專利名稱：自清潔的窗戶結(jié)構(gòu)物的制作方法
背景技術(shù)：
如一般所普遍知道的，玻璃或窗戶的維護(hù)可能是一項既費力又昂貴的工作。雖然具有較少窗戶的結(jié)構(gòu)物(即建筑物)比較不會遭遇此類問題，但是其確實對具有許多窗戶的結(jié)構(gòu)物(即建筑物、溫室)造成極大的問題。還有，增加建筑物的高度將會增加窗戶的數(shù)量。結(jié)果，維護(hù)窗戶的成本會增大。同時，維護(hù)窗戶的成本增加還包括各種不同的安全考慮和程序，這些是為了確保勇于在這些巨大的結(jié)構(gòu)物上進(jìn)行窗戶形象維護(hù)的勇敢工作者的福利。
此外，因為污染窗戶的來源會變化，所以所采用的多種方法或清洗溶液并不總是可以達(dá)成所需的結(jié)果。舉例來說，適用于塵土的清洗溶液或方法可能無法適合于酸雨。同樣棘手的是潮濕環(huán)境中的玻璃存儲，這會導(dǎo)致存儲期間在玻璃上形成小水滴，由此使得堿性原料從玻璃中滲出。
目前有許多技術(shù)或化學(xué)方法被用來克服這種困境，以使玻璃保持無污染和原來的外觀。所述處理之一是利用光觸媒金屬氧化物來涂覆所述結(jié)構(gòu)物的表面；然而該方法最適合于去除生物物質(zhì)。結(jié)果，其對于非生物物質(zhì)的效果是有問題且不確定的。
另一種技術(shù)是以氧化硅系涂料來涂覆玻璃，例如US 5,424,130(Nakanishi等人，其所教導(dǎo)的技術(shù)在此處引入以供參考)。該氧化硅系的材料會在水分一旦接觸該經(jīng)涂覆的玻璃表面時使其形成水珠。雖然這種方法可以避免上述堿滲出的困難，但是其必須是適用于具有豐富氣流的環(huán)境。因此，這種方法會受限于在很少有或幾乎沒有氣流的環(huán)境中的應(yīng)用。
另一種技術(shù)是借助于結(jié)構(gòu)物的表面突起與凹陷來產(chǎn)生自清潔效果，例如US 10/120,366所述(Nun等人，其所教導(dǎo)的內(nèi)容在此引入以供參考)。上述技術(shù)雖然會產(chǎn)生自清潔的效果，然而，其光學(xué)性能受到了限制。結(jié)果，這種技術(shù)的應(yīng)用局限于當(dāng)表面的透明度是不重要的情況。上述技術(shù)教導(dǎo)其自清潔表面可被制成只有日光能穿透該表面的透明程度。結(jié)果，上述發(fā)明的光學(xué)性能受到了限制，不適合于要求具有光學(xué)性能的情況(即窗戶、風(fēng)擋)。
目前，上述所有制備自清潔玻璃的方法都包括利用涂層以達(dá)到限制或阻止玻璃變臟的能力。雖然這些方法可以實現(xiàn)各種不同程度的成功，但是它們都具有內(nèi)在的缺點。首先是玻璃由于光線所導(dǎo)致的在透明結(jié)構(gòu)上設(shè)置突起結(jié)構(gòu)時會出現(xiàn)顯色外觀。另一個缺點是缺少對突起結(jié)構(gòu)的隨機設(shè)置，其會因為在環(huán)境光線照射至該玻璃表面時無法散射而導(dǎo)致所述顯色的形成。
雖然有一些方法可以用來消除所述顯色，但這些方法是通過化學(xué)方式來完成的，這樣會為制造過程增加時間和成本。此外，許多涂層技術(shù)對于磨損具有很小的抵抗性。結(jié)果，在一定的環(huán)境中和時候自清潔特性將會中止。
對于這種困境的解決辦法是在自然界中發(fā)現(xiàn)的。蓮花植物或花卉已知具有自清潔的樹葉(參見例如ScienceWorld，2000年1月，HansChristian Von Baeyer，″The secret of the self-cleaning leaves of the lotusplant，like the subtlest applications of high technology，is simplicityitself″，通過引入作為參考)。德國Bonn大學(xué)Wilhelm Barthlott的發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致人們嘗試將這種野外中自然發(fā)生的現(xiàn)象用在涂料領(lǐng)域中，和用在某些堅硬的表面上。因為樹葉在表面上具有非常小的突起，所以蓮花植物很獨特。結(jié)果，所述樹葉的表面比起其它植物的樹葉更粗糙。該粗糙度帶給蓮花植物疏水特性。該疏水特性主要是由于水分和樹葉之間的接觸面積減少所導(dǎo)致的。當(dāng)小水滴落在蓮花植物的樹葉上時，所述突起會減少接觸面積至只有2-3％。此外，在某些接觸角下，小水滴會滾落并沖走小水滴所遇到的任何塵粒，由此產(chǎn)生自動清洗的效果。結(jié)果該蓮花植物即使在驟降的暴雨下仍可以維持清潔與干燥。
基于前述的理由，需要一種透明且不受顯色、下降的光學(xué)性能與侵蝕現(xiàn)象的影響，并且可以較便宜地制作的自清潔的窗戶結(jié)構(gòu)物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種自清潔的透明結(jié)構(gòu)物，其可以滿足玻璃表面對于抗灰塵的需求，并可以保持足夠好的光學(xué)性能。該透明結(jié)構(gòu)物包含有多個彼此間隔開的突起，每個突起都包含從玻璃表面的基準(zhǔn)面突出的一個末梢端和一個末端；其中所述突起被構(gòu)造及設(shè)置在所述基準(zhǔn)面之上，以使得透明度的偏差最小化。


通過參照以下說明書、所附的權(quán)利要求及附圖，本發(fā)明的這些和其它的特征、方面和優(yōu)點將會得到更好地理解，其中圖1所示為透明表面的放大圖；圖2所示為透明表面突起的放大圖圖3所示為具有隨意設(shè)置的突起的透明結(jié)構(gòu)物；圖4所示為浮法玻璃的制造設(shè)備；和圖5所示為用于擠出突起物的真空裝置。
具體實施例方式
本發(fā)明在此提供了一種具有自清潔特性的抗灰塵的透明表面，其中突起從透明表面開始延伸。
參照圖1，其顯示了透明表面10的放大部分。突起12是從透明表面10的延伸。所述突起12經(jīng)由基準(zhǔn)面14與透明表面10相連。該突起可以與基準(zhǔn)面14形成一體，或與基準(zhǔn)面14連接?；鶞?zhǔn)面14是其中突起12開始而透明表面10結(jié)束的透明表面10的區(qū)域。位于每個突起12頂點的是末梢或末端16。另外，在某些實施方案中，每個突起12的末梢端16可以具有約1度至約10度的滾落角。落在末梢端16頂端上的可以是一個或多個顆粒18。結(jié)果，在抗顆粒作用期間，顆粒18落在一個或多個突起12之上，所述顆粒18受突起12的作用，由此限制顆粒的表面附著并排除顆粒18的結(jié)合作用。
此外，當(dāng)需要光學(xué)透明度或某些其它的光學(xué)性能時，該突起的位置和結(jié)構(gòu)可以依據(jù)所需要的光學(xué)性能進(jìn)行變動。舉例來說，在需要透明性的優(yōu)選實施方案中，突起被設(shè)置成非模式化的或隨意的結(jié)構(gòu)。在需要有限透明性的另一個實施方案中，突起被設(shè)置成半模式化的結(jié)構(gòu)。在需要圖像、設(shè)計或不透明性的又另一個實施方案中，突起以可以形成此種設(shè)計、圖像或不透明性的方式被設(shè)置。
相對于透明表面10，突起12是突出的，因此，突起12之間的間隔區(qū)域20可以是平面或是深坑結(jié)構(gòu)的。此外，在每個突起12之間的距離應(yīng)使得可以降低或消除Bragg定律的光學(xué)效應(yīng)。應(yīng)當(dāng)理解的是，突起12之間的間隔區(qū)域20并不限于平面或深坑結(jié)構(gòu)，其可以是任何適當(dāng)?shù)乃叫问?。然而，基于舉例說明的目的，該突起12看起來像錐形的，但突起12并不限于錐形結(jié)構(gòu)。相應(yīng)地，所述突起可以是圓形、纖毛狀以及棒狀的。此外，為了增進(jìn)透明表面10的抗灰塵性，該突起12可以由疏水性材料制成或由疏水性材料進(jìn)行終飾。
因此，當(dāng)該透明表面10暴露至灰塵或其它顆粒18時，所接觸的表面積非常小，就如同顆粒18僅僅接觸突起12一樣。進(jìn)一步來說，由于突起12的末梢端16的直徑很小，在突起12和顆粒18之間的接觸角非常大。因此，所述顆粒18的附著被最小化或排除，而最小幅度的擾動都會導(dǎo)致小水滴橫越過該透明表面10。
在優(yōu)選的實施方案中，該透明的表面10包含玻璃。在玻璃的表面上產(chǎn)生突起12是簡單而經(jīng)濟的，由于玻璃的透明性質(zhì)與玻璃特性，其可以被成型與模制。
在另一實施方案中，所述透明表面10包含塑料材料。適當(dāng)?shù)乃芰匣陌铣捎袡C聚合物基材，例如丙烯酸聚合物、聚酯、聚酰胺、聚酰亞胺、丙烯腈-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈-丁二烯三元共聚物、聚氯乙烯、butarate、聚乙烯等。一種對于本發(fā)明有利且具有廣泛用途的基材是例如可商購自通用電氣GE公司的Lexan的聚碳酸酯。進(jìn)一步來說，該基材可以是本質(zhì)上剛性的，或者在某些實施方案中，曲撓性基材可以對本發(fā)明的涂層有利。
應(yīng)當(dāng)理解的是，用來制造透明表面的材料并不限于玻璃、塑料材料或聚碳酸酯材料，而可以是任何在施加突起12之后不會具有有限的透明度或變差的光學(xué)性能的適當(dāng)?shù)耐该鞑牧稀?br> 參照圖2，其顯示了突起12放大圖。如前所述，每個突起12的頂點都具有末梢端16，其中其直徑被顯示為Dt。此外，從透明表面10的基準(zhǔn)面14到末梢端16的高度被顯示為Hnh，而每個突起12之間的間隔是為Pnh。
在優(yōu)選的實施方案中，末梢端16的直徑基本上小于塵埃顆粒的平均直徑0.5微米。優(yōu)選地，末梢端的直徑Dt使得在多個突起頂上的顆粒(舉例來說，塵埃)的接觸面積如同在蓮花植物中一樣小于2％。相應(yīng)地，基本上小于0.5微米的突起12可以避免顆粒18與單個突起12連接。此外，突起12的高度可以是約5微米至10微米，這是位于蓮花植物表皮上的突起的高度。在某些實施方案中，Hnh/Dt的比例是為至少20。然而，Hnh/Dt的比例可以是可限制表面附著的任何適當(dāng)比例。
在另外優(yōu)選的實施方案中，每個突起12之間的間隔尺寸被制成可以將著名的Bragg衍射定律所導(dǎo)致的光學(xué)偏差最小化或排除。
參照圖3，其顯示了透明結(jié)構(gòu)物20的透明表面10的放大圖。突起12被進(jìn)一步舉例說明，其在優(yōu)選的實施方案中被以非模式化或隨機的結(jié)構(gòu)進(jìn)行布置。突起12被以非模式化或隨機結(jié)構(gòu)進(jìn)行布置，以排除顯色和光學(xué)畸變。
如前所述，突起12可以與透明表面10一體化，或者與透明表面10連接。為了將突起12施加到透明的表面10上，可以采取各種不同的制造方法。在一個實施方案中，透明表面10被設(shè)定并維持在適合處理的溫度下。接下來，突起12在透明表面10上形成，而突起12將從基準(zhǔn)面14延伸。
參照圖4，其顯示了浮法玻璃的制造系統(tǒng)。浮法玻璃制造系統(tǒng)22為在透明表面30上形成突起12的另一種制造方法的實例。在這種方法中，原料分配器24將浮法玻璃26的原料分配至流體路徑(fluidcourse)28中。浮法玻璃26然后會飄浮在溶化的銦或錫的流體路徑28上；此外，由于其特性，玻璃將不會與銦或錫反應(yīng)。隨著浮法玻璃26沿流體路徑28飄流下來，可以有各種不同的處理與裝置對浮法玻璃26作用，由此賦予浮法玻璃26所選擇的結(jié)構(gòu)。接下來，該浮法玻璃結(jié)構(gòu)物26的一個或多個表面30被維持在連續(xù)或分段軟融狀態(tài)下(例如約1000℃)。接著，突起12在玻璃表面30處于熔融狀態(tài)時的所述玻璃表面30上形成。需要理解的是，流體路徑28并不限于銦或錫，而可以是任何能夠?qū)⒏》úＡ?6維持在熔融狀態(tài)而不與浮法玻璃26反應(yīng)的基材。
另一個實施方案是使用壓花法來形成突起12。在壓花時，浮法玻璃結(jié)構(gòu)物26的一個或多個表面30被維持在連續(xù)或分段軟融狀態(tài)下。然后，浮法玻璃結(jié)構(gòu)物26被導(dǎo)引穿過一對位于浮法玻璃總成生產(chǎn)線上方的滾子32。欲壓花的特征31位于上述之一的滾子上(或如果兩側(cè)表面30都需要的話，則設(shè)在兩者上)。當(dāng)浮法玻璃結(jié)構(gòu)物26從滾子32通過，該突起12便已被壓花在浮法玻璃結(jié)構(gòu)物26的表面30上。
在另一個實施方案中，以沖壓方法來形成突起12。在浮法玻璃結(jié)構(gòu)物處于連續(xù)或分段軟熔融狀態(tài)同時，突起被沖壓在該浮法玻璃結(jié)構(gòu)物26的表面30上。
在又另一個實施方案中，用涂刷法來形成突起12。在浮法玻璃結(jié)構(gòu)處于連續(xù)或分段軟熔融狀態(tài)的同時，突起12經(jīng)由剛毛刷涂刷在浮法玻璃結(jié)構(gòu)物26的表面30上。
參照圖5，其顯示了用于在浮法玻璃結(jié)構(gòu)物的表面上產(chǎn)生突起的真空裝置。在該實施方案中，真空裝置被用來在玻璃表面處于連續(xù)或熔融狀態(tài)的玻璃表面34上形成突起12。舉例來說，一種形成適當(dāng)?shù)恼婵昭b置的方法描述在題為″Device For Handling Fragile Objects″的US 10/017,186中，其描述了一種用于半導(dǎo)體加工中的吸持器，其內(nèi)容在此引入以供參考。該裝置包括用于具有足以耐受可能的粗暴機械搬運的剛性和強度、并且可以用來作為透明結(jié)構(gòu)基材的易碎物體(即玻璃表面)的吸力或真空42以及吸持器36。該吸力或真空42裝置與吸持器36連接。吸持器36包括前表面38。吸持器36可以將極易碎裂的物體(也就是玻璃表面)導(dǎo)引至該吸力42。該前表面38具有多個孔40，其是以預(yù)定的模式穿過該前表面38。基于舉例說明的目的，所述多個孔40被顯示為具有一定的模式。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是所述多個孔40并不限于此結(jié)構(gòu)，而可以是任何適于產(chǎn)生具有自清潔特性與最佳的透明能力的突起的適當(dāng)結(jié)構(gòu)。這些孔形成低空氣阻力的真空通道，以產(chǎn)生被施加至玻璃表面34的分配良好的吸力或真空42。相應(yīng)地，吸力42在熔融玻璃面34上拉引，借此產(chǎn)生突起。應(yīng)該理解，該真空裝置并不限于卵形形狀，而可以是任何適于產(chǎn)生能夠形成突起的吸力的形狀。
在上述的所有實例中，當(dāng)玻璃冷卻的時候，突起仍會保持在浮法玻璃結(jié)構(gòu)物的表面上。此外，應(yīng)當(dāng)理解，突起的產(chǎn)生可以由所有傳統(tǒng)的浮法玻璃制造方法和/或技術(shù)來預(yù)先形成。
雖然自清潔結(jié)構(gòu)或方法是廣為人知的，但其在光學(xué)性能上卻受到限制。因此，上述發(fā)明通過獨特的方法布置突起而克服了這些缺陷。本發(fā)明在該結(jié)構(gòu)的表面上以光學(xué)性能不會被影響的方式來設(shè)置突起。本發(fā)明隨機布置的突起使得光在照射到該結(jié)構(gòu)物上時發(fā)生散射，但是，如果需要的話，該突起也可以設(shè)置為使光學(xué)性能受限制。結(jié)果，本發(fā)明可以在不喪失光學(xué)性能的情況下達(dá)到自清潔的效果。
雖然已顯示與描述了優(yōu)選的實施方案，各種不同的修改與替換可以在不背離本發(fā)明的精神和范圍下進(jìn)行。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā)明已經(jīng)通過舉例說明而非限制的方式得到了描述。
權(quán)利要求
1.一種具有至少一個抗灰塵表面的透明結(jié)構(gòu)物，該透明結(jié)構(gòu)物包括表面，該表面包括基準(zhǔn)面，和多個彼此間隔開的突起，每個突起都具有自所述基準(zhǔn)面凸出的一個末梢端和一個末端其中所述突起被構(gòu)造與設(shè)置在所述基準(zhǔn)面上，以使透明度的偏差最小化。
2.權(quán)利要求1的透明結(jié)構(gòu)物，其中所述透明結(jié)構(gòu)物的平均厚度為約10微米至大約2厘米。
3.權(quán)利要求1的透明結(jié)構(gòu)物，其中所述每個突起的末梢端直徑基本小于0.5微米。
4.權(quán)利要求1的透明結(jié)構(gòu)物，其中所述每個突起的末梢端直徑基本為約0.01微米至0.1微米。
5.權(quán)利要求1的透明結(jié)構(gòu)物，其中選擇所述每個突起之間的間隔使由Bragg定律所引起的光學(xué)效應(yīng)最小化。
6.權(quán)利要求1的透明結(jié)構(gòu)物，其中所述每個突起的末端的滾落角為約1度至約10度。
7.權(quán)利要求1的透明結(jié)構(gòu)物，其中所述每個突起都具有疏水特性。
8.權(quán)利要求1的透明結(jié)構(gòu)物，其中所述每個突起都與所述基準(zhǔn)面一體化。
9.權(quán)利要求1的透明結(jié)構(gòu)物，其中所述每個突起都與所述基準(zhǔn)面連接。
10.一種用于制備抗灰塵表面的方法，其包括(a)提供具有表面的物體，該表面具有基準(zhǔn)面，(b)將所述表面維持在適于進(jìn)行處理的溫度下，(c)在從所述基準(zhǔn)面延伸的所述基材上形成突起；且(d)具有相對于所述基準(zhǔn)面的末梢端的所述突起所具有的接觸面尺寸遠(yuǎn)小于將被作用的顆粒的接觸面尺寸。
11.一種制備抗灰塵表面的方法，其包括(a)提供具有表面的玻璃，該表面具有基準(zhǔn)面，(b)將所述玻璃表面維持在適合于將所述玻璃保持在連續(xù)或分段熔融狀態(tài)的溫度下，(c)在處于熔融狀態(tài)下的所述玻璃表面上形成突起；且(d)具有相對于所述基準(zhǔn)面的末梢端的所述突起所具有的接觸面尺寸遠(yuǎn)小于將被作用的顆粒的接觸面尺寸。
12.一種制備抗灰塵表面的方法，其包括(a)提供具有表面的玻璃，該表面具有基準(zhǔn)面，(b)將所述玻璃表面維持在適合于將所述玻璃保持在連續(xù)或分段熔融狀態(tài)的溫度下，(c)在處于熔融狀態(tài)下的所述玻璃表面上壓花出所述突起且(d)具有相對于所述基準(zhǔn)面的末梢端的所述突起所帶有的接觸面尺寸遠(yuǎn)小于將被作用的顆粒的接觸面尺寸。
13.一種制備抗灰塵表面的方法，其包括(a)提供具有表面的玻璃，該表面具有基準(zhǔn)面，(b)將所述玻璃表面維持在適合于將所述玻璃保持在連續(xù)或分段熔融狀態(tài)的溫度下，(c)在處于熔融狀態(tài)下的所述玻璃表面上沖壓出所述突起；且(d)具有相對于所述基準(zhǔn)面的末梢端的所述突起所具有的接觸面尺寸遠(yuǎn)小于將被作用的顆粒的接觸面尺寸。
14.一種制備抗灰塵表面的方法，其包括(a)提供具有表面的玻璃，該表面具有基準(zhǔn)面，(b)將所述玻璃表面維持在適合于將所述玻璃保持在連續(xù)或分段熔融狀態(tài)的溫度下，(c)在處于熔融狀態(tài)下的所述玻璃表面上利用噴嘴吸引出所述突起且(d)具有相對于所述基準(zhǔn)面的末梢端的所述突起所具有的接觸面尺寸遠(yuǎn)小于將被作用的顆粒的接觸面尺寸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自清潔的透明結(jié)構(gòu)物，其具有抗灰塵性能和改良的光學(xué)性能。還提供了一種具有任意設(shè)置的突起(12)與透明表面連接的透明表面(10)。所述突起通過減少顆粒的表面附著而對落在該突起上的顆粒(18)起作用。此外，所述透明表面的透明特征因為每個突起之間的間隙小于可見光的波長而不會減少。
文檔編號C03B23/02GK1890186SQ200480036785
公開日2007年1月3日 申請日期2004年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月10日
發(fā)明者薩迪戈·M.·法里斯 申請人:瑞威歐公司