 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부(406)를 포함하는 장치(400)의 일 예를 도시하는 사시도이다. 도 5는 도 4의 장치(400)를 도시하는 선(5-5)에 의해 취해진 측단면도이다. 도 4 및 도 5는 유체-투과성 본체(102)가 도관을 포함하도록 선택되는 장치(100)의 일 예를 도시한다. 따라서, 장치(100)의 전술한 설명은 도 4 및 도 5에 대한 이하의 설명에 적용될 수 있고 통합된다. 유체-투과성 본체(402)는 제 1 유체-투과성 본체 표면(404)에 더해, 제 2 유체-투과성 본체 표면(408)을 포함한다. 일 예에서, 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부(406) 각각은 단부(410)를 포함하고, 상기 단부(410)는 제 1 유체-투과성 본체 표면(404)으로부터 소정 거리 이격되며, 단부(410)는 초소수성 표면(412)을 형성한다. 다른 예(도 5 및 도 4의 상부에만 도시됨)로서, 장치(400)는 유사하게, 제 2 유체-투과성 본체 표면(408) 상에 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부(407)를 포함하여, 다른 초소수성 표면(413)을 형성할 수 있다. 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부(406, 407), 또는 이들 양자는 예로서, 유체-투과성 본체(402)를 갖는 단일체일 수 있다. 유체-투과성 본체(402)는 복수의 유체-투과성 셀(414)을 포함한다. 복수의 유체-투과성 셀(414)의 각각은 제 1 유체-투과성 본체 표면(404)와 제 2 유체-투과성 본체 표면(408)의 개구(도시되지 않음)와 각각 연통하는 유체 경로(도시되지 않음)를 형성하는 셀 벽(도시되지 않음)을 포함한다. 예(도시되지 않음)에서, 유체-투과성 본체(402)는, 제 1 배열로 배향되고, 리지, 유체 경로, 셀 벽, 및 제 1 유체-투과성 본체 표면(404) 내 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(408) 내의 개구를 구비하며, 장치(100)와 관련하여 전 술된 것과 동일한 방식으로 선택되는 유체-투과성 셀(414)을 포함할 수 있다. 일 예로서, 장치(400)는 제 1 유체-투과성 본체 표면(404) 상에 제 2 배열로 위치되는 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부(406)를 포함할 수 있으며, 제 2 배열은 제 1 배열과 상이하고, 제 1 및 제 2 배열은 장치(100)와 관련하여 전술된 것과 동일한 방식으로 선택된다. 유사하게, 추가적인 예로서, 장치(400)는 제 2 유체-투과성 본체 표면(408) 상의 제 2 배열로 위치되는 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부(407)를 포함할 수 있으며, 제 2 배열은 제 1 배열과 상이하다.
예로서, 유체-투과성 본체(402)의 일부 또는 전부는 도관을 포함하는 제 1 유체 억제 구조체(416)를 형성할 수 있다. 일 예로서, 제 1 유체-투과성 본체 표면(404)은 도관의 내측 영역을 형성할 수 있다. 다른 예로서, 유체-투과성 본체(402)는 그 형상을 유지하기에 적합한 강성 구조를 가질 수 있다. 추가적인 예에서, 도면에 도시되고 본 명세서에 설명된 장치(400)의 요소의 일부 또는 전부는 강성일 수 있으며, 장치(400)의 사용 시 그들의 형상을 유지할 수 있다. 다른 예에서, 유체-투과성 본체(402)는 관형 도관을 포함하고, 장치(100)에 대해 전술된 방식으로 관형 단면을 갖는 제 1 유체 억제 구조체(416)를 형성할 수 있다. 돌출 마이크로-스케일 특징부를 포함하는 도관에 대한 배경 정보는 전체로서 본원에 참조되는 것으로 "초소수성 표면 및 제조 공정"이라는 명칭으로 2006년 5월 3일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제 11/416,893 호에 개시되어 있다.
일 예에서, 장치(400)는 유체 억제 본체(418)를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 유체 억제 본체(418)는 제 2 유체-투과성 본체 표면(408)과 함께, 제 2 유체 억제 구조체(420)를 형성할 수 있다. 유체-투과성 본체(402)가 관형 도관을 포함하는 제 1 유체 억제 구조체(416)를 형성할 수 있는 일 예에서, 제 2 유체 억제 구조체(420)는 관형 도관을 포함하는 제 1 유체 억제 구조체(416)를 둘러싸는 공간을 차지할 수 있으며, 일반적으로 환형 형상을 가질 수 있다. 다른 예로서, 장치(400)는 유체-투과성 본체(402)를 유체 억제 본체(418)와 연결하는 하나 또는 복수의 지지 부재(419)를 포함할 수 있다. 지지 부재(419)는 일 예로서, 장치(100)와 관련하여 전술된 것과 동일한 방식으로 유체 억제 본체(418)에 대해 선택된 위치에 유체-투과성 본체(402)를 유지할 수 있다. 추가적인 예로서, 장치(400)는 제 1 유체 억제 구조체(416) 및 제 2 유체 억제 구조체(420)를 포함할 수 있으며, 제 2 유체 억제 구조체(420)는 장치(100)와 관련하여 전술된 방식과 동일한 방식으로 유체 압력 억제 챔버이도록 선택될 수 있다. 다른 예에서, 제 1 및 제 2 유체 억제 구조체(416, 420) 중 어느 하나 또는 양자는 장치(100)와 관련하여 전술된 것과 유사한 방식으로 제공 및 작동되는, 유체 압력 게이지(423) 또는 하나 또는 복수의 피팅(421), 또는 이들 양자를 포함할 수 있다.
일 예에서, 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부(406)는 대체로 종방향 축선(422)을 향하는 방향으로 제 1 유체-투과성 본체 표면(404)으로부터 연장될 수 있다. 일 예로서, 관형 도관을 포함하는 유체-투과성 본체(402)의 경계는 예로서, 점선(424, 426, 428, 430)으로 개략적으로 표시될 수 있다. 장치(400)의 단부(432, 434)는 대체로 종방향 축선(422)의 단부에서 화살표의 방향으로 장치(400)를 통과하는 유체(도시되지 않음)의 통과를 용이하게 할 수 있다.
다른 예에서, 종방향 축선(422)은 곡선 영역(도시되지 않음)을 포함할 수 있고, 제 1 유체-투과성 본체 표면(404)은 대체로 곡선을 따를 수 있다. 예로서, 곡선은 점진적일 수 있으며, 급한 굽힘을 포함할 수 있다. 종방향 축선(422)은 또한 직선 영역을 포함할 수도 있으며, 또는 전체 종방향 축선(422)이 곡선일 수 있다. 도관을 포함하는 제 1 유체 억제 구조체(416)는 화살표와 함께 점선으로 표시되는 직경(436)을 구비할 수 있고, 종방향 축선(422)에 횡방향으로 형성될 수 있다. 일 예에서, 유체-투과성 본체(402)는 대체로 원통형 외측 형상을 가질 수 있어, 장치(400)는 전체적으로 파이프 형상을 가질 수 있다. 장치(400)가 제 2 유체 억제 구조체(420)를 포함할 수 있는 다른 예에서, 제 2 유체 억제 구조체(420)는 대체로 원통형 외측 형상을 가질 수도 있으며, 이로써 장치(400)는 전체적으로 파이프 형상을 가질 수 있다. 추가적인 예(도시되지 않음)로서, 유체-투과성 본체(402) 또는 존재한다면, 제 2 유체 억제 구조체(420)는 장치(400)가 다른 선택된 외측 형상을 가질 수 있도록 추가적인 재료를 포함할 수 있다. 추가적인 예(도시되지 않음)에서, 장치(400)는 추가적인 구성 요소를 구비하는 디바이스 내에 일체화될 수 있다.
일 예로서, 제 2 유체 억제 구조체(416)의 직경(436)은 종방향 축선(422)을 따라 균일할 수 있다. 다른 예(도시되지 않음)로서, 제 1 유체 억제 구조체(416)의 직경(436)은 종방향 축선(422)을 따라 상이한 위치에서 둘 이상의 상이한 값을 포함할 수 있다. 추가적인 예(도시되지 않음)에서, 직경(436)에 대한 값은 종방향 축선(422)을 따라 한쪽 또는 양쪽에서 단계적인 또는 다른 패턴화된 변형을 형성할 수 있으며, 이로써 예로서 깔대기 또는 빨대형 선단부를 형성할 수 있다.
도 6은 캐비티를 포함하고 제 1 유체-투과성 본체 표면(604)을 구비하는 유체-투과성 본체(602), 및 제 1 유체-투과성 본체 표면(604) 상의 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부(606)를 포함하는 장치(600)의 일 예를 도시하는 사시도이다. 도 7은 도 6의 장치(600)를 도시하는, 선(7-7)에 의해 취해진 측단면도이다. 도 6 및 도 7은 유체-투과성 본체(102)가 캐비티를 포함하도록 선택되는 장치(100)의 일 예를 도시한다. 따라서, 장치(100, 400)에 대한 전술된 설명은 도 6 및 도 7에 대한 이하의 설명에 적용될 수 있으며, 또한 이에 전체적으로 통합될 수 있다. 유체-투과성 본체(602)는 제 1 유체-투과성 본체 표면(604)에 더해 제 2 유체-투과성 본체 표면(608)을 포함한다. 일 예에서, 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부(606)의 각각은 단부(610)를 포함할 수 있으며, 단부(610)는 제 1 유체-투과성 본체 표면(604)으로부터 소정 간격으로 이격되고, 단부(610)는 플로어(614)를 포함하는 초소수성 표면(612)을 형성한다. 다른 예(도 7 및 도 6의 상단부에만 도시됨)로서, 장치(600)는 유사하게, 제 2 유체-투과성 본체 표면(608) 상에 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부(616)를 포함하며, 이로써 다른 초소수성 표면(618)을 형성한다. 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부(606 또는 616) 또는 이들 양자는 일 예로서, 유체-투과성 본체(602)와 일체를 이룰 수 있다. 유체-투과성 본체(602)는 복수의 유체-투과성 셀(622)을 포함한다. 복수의 유체-투과성 셀(622)의 각각은 제 1 유체-투과성 본체 표면(604) 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(608) 각각의 개구(도시되지 않음)와 연통하는 유체 경로(도시되지 않음)를 형성하는 셀 벽(도시되지 않음)을 포함한다. 예(도시되지 않음)에서, 유체-투과성 본체(602)는 유체-투과성 셀(622)을 포함할 수 있으며, 상기 유체-투과성 셀은 제 1 배열로 배향되고, 장치(100)와 관련하여 전술된 방식과 동일한 방식으로 선택되는, 제 1 유체-투과성 본체 표면(604) 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(608) 내의 개구, 리지, 유체 경로 및 셀 벽을 구비한다. 일 예로서, 장치(600)는 제 1 유체-투과성 본체 표면(604) 상에 제 2 배열로 위치되는 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부(606)를 포함할 수 있으며, 제 2 배열은 제 1 배열과 상이하고, 제 1 및 제 2 배열은 장치(100)에 대해 전술된 것과 동일한 방식으로 선택된다. 유사하게, 추가적인 예로서, 장치(600)는 제 2 유체-투과성 본체 표면(608) 상에 제 2 배열로 위치되는 복수의 마이크로-스케일 특징부(616)를 포함할 수 있으며, 제 2 배열은 제 1 배열과 상이하다.
예로서, 유체-투과성 본체(602)의 일부 또는 전부는 캐비티를 포함하는 제 1 유체 억제 구조체(624)를 형성할 수 있다. 일 예로서, 제 1 유체-투과성 본체 표면(604)은 캐비티의 내측 영역을 형성할 수 있다. 다른 예로서, 유체-투과성 본체(602)는 그 형상을 유지하기에 적합한 강성 구조를 가질 수 있다. 추가적인 예에서, 도면에 도시되고, 본 명세서에 설명된 장치(600)의 요소의 소정의 일부 또는 전부는 강성일 수 있으며, 장치(600)의 사용 시 그들의 형상을 유지할 수 있다. 다른 예에서, 유체-투과성 본체(602)는 장치(600)에 대해 전술된 바와 같은 방식으로 관형 단면을 갖고 관형 캐비티를 포함하는 제 1 유체 억제 구조체(624)를 형성할 수 있다. 돌출 마이크로-스케일 특징부를 포함하는 캐비티에 대한 배경 정보는 "초소수성 표면 및 제조 공정"이라는 명칭으로 2006년 5월 3일자로 출원된 미국 특허출원 번호 제 11/416,893 호에 개시된다.
일 예에서, 장치(600)는 유체 억제 본체(626)를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 유체 억제 본체(626)는 제 2 유체-투과성 본체 표면(608)과 함께 제 2 유체 억제 구조체(628)를 형성할 수 있다. 유체-투과성 본체(602)가 관형 캐비티를 포함하는 제 1 유체 억제 구조체(624)를 형성할 수 있는 일 예에서, 제 2 유체 억제 구조체(628)는 관형 캐비티를 포함하는 제 1 유체 억제 구조체(624)를 둘러싸는 공간을 차지할 수 있으며, 자체가 일반적으로 캐비티 형상을 가질 수 있다. 다른 예로서, 장치(600)는 유체-투과성 본체(602)를 유체 억제 구조체(626)와 연결하는 하나 또는 복수의 지지 부재(629)를 포함할 수 있다. 지지 부재(629)는 일 예로서, 장치(100)에 대해 전술된 바와 동일한 방식으로 유체 억제 본체(626)에 대해 선택된 위치에 유체-투과성 본체(602)를 유지할 수 있다. 일 예에서, 제 2 유체 억제 구조체(628)는 제 2 유체-투과성 본체 표면(608) 및 유체 억제 본체(626)와 함께 선(632)에서 밀봉부를 형성하는 커버(도시되지 않음)를 장치(600) 내에 포함함으로써, 유체 압력 억제 챔버이도록 선택될 수 있다. 다른 예에서, 제 1 및 제 2 유체 억제 구조체(624, 628) 중 어느 하나 또는 양자는 장치(100)에 대해 전술된 바와 유사한 방식으로 제공 및 작동되는 하나 또는 복수의 피팅(631) 또는 유체 압력 게이지(633) 또는 양자 모두를 포함할 수 있다.
일 예에서, 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부(606)는 대체로 종방향 축선(634)을 향하는 방향으로 제 1 유체-투과성 본체 표면(604)으로부터 연장될 수 있다. 일 예로서, 유체-투과성 본체(602)의 경계는 예로서, 점선(636, 638, 640, 642)에 의해 개략적으로 형성될 수 있다. 장치(600) 내의 개방 단부(644)는 종방향 축선(634)의 단부에서 대체로 화살표의 방향으로 장치(600) 내로, 그리고 상기 장치(600) 밖으로의 유체(도시되지 않음)의 통과를 용이하게 할 수 있다.
다른 예에서, 종방향 축선(634)은 곡선 영역(도시되지 않음)을 포함할 수 있으며, 제 1 유체-투과성 본체 표면(604)은 대체로 상기 곡선을 따를 수 있다. 예로서, 곡선은 점진적일 수 있으며, 급한 만곡부를 포함할 수 있다. 종방향 축선(634)은 또한 직선 영역을 포함할 수 있으며, 또는 전체 종방향 축선(634)이 곡선일 수 있다. 캐비티를 포함하는 제 1 유체 억제 구조체(624)는 화살표와 함께 점선으로 표시되고 종방향 축선(634)에 횡방향으로 형성되는 직경(646)을 구비할 수 있다. 일 예에서, 유체-투과성 본체(602)는 대체로 원통형 외측 형상을 구비할 수 있으며, 이로써 장치(600)는 컵 모양의 전체 형상을 가질 수 있다. 장치(600)가 제 2 유체 억제 구조체(628)를 포함할 수 있는 다른 예에서, 제 2 유체 억제 구조체(628)는 또한 대체로 원통형 외측 형상을 구비할 수 있으며, 이로써 장치(600)는 컵 모양의 전체 형상을 가질 수 있다. 추가적인 예(도시되지 않음)로서, 유체-투과성 본체(602), 또는 존재한다면, 제 2 유체 억제 구조체(628)는 장치(600)가 다른 선택된 외측 형상을 가질 수 있도록 추가적인 재료를 포함할 수 있다. 추가적인 예(도시되지 않음)에서, 장치(600)는 추가적인 구성요소를 구비하는 디바이스 내에 일체화될 수 있다.
일 예로서, 제 1 유체 억제 구조체(624)의 직경(646)은 종방향 축선(634)을 따라 균일할 수 있다. 다른 예(도시되지 않음)로서, 제 1 유체 억제 구조체(624)의 직경(646)은 종방향 축선(634)을 따라 상이한 위치에 2개 이상의 상이한 값을 포함할 수 있다. 추가적인 예(도시되지 않음)에서, 직경(646)에 대한 값은 종방향 축선(634)을 따라 하나 또는 양 방향으로 점진적으로 또는 다른 패턴화된 변형을 할 수 있으며, 예로서 플라스크(flask) 또는 사발을 형성한다. 일 예에서, 제 1 유체 억제 구조체(624)의 직경(646)은 약 5 밀리미터의 길이를 가질 수 있으며, 종방향 축선(634) 방향으로 관형 캐비티의 깊이는 약 7 밀리미터일 수 있다.
일 예로서, 장치(600)는 유체-투과성 본체(602)가 추가적인 재료(도시되지 않음)로 일체화될 수 있도록 보다 큰 디바이스(도시되지 않음)와 통합될 수 있다. 일 예에서, 복수의 장치(600)는 서로 평행하게 이격된 배열로 정렬되는 종방향 축선을 가질 수 있으며, 각각의 장치(600)는 개방 단부(644)를 갖고, 개방 단부(644)는 평면(도시되지 않음)에서 정렬된다. 일 예로서, 96개의 장치(600)가 집단적으로, 생물학적 및 화학적 실험을 실행하는데 사용하기 위해 스탠다드-96 웰 마이크로-웰 플레이트를 형성할 수 있다. 일 예에서, 돌출 마이크로-스케일 특징부(606)는 수성상 실험의 완료 후에 장치(600)로부터 반응물의 자체-세정을 용이하게 할 수 있다.
도 8은 복수의 장치(802)를 포함하도록 선택되는 장치(800)의 일 예에 대한 단면도이다. 일 예로서, 장치(800)는 하나 이상의 장치(400) 및 하나 이상의 장치(600)를 포함할 수 있다. 따라서, 장치(100, 400, 600)에 대한 전술한 설명이 도 8의 이하의 설명에 적용될 수 있으며, 전체적으로 통합될 수 있다. 일 예에서, 장치(800)는 7개의 장치(802)를 포함할 수 있으며, 각각의 장치(802)는 독립적으로 장치(400) 또는 장치(600)로서 선택된다. 다른 예로서, 장치(800)는 도 8에 도시된 바와 같이 서로에 대해 배열된 4개의 장치(400) 및 3개의 장치(600)를 포함할 수 있다. 장치(802)의 소정의 개수, 장치(400, 600) 사이의 선택, 및 서로에 대한 장치(400, 600)의 배열은 장치(800) 내의 복수의 장치(802) 내의 포함을 위해 선택될 수 있다는 것이 이해된다. 예로서, 2개 내지 약 1000개, 또는 2개 내지 약 100, 또는 2개 내지 약 10개의 장치(802)가 장치(800) 내에 포함될 수 있다. 전술된 바와 같이, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 장치(400)는, 예로서 도관을 포함하도록 선택되고 제 1 유체-투과성 본체 표면(404) 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(408)을 구비하는 하나의 유체 투과성 본체(402)를 포함할 수 있다. 또한, 전술된 바와 같이, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 장치(600)는, 캐비티를 포함하도록 선택되고, 제 1 유체-투과성 본체 표면(604) 및 제 2 유체-투과성 본체 표면(608)을 구비하는 하나의 유체-투과성 본체(602)를 포함할 수 있다. 장치(400, 600)의 각각은 이미 전술된 바와 같이 추가적인 특징부를 포함하도록 선택될 수 있다. 일 예에서, 장치(800) 내의 복수의 장치(400, 600)의 포함은 단일의 이러한 장치(400, 600)에서 사용할 수 있는 것보다 장치(800)의 사용 시의 유체 사이의 보다 높은 속도의 상호 작용을 용이하게 할 수 있다. 다른 예로서, 장치(800)는 장치(802) 쌍 사이에 하나 또는 복수의 지지 부재(804)를 포함할 수 있다. 지지 부재(804)는 예로서, 서로에 대해 선택된 위치에 장치(802)의 쌍을 유지할 수 있다.
일 예에서, 장치(800)는 유체 억제 본체(806)를 포함할 수 있다. 다른 예로 서, 유체 억제 구조체(806)는 제 2 유체-투과성 본체 표면(408, 608)과 함께 제 2 유체 억제 구조체(808)를 형성할 수 있다. 다른 예로서, 유체-제 2 유체 억제 구조체(808)는 그 형상을 유지하기에 적합한 강성 구조를 가질 수 있다. 추가적인 예에서, 도면에 도시되고 본 명세서에 설명된 장치(800)의 요소 중 어느 하나 또는 전부는 강성일 수 있고, 장치(800)의 사용시 그 형상을 유지할 수 있다. 일 예에서, 제 2 유체 억제 구조체(808)는 장치(802)를 둘러싸는 공간을 차지할 수 있으며, 일반적으로 도 4 및 도 6에 도시된 것과 동일한 방식으로 환형 형상을 구비할 수 있다. 다른 예로서, 장치(800)는 제 2 유체-투과성 본체 표면(408, 608)을 유체 억제 구조체(806)와 연결하는 하나 또는 복수의 지지 부재(810)를 포함할 수 있다. 지지 부재(810)는 일 예로서, 유체 억제 구조체(806)에 대해 선택된 위치에 장치(400, 600)를 유지할 수 있다. 추가적인 예로서, 제 2 유체 억제 구조체(808)는 장치(100)와 관련하여 전술된 것과 동일한 방식으로 유체 압력 억제 챔버이도록 선택될 수 있다. 다른 예에서, 제 2 유체 억제 구조체(808)는 장치(100)와 관련하여 전술된 것과 유사한 방식으로 제공 및 작동되는 하나 또는 복수의 피팅(812) 또는 유체 압력 게이지(814), 또는 이들 양자를 포함할 수 있다. 추가적인 예로서, 유체 억제 본체(806)의 내측면(816)(도시되지 않음)은 초소수성 표면을 형성하는 내측면(816)으로부터 일정 간격으로 이격된 단부를 포함하는 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부를 포함할 수 있다.
다른 예에서, 장치(800) 내의 포함을 위해 선택된 소정의 장치(400)의 종방향 축선(422) 및 소정의 장치(600)의 종방향 축선(634)은 서로 평행될 수 있다. 종방향 축선(422, 634) 모두가 서로 평행한 다른 예로서, 장치(800)는 곡선 영역(도시되지 않음)을 포함할 수 있고, 제 1 유체-투과성 본체 표면(404, 604)은 일반적으로 곡선을 따를 수 있다. 예로서, 곡선은 점진적일 수 있고, 또는 급격한 만곡부를 포함할 수 있다. 또한, 종방향 축선(422, 634)은 예로서, 직선 영역을 포함할 수 있으며, 또는 전체 종방향 축선(422, 634)은 곡선일 수 있다. 다른 예에서, 장치(800) 내에 포함되는 소정의 제 1 유체 억제 구조체(416, 624)는 동일한 직경 또는 상이한 직경(436, 646)을 가질 수 있다. 일 예로서, 직경(436, 646)은 종방향 축선(422, 634)을 따라 균일할 수 있으며, 또는 각각 종방향 축선(422, 634)을 따른 상이한 위치에 2개 이상의 상이한 값을 독립적으로 포함할 수 있으며, 또는 직경(436, 646)에 대한 값은 각각 종방향 축선(422, 634)을 따른 하나 또는 양 방향으로 점진적 또는 다른 패턴화된 변형을 독립적으로 형성할 수 있다. 일 예에서, 제 2 유체 억제 구조체(808)는 대체로 원통형 외측 형상을 가질 수 있다. 추가적인 예(도시되지 않음)로서, 제 2 유체 억제 구조체(808)는 장치(800)가 다른 선택된 외측 형상을 가질 수 있도록 추가적인 재료를 포함할 수 있다. 추가적인 예(도시되지 않음)에서, 장치(800)는 추가적인 구성요소를 갖는 디바이스 내에 일체화될 수 있다.
도 9는 도 1 내지 도 8에 도시된 것과 같은 장치(100, 400, 600, 800)를 제조하기 위한 공정(900)의 일 예를 도시하는 흐름도이다. 공정(900)은 단계(902)에서 개시하고, 도 1 내지 도 8과 관련하여 전술된 바와 같이, 단계(904)에서 3차원(3-D) 그래픽 디자인 전자 데이터 파일이 장치(100, 400, 600, 800)에 제공된다. 3-D 그래픽 디자인은 컴퓨터 이용 설계(CAD)로 잘 알려진 3-D 그래픽 컴퓨터 프로그램을 사용하여 생성될 수 있다. 예로서, 미국 캘리포니아주 94903, 산 라펠, 맥인니스 파크웨이 111 소재 오토데스크 잉크(Autodesk, Inc.)로부터 구매 가능한 3ds 맥스 표면 모델링 프로그램(3ds Max surface modeling program)이 사용될 수 있다. 다른 예에서, 미국 매사츄세츠주 02494, 니드행, 켄드릭 스트리트 140 소재 파라메트릭 테그놀로지 코포레이션(Parametric Technology Corporation)으로부터 구매 가능한 프로/엔지니어 솔리드 모델링 프로그램(PRO/Engineer solid modeling program)이 사용될 수 있다.
단계(906)에서, 3-D 그래픽 디자인 데이터 파일은 선택된 3-D 급속 프로토타입 제조(RPF) 장치와 양립 가능한 포맷을 갖는 전자 데이터 파일로 변환될 수 있다. 단계(908)에서, 변환된 3-D 그래픽 데이터 파일은 선택된 3-D 급속 프로토타입 제조 장치로의 입력이다.
일 예에서, 그 후 3-D 급속 프로토타입 제조 장치는 3-D 그래픽 데이터 파일을 장치(100, 400, 600, 800)를 위한 제조 재료의 연속적으로 놓인 하부층에 의해 장치(100, 400, 600, 800)로 변환하도록 사용될 수 있다.
공정(900)에 의해 장치(100, 400, 600, 800) 제조를 위해 선택될 수 있는 구매 가능한 RPF 장치에 의해 실행되는 레이다운 공정의 예중에는 이하의 것이 있다: 열적 상 변화 잉크 젯 증착, 포토폴리머 상 변화 잉크 젯 증착, 스테레오리소그래피("님), 솔리드 그라운드 경화("SGC"), 선택식 레이저 소결("SLS"), 융합 증착 모델링("FDM"), 적층식 오브젝트 제조("LOM"), 및 3-D 인쇄("3DP"). 이러한 공정 각 각은 지지 표면 상에 장치(100, 400, 600, 800)용 제조 재료의 박층의 연속적인 레이다운을 포함할 수 있다. 지지 표면은 제조 재료가 부유하도록 유기되는 고체 플랫폼 또는 액체 표면일 수 있다. 제조 재료가 지지 표면 위에서 이격된 위치에 레이 다운될 필요가 있는 경우, 이격된 제조 재료가 결과적으로 증착될 수 있는 지지 재료는 연속적인 제거를 위해 배열되는 목적을 위해 필요한 때 및 장소를 레이 다운된다. 예로서, 지지 재료는 열에 의해 제거될 수 있는 왁스, 또는 선택적으로 용해될 수 있는 재료일 수 있다.
이들 공정의 각각은 액체 또는 고체 형태로 제조 재료를 레이 다운한다. 액체 형태로 제조 재료의 레이다운을 포함하는 공정은 열적 상 변형 잉크 젯, 포토폴리머 상 변형 잉크 젯, 및 SLA 공정을 포함한다. 잉크 젯 공정의 사용은 잉크 젯으로부터 분사되는 액체 제조 재료의 응고가 최소 보이드 형성으로 발생할 수 있기 때문에, 상대적으로 고품질 장치(100, 400, 600, 800)의 제조 결과를 갖고 온다. 또한, 잉크 젯으로부터 분사된 액체 제조 재료는 매우 작은 입자 크기를 가질 수 있으며, 이러한 입자 크기는 상대적으로 작은 치수를 갖는 돌출 마이크로-스케일 특징부의 제조를 허용한다. 그러나, 돌출 마이크로-스케일 특징부를 위한 가능한 최소 치수는 잉크 젯 시스템 내의 액체 제조 재료의 유동 역학에 의해 제한될 수 있다. 열적 상 변형 잉크 젯 장치는 잉크 젯에 양립 가능하고 냉각 시 응고에 적합한 제조 재료의 제한된 타입을 적용할 수 있으며, 이는 상대적으로 거칠지만 취성의 장치(100, 400, 600, 800)를 생산할 수 있다. 포토폴리머 상 변형 잉크 젯 장치는 잉크 젯과 양립 가능하고 자외선에 노출 시 경화되기에 적합한 폭 넓은 제 조 재료를 적용할 수 있으며, 이는 강성이거나 상대적으로 가요성의 장치(100, 400, 600, 800)를 생산할 수 있다. 일 예에서, 미국 캘리포니아주 91355, 발렌시아, 애비뉴 홀 26081 소재 쓰리디-시스템즈, 잉크(3D-Systems, Inc.)로부터 구매 가능한 인비전 에이치알 3-D 프린터(InVision HR-3-D Printer)가 사용될 수 있으며, 초기의 3-D 그래픽 전자 데이터 파일이 단계(906)에서 STL 파일 포맷으로 변환될 수 있다. 일 예로서, 쓰리디 시스템즈 잉크로부터 구매 가능한 비지젯(등록 상표) 에이치알-200 플라스틱 재료가 제조 재료로서 사용될 수 있다. 비지젯(등록 상표) 에이치알-200 플라스틱 재료는 트리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트 에스테르, 우레탄 아크릴레이트 폴리머, 및 프로필렌 글리콜 모노메타크릴레이트를 포함한다. SLA는 자외 광선이 추적할 수 있는 배트(vat) 위에 액체 포토폴리머를 적용할 수 있으며, 액체 포토폴리머의 응고 층은 배트 내에서 하부에 위치될 수 있다. SGC는 유사한 기술을 적용할 수 있으나, 응고 층은 고체 제조 플랫폼 상에 지지된다.
고체 형태로 제조 재료의 레이다운을 포함하는 공정은 SLS, FDM, LOM 및 3DP를 포함한다. SLS는 2개의 제조 재료 분말 매거진 상에서 전?후로 이동하는 레벨링 롤러, 및 롤러에 의해 제조 플랫폼 상에 도포되는 분말 코팅으로부터 제조 재료 층을 선택적으로 소결하는 레이저를 채용할 수 있다. 3DP 공정은 접착제가 잉크 젯에 의해 선택적으로 분사되어 바운드 제조 재료의 연속적인 층을 형성하는 제조 재료 분말의 베드를 채용할 수 있다. 3DP 공정은 접착제에 의해 분말의 불균일한 웨팅의 결과로서 상대적으로 조잡하고 다공성의 구조, 및 바운드 제조 재료 입자 사이의 보이드의 존재를 갖는 장치(100, 400, 600, 800)를 생산할 수 있다. 과도한 접착제의 적용은 상대적으로 또는 과도하게 큰 돌출 마이크로-스케일 특징부의 제조 결과를 가져올 수 있다. 일 예에서, 좁은 입자 크기 분배 및 매우 작은 입자를 갖는 제조 재료 분말이 선택될 수 있다. 다른 예로서, 접착제 도포 이전에 분말의 패킹 균일성은 주의 깊에 제어될 수 있다. 일 예로서, 잉크 젯에 의해 분사되는 접착제 방울의 평균 크기보다 적어도 약 10배 정도 작은 평균 입자 크기를 갖는 제조 재료 분말이 선택될 수 있다. 이러한 제조 재료 분말은 액체 제조 재료의 잉크 젯 인쇄 사용 시 얻어질 수 있는 결과에 비해, 그것이 재조될 때 장치(100, 400, 600, 800)의 수축이 보다 적게 일어날 수 있다. FDM 공정은 플라스틱 와이어의 잉크 젯 분사 및 용융을 채용할 수 있다. LOM 공정은 제조 재료의 시트의 박막층의 연속적인 레이저 절단 및 접착을 포함할 수 있다. 세라믹 분말이 장치(100, 400, 600, 800)에 대한 제조 재료로서 선택될 수 있는 일 예에서, SLS 공정이 분말을 소결하기 위해 사용될 수 있다. SLS 공정 또는 그 등가물에 의해 소결하기에 적합한 소정의 세라믹 성분이 사용될 수 있다는 것이 당업자에게 이해될 것이다. 비-소수성 세라믹 성분이 선택되는 일 예로서, 소수성 층이 소결된 세라믹으로 형성되는 장치의 돌출 마이크로-스케일 특징부 상에 적용될 수 있다. 이러한 소수성 층은 일 예에서, 화학적 증기 증착 공정에 의해 적용될 수 있다. 일 예에서, 퍼플루오르화 탄화수소 코팅 성분이 사용될 수 있다. 다른 소수성 코팅 성분이 사용될 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다.
추가적인 예로서, 3-D 급속 프로토타입 제조 장치는 장치(100, 400, 600, 800)의 음각 이미지로 프로그램될 수 있으며, 이로써 지지 물질은 장치(100, 400, 600, 800)를 제조하기 위해 제조 재료를 대신하여 레이 다운된다. 일 예에서, 쓰리-디 시스템즈 잉크로부터 구매 가능한 비시젯(등록 상표) S-100 모델 재료, 하이드록시레이트 왁스 성분이 제조 재료로서 사용될 수 있다.
단계(910)에서, 장치(100, 400, 600, 800)용 3-D 제조 배향이 선택될 수 있다. 일 예로서, 도 4를 참조하면, 장치(400)는 종방향 축선(422)의 방향 또는 제 1 유체 억제 구조체(416)의 직경(436)에 평행한 횡방향으로 제조될 수 있다. 일 예에서, 장치(400)에 대한 제조 배향(build orientation)은 돌출 마이크로-스케일 특징부(406, 407) 및 포함된다면 제 2 유체 억제 구조체(420)가, 이들의 제조 동안, 이들에 대한 지지 재료의 증착에 대한 요구가 최소화되는 방향으로 제조된다. 일 예로서, SLA를 사용하는 종방향 축선(422)의 방향으로의 장치(400)의 제조는 지지 재료의 감소된 레이다운을 용이하게 할 수 있다. 돌출 마이크로-스케일 특징부(406, 407)가 연속적인 리지의 형태로 선택되는 다른 예에서, SLA, FDM, LOM, 3DP, 또는 인비젼 젯 프린터를 사용하는 종방향 축선(422) 방향으로의 장치(400)의 제조는 보다 적은 지지 재료의 레이다운을 필요로 할 수 있다.
도 10은 도 9에 따른 제조 동안, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 장치(400)의 일 예를 도시하는 사시도이다. 도 10에 도시된 것과 같은 장치(400)는 종방향 축선(422)을 갖는 제 1 유체 억제 구조체(402)를 경계짓는 제 1 유체-투과성 본체 표면(404)을 갖는 유체-투과성 본체(402)를 포함하며, 제 1 유체-투과성 본체(402)는 제 2 유체-투과성 본체 표면(408)을 포함하고, 제 1 유체-투과성 본체 표면(404)은 돌출 마이크로-스케일 특징부(406)를 포함하고, 제 2 유체-투과성 본체 표면(408)은 돌출 마이크로-스케일 특징부(407)를 포함한다. 일 예로서, 장치(400)는 화살표(1004) 방향으로 제조 재료(1002) 상에서 제조될 수 있다. 지지 재료(1006)는 장치(400)가 제조됨에 따라 제조 지지체(1002) 상에 레이 다운될 수 있다. 지지 재료(1006)는 돌출 마이크로-스케일 특징부(406, 407) 및 유체 투과성 본체(402)를 둘러싸는 선(1008)까지 제 1 유체 억제 구조체(416)를 충전할 수 있다(도시되지 않음). 다른 예로서, 만약 돌출 마이크로-스케일 특징부가 선단부에서 개시되어 그들을 함께 유지하는 유체-투과성 본체의 형성으로 종료하여 제조되는 경우, 돌출 마이크로-스케일 특징부 사이의 전체 보이드 공간은 제조 재료의 레이다운 동안 지지 재료로 충전될 필요가 있을 수 있다.
단계(912)에서, 제조 재료는 제조 지지체 상에 레이 다운될 수 있으며, 유체-투과성 본체 및 돌출 마이크로-스케일 특징부는 일체로 제조될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 장치(400)는 도 10에 도시된 바와 같이 제조될 수 있다. 일 예에서, 제조 재료의 층의 레이다운의 각 사이클은 화살표(1004)의 방향으로 제조 재료의 레벨 증착을 유지하기 위해 층의 밀링 공정을 포함할 수 있다. 이러한 방식에 있어서, 결과적인 장치(400)의 정밀한 제조 치수가 제어될 수 있다. 일 예로서, 돌출 마이크로-스케일 특징부(406)는 가요성 재료로 제조될 수 있으며, 이로써 밀링 공정은 돌출 마이크로-스케일 특징부(406)의 파손보다 오히려 제조 재료의 최근-증착 층의 깨끗한 연마를 야기한다. 일 예에서, 3-D 급속 프로토타입 제조 장치에 의해 채용되는 경우 잉크 젯 노즐은 소정의 젯 노즐 클록(jet nozzle clog)를 검지 및 제거하기 위해 각가의 레이다운 사이클 후에 실험될 수 있다.
제조 동안 장치(100, 400, 600, 800)에 대한 기계적 지지를 제공하기 위해 지지 재료가 레이 다운될 수 있는 도 9에서처럼, 지지 재료는 단계(914)에서 이어서 제거될 수 있다. 예로서, 지지 재료 성분은 지지 재료가 적합한 용매 내에서 지지 재료의 선택적인 용해에 의해 또는 열의 인가에 의해 선택적으로 제거될 수 있다. 일 예로서, 지지 재료는 왁스일 수 있다. 그 후, 공정(900)은 단계(916)에서 종료된다.
또한, 공정(900)은 장치(100, 400, 600, 800)를 제조하기 위해 유사한 방식으로 사용될 수 있다. 장치(600)가 제조되는 일 예에 있어서, 단계(910)에서, 3-D 제조 배향은 돌출 마이크로-스케일 특징부(606)가 제 1 유체-투과성 본체 표면(604)의 플로어(614) 상에서 먼저 제조될 수 있고, 그 후에 개방 단부(644)를 향하는 대체적인 방향으로 제 1 유체-투과성 본체 표면(604)의 나머지 부분 상에서 제조될 수 있도록 선택될 수 있다.
도 11은 액체를 유체로 처리하는 방법(1100)의 실행을 도시하는 흐름도이다. 장치(100, 400, 600, 800)에 대한 전술한 제조, 구조 및 작동 관련 설명이 방법(1100)의 설명에 완전히 통합된다. 방법(1100)은 단계(1102)에서 개시하고, 단계(1104)에서, 제 1 유체 억제 구조체를 포함하고 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면을 구비하는 유체-투과성 본체; 유체-투과성 본체 내의 복수의 유체-투과성 셀로서, 각각이 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면 양자 내의 개구와 연통하는 유체 경로를 형성하는 셀 벽을 구비하는, 상기 복수의 유체-투과성 셀; 제 1 유체-투 과성 본체 표면 상의 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부; 및 제 2 유체-투과성 본체 표면과 함께 제 2 유체 억제 구조체를 형성하는 유체 억제 구조체를 포함하는 전술된 것과 같은 선택된 장치(100, 400, 600, 800)가 제공된다. 단계(1106)에서, 제 1 액체가 제 1 유체 억제 구조체 내로 도입되고, 유체가 제 2 유체 억제 구조체 내로 도입되어서, 제 1 유체-투과성 본체를 통해 제 1 액체와 유체 사이에서의 상호 작용이 발생하도록 허용된다. 상기 방법은 단계(1108)에서 종료될 수 있다. 일 예에서, 상기 방법은 제 2 유체 억제 구조체 내의 압력에 대해 상대적인 선택된 범위 내에서 제 1 유체 억제 구조체 내의 압력을 유지하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 방법은 제 1 액체와 유체 내의 가스 사이에서, 유체-투과성 본체를 통해 상호 작용이 발생하도록 하는 단계를 포함할 수 있다. 추가적인 예로서, 상기 방법은 제 2 유체-투과성 본체 표면 상에 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부를 포함하는 장치를 제공하는 단계, 및 제 2 유체 억제 구조체 내에 제 2 액체를 도입하고 유체-투과성 본체를 통해 제 1 및 제 2 액체 사이에서 상호 작용이 발생하도록 하는 단계를 포함할 수 있다.
도 12는 초소수성 표면을 유지하는 방법(1200)에 대한 일 실시예를 도시하는 흐름도이다. 장치(100, 400, 600, 800)의 제조, 구조 및 작동에 대한 전술한 설명은 방법(1200)에 대한 본 설명에 전체적으로 통합된다. 방법(1200)은 단계(1202)에서 개시되고, 단계(1204)에서는, 제 1 유체 억제 구조체를 포함하고, 제 1 및 제 2 유체-투과성 본체 표면을 구비하는 유체-투과성 본체; 유체-투과성 본체 내의 복수의 유체-투과성 셀로서, 복수의 유체-투과성 셀 각각이 제 1 및 제 2 유체-투과 성 본체 표면 양자 내의 개구와 연통하는 유체 경로를 형성하는 셀 벽을 구비하는, 상기 복수의 유체-투과성 셀; 제 1 유체-투과성 본체 표면 상의 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부; 및 제 2 유체-투과성 본체 표면과 함께 제 2 유체 억제 구조체를 형성하는 유체 억제 구조체를 포함하는 전술된 것과 같은 선택된 장치(100, 400, 600, 800)가 제공된다. 단계(1206)에서, 제 1 액체는 제 1 유체 억제 구조체 내로 도입되고, 기체상 유체가 제 2 유체 억제 구조체 내로 도입되며, 압력은 제 2 유체 억제 구조체 내의 압력에 대해 선택된 범위 내에서 제 1 유체 억제 구조체에서 유지된다. 상기 방법은 단계(1208)에서 종료될 수 있다. 일 예에서, 상기 방법은 제 2 유체 억제 구조체가 상승된 압력 하에 위치될 수 있도록 하는 단계를 포함할 수 있다.
장치(100, 400, 600, 800)는 초소수성 표면을 갖는 유체-투과성 본체가 유용할 수 있는 광범위한 최종 사용예에 사용될 수 있다. 예로서, 장치(100, 400, 600, 800)는 초 처마찰 유체 유동을 용이하게 할 수 있다. 바이오칩 및 마이크로리액터와 같은 마이크로-유체 억제 구조체를 포함하는 디바이스가 공정(900)에 의해 제조될 수 있으며, 장치(100, 400, 600, 800)를 통합할 수 있다. 일 예에서, 장치(100, 400, 600, 800)는 생물학 및 화학적 반응물을 위한 임시 용기로서, 또는 반응물 용기로서 사용될 수 있으며, 반응물이 수용액의 형태로 자체-정화될 수 있다.
전술된 설명이 도 1 내지 도 10에 도시된 것과 같은 장치(100, 400, 600, 800)에 대한 일부 예를 언급하고 있지만, 주요 내용은 이러한 구조체 및 본 명세서 에서 설명된 구조체에 한정되는 것은 아니라는 것이 인식된다. 초소수성 표면을 갖는 유체-투과성 본체를 포함하는 다른 형상 및 구성이 제조될 수 있다. 유사하게, 개시된 공정(900)은 초소수성 표면을 갖는 유체-투과성 본체를 포함하는 추가적인 장치를 제조하는데 사용될 수 있다. 또한, 액체를 도 11에 도시된 유체로 처리하는 방법 및 도 12에 도시된 초소수성 표면을 유지하는 방법이 추가적인 단계 및 개시된 단계의 변형을 포함할 수 있다는 것은 당업자에게 이해된다. 장치(100, 400, 600, 800) 각각에 대한 전술된 최종-사용예는 유사하게 이러한 장치 모두에 적용 가능하다는 것이 이해된다. 예로서, 장치(100, 400, 600, 800)는 혈액 산화; 혈액 투석; 상업적, 화학적 및 생물공학적 제조; 미세 유체 공학을 포함하여 증가된 유속으로 유체의 장치 내로의 운반; 및 액체로부터 기체 또는 증기의 제거에 사용될 수 있다.
또한, 수많은 예에 대한 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적을 위해 제시된 것임을 이해할 것이다. 이러한 설명은 배타적이지 않으며, 본 발명의 청구 범위를 개시된 정확한 형태로 한정하는 것도 아니다. 전술된 설명의 관점에서 여러 변형예 및 개조예들이 가능하며, 본 발명을 실행함으로써 얻어질 수 있다. 특허청구범위 및 이의 동등물이 본 발명의 범위를 규정한다.
Claims (10)
- 제 1 비-평면형 외측 표면과, 상기 제 1 비-평면형 외측 표면으로부터 반대 방향을 향하는 제 2 외측 표면을 구비하는 강성 유체-투과성 본체와,상기 강성 유체-투과성 본체 내의 복수의 유체-투과성 셀로서, 각각의 유체-투과성 셀은 제 1 비-평면형 외측 표면 내의 개구 및 제 2 외측 표면 내의 다른 개구를 구비하고, 각각의 유체-투과성 셀은 상기 제 1 및 제 2 외측 표면 양자 내의 개구와 연통하는 유체 경로를 형성하는 셀 벽을 구비하는, 상기 복수의 유체-투과성 셀과,상기 강성 유체-투과성 본체의 제 1 비-평면형 외측 표면 상의 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부를 포함하는장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부 각각은 단부를 포함하고, 상기 단부는 상기 강성 유체-투과성 본체의 제 1 비-평면형 외측 표면으로부터 소정 간격으로 이격되며, 상기 단부는 집합적으로 초소수성 표면(superhydrophobic surface)을 형성하는장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 강성 유체-투과성 본체는 일체형이며,상기 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부는 상기 강성 유체-투과성 본체와 일체형인장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 강성 유체-투과성 본체의 제 2 외측 표면 상에 다른 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부를 더 포함하는장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 강성 유체-투과성 본체의 제 1 비-평면형 외측 표면은 유체 억제 구조체를 형성하며, 상기 유체 억제 구조체는 유체-투과성 도관 또는 유체-투과성 캐비티인장치.
- 제 1 외측 표면과, 상기 제 1 외측 표면으로부터 반대 방향을 향하는 제 2 외측 표면을 구비하는 강성 유체-투과성 본체와,상기 강성 유체-투과성 본체 내의 복수의 유체-투과성 셀로서, 각각의 유체-투과성 셀은 제 1 외측 표면 내의 개구 및 제 2 외측 표면 내의 다른 개구를 구비하고, 각각의 유체-투과성 셀은 상기 제 1 및 제 2 외측 표면 양자 내의 개구와 연통하는 유체 경로를 형성하는 셀 벽을 구비하는, 상기 복수의 유체-투과성 셀과,상기 강성 유체-투과성 본체의 제 1 외측 표면 상의 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부와,상기 강성 유체-투과성 본체의 제 2 외측 표면과 함께 유체 억제 구조체를 형성하는 유체 억제 본체를 포함하는장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 강성 유체-투과성 본체는 일체형이며,상기 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부는 상기 강성 유체-투과성 본체와 일체형인장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 강성 유체-투과성 본체의 제 2 외측 표면 상에 다른 복수의 마이크로-스케일 특징부를 더 포함하는장치.
- 유체로 액체를 처리하는 방법에 있어서,제 1 유체 억제 구조체를 형성하는 제 1 외측 표면과, 상기 제 1 외측 표면으로부터 반대 방향을 향하는 제 2 외측 표면을 구비하는 강성 유체-투과성 본체와; 상기 강성 유체-투과성 본체 내의 복수의 유체-투과성 셀로서, 각각의 유체-투과성 셀은 제 1 외측 표면 내의 개구 및 제 2 외측 표면 내의 다른 개구를 구비하며, 각각의 유체-투과성 셀은 상기 제 1 및 제 2 외측 표면 양자 내의 개구와 연통하는 유체 경로를 형성하는 셀 벽을 구비하는, 상기 복수의 유체-투과성 셀과; 상기 강성 유체-투과성 본체의 제 1 외측 표면 상의 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부와; 상기 강성 유체-투과성 본체의 제 2 외측 표면과 함께 제 2 유체 억제 구조체를 형성하는 유체 억제 본체를 포함하는 장치를 제공하는 단계와,상기 제 1 유체 억제 구조체 내로 제 1 액체를 도입하고, 상기 제 2 유체 억제 구조체 내로 유체를 도입하여, 상기 강성 유체-투과성 본체를 통해 상기 제 1 액체와 상기 유체 사이에서 상호 작용이 발생하도록 하는 단계를 포함하는유체로 액체를 처리하는 방법.
- 초소수성 표면을 유지하는 방법에 있어서,제 1 유체 억제 구조체를 형성하는 제 1 외측 표면과, 상기 제 1 외측 표면으로부터 반대 방향을 향하는 제 2 외측 표면을 구비하는 강성 유체-투과성 본체와; 상기 강성 유체-투과성 본체 내의 복수의 유체-투과성 셀로서, 각각의 유체-투과성 셀은 제 1 외측 표면 내의 개구 및 제 2 외측 표면 내의 다른 개구를 구비하며, 각각의 유체-투과성 셀은 상기 제 1 및 제 2 외측 표면 양자 내의 개구와 연통하는 유체 경로를 형성하는 셀 벽을 구비하는, 상기 복수의 유체-투과성 셀과; 상기 강성 유체-투과성 본체의 제 1 외측 표면 상의 복수의 돌출 마이크로-스케일 특징부와; 상기 강성 유체-투과성 본체의 제 2 외측 표면과 함께 제 2 유체 억제 구조체를 형성하는 유체 억제 본체를 포함하는 장치를 제공하는 단계와,상기 제 1 유체 억제 구조체 내로 액체를 도입하고, 상기 제 2 유체 억제 구조체 내로 기체상 유체를 도입하며, 상기 제 2 유체 억제 구조체 내의 압력에 대해 선택된 범위 내에서 상기 제 1 유체 억제 구조체 내의 압력을 유지하는 단계를 포함하는초소수성 표면 유지 방법.
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