[发明专利]超浮力材料与系统

说明书

技术领域

本发明是有关于一种材料与系统，特别是指一种超浮力材料与系统。

背景技术

浮力材料可以被用在船、潜艇、水中管线、其他机械结构，以及用于水中或水面环境之运输工具。提供浮力之结构之设计灵感来自自然界中的生物。例如，霸王莲在其底面具有一骨架结构，是由许多厚的叶脉所组成。一隔膜连接该等叶脉，藉以增加形成于其内的气室之比面积及体积。所产生的结构可以浮在水面上，并承载30-80公斤的重量。

发明内容

本揭示是有关于具有高表面积体积比之大尺寸(在某些情况下为3D)细微数组材料，以及其做为超浮力及/或低摩擦力材料之应用。

习知泡沫材料可具有0.5~8毫米之孔洞尺寸。有可能可以制造具有14~3100/毫米之比表面积之多孔块材。然而，该等孔洞尺寸具有一大的变化量，例如大于100%。

此处揭示的一些实施例可制造高表面积对体积比多孔薄膜，其具有一大于100平方厘米(诸如20厘米×20厘米)之表面积。该等孔洞之尺寸可以是例如约100纳米~10厘米。

此处揭示者包括一种超浮力装置，包含一细微数组多孔材料，其具有一大于10/毫米之比表面积，该比表面积取决于不同孔洞尺寸，其中，该细微数组多孔材料包括数个孔洞，其具有一实质上均一且变化量小于约20%之尺寸，其中，该尺寸大于约100纳米且小于约10厘米。该细微数组多孔材料中可具有一均一气压。此外，一均一表面张力可形成于该细微数组多孔材料之表面上。由于该细微数组多孔材料之该等开口尺寸近似，故可达到一实质上稳定的表面张力，如公式F=P/A所示，其中，F表示表面张力，P表示压力，且A表示表面积。

该装置还包括一设置于该细微数组多孔材料上的支撑层。该支撑层可以是一装载基板或主体，诸如类似船的船体部分。在一些实施例中，该支撑结构可以是用于生长该细微数组多孔材料的一基板。而该生长基板并不需移除。在一些实施例中，可添加进一步的或多重支撑结构。在一些实施例中，该细微数组多孔材料可在无基板的情况下被制造，且继而固定至一或数个支撑层。这些不同的层可利用黏结剂以键结或是胶合的方式固定在一起。

在一些实施例中，该细微数组多孔材料可包括数个填充一固态材料的晶界区域，以增加该细微数组多孔材料之一机械强度，其中，该比表面积大于4100/毫米，导致一较高的空气存储器积。该尺寸变化量小于约10%，且该等晶界区域可具有一为约5微米-1毫米之尺寸，或者在一些实施例中甚至更大。例如，对于一具有约10厘米之孔洞尺寸之大面积细微数组多孔材料而言，一晶界区域可具有一约为1平方公尺之面积。在一些其他实施态样中，该细微数组多孔结构可不具有晶界。

在一些实施例中，可提供一运输工具，该运输工具包括一超浮力结构，其包括一细微数组多孔材料，其具有一大于10/毫米之比表面积，该比表面积取决于不同孔洞尺寸，其中，该细微数组多孔材料包含数个孔洞，其具有一实质上均一且变化量小于约20%之尺寸，其中，该尺寸大于约100纳米且小于约10厘米。在一些实施态样中，该细微数组多孔材料可包括一或数个大面积细微数组多孔薄膜。例如，该薄膜可以是一大片薄膜，或者也可以是由许多薄膜结合而成。在一些其他实施态样中，该细微数组多孔材料可以是一或数块的大块细微数组多孔材料。

在一些实施例中，该细微数组多孔材料包括数个填充一固态材料的晶界区域，以增加该细微数组多孔材料之一机械强度，其中，该比表面积大于4100/毫米，导致一较高的空气存储器积。该尺寸变化量小于约10%，且其中，该等晶界区域具有一为约5微米-1毫米之典型尺寸。在一些实施态样中，该等晶界区域可具有一为约1公尺的尺寸。

在一些实施例中，该运输工具是一轮船。在一水环境中的一习知运输工具具有一与水接触的表面，当其在水面上航行时，具有高摩擦力，特别是速度较高时。由于本发明细微数组多孔材料之明显较高的空气存储器积，故根据此处揭示的一些实施例之运输工具之大部分与水的接触面积为空气腔。该接触面积中只有少部分是在材料与水之间。如此一来，由于空气与水之交界处的浮力的增加且流体动力特性的改善，摩擦力实质上便降低了。