CN101381597A - 传热介质以及使用该传热介质的传热方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种传热介质以及使用该传热介质的传热方法。传热介质包括涂敷有多个纳米粒子的透光基底。所述纳米粒子吸收入射到其上的光从而产生热量，所述热量被传递到将被加热的目标对象。纳米粒子可以被施加到目标对象上。加热后，通过蚀刻去除所述粒子。纳米粒子可以被选择性地施加到透光基底上或者直接施加到将被加热的目标对象上，从而使局部生热，因此加热目标对象的被选部分。

Description

传热介质以及使用该传热介质的传热方法
本申请要求于2007年9月7日提交的第10-2007-0091180号韩国专利申请的优先权，该申请的全部公开通过引用包含于此。
技术领域
本公开涉及一种传热介质以及使用该传热介质的传热方法。
背景技术
通过施加热使得形成在玻璃或塑料基底上的膜交联、有序、塑化或者晶化。然而，由于膜和玻璃或塑料基底之间的膨胀不同，经常发生玻璃基底开裂或者塑料基底变形。具体地，由于发生基底的不均匀收缩，所以难以将使用高温的烧结工艺应用于塑料基底。
此外，作为示例，氧化钛(TiO2)，即，在光电(PV)电池中使用的透明多孔电极材料，应当在470℃烧结。因此，不能容易地将塑料材料用作光电电池的基底。
发明内容
这里公开的是一种方法，其中，传热介质的纳米粒子可以被设置到目标装置上，从而将热传递到目标装置。此外，在该方法中，可以将纳米粒子作为掩膜施加到红外透明膜，将热量传递到目标装置的特定部分，从而获得传热效果，而不会在装置中留下不必要的生热材料。
换句话说，通过使用由纳米粒子中的表面等离子体效应产生的热量，可以使由于热膨胀不同而在与另一材料接触时产生断裂或变形最小化。这种断裂和变型的减少对涉及塑料装置的退火或烧结工艺中尤其有用。
这里公开了一种传热介质以及使用所述传热介质的传热方法。通过吸收可见范围或近红外(NIR)范围内的光来传递热量。施加到膜上的多个纳米粒子通过表面等离子体共振效应吸收光并产生热量。
当纳米粒子被施加到目标对象上时，可通过蚀刻来去除所述粒子。当在需要热传递的目标对象上设置涂敷有纳米粒子的透明膜作为掩膜，然后将该透明膜暴露给红外光线时，热量被传递到涂敷的纳米粒子下面的目标对象的特定部分上。这种技术对制造塑料装置非常有用。
在一个实施例中，提供了一种传热介质，所述传热介质包括含有多个纳米粒子的膜，所述纳米粒子吸收入射到膜上的光，从而将热量传递到目标对象上。
在另一实施例中，提供了一种使用所述传热介质的传热方法，所述方法包括如下步骤:形成包括多个纳米粒子的膜；将所述膜暴露给光；通过纳米粒子吸收入射到膜上的光将热量传递到目标对象。
这里，纳米粒子可被直接施加到目标对象上或者施加到中间层上。此外，纳米粒子可被施加到透明膜上，从而在所述膜被设置在目标对象上时用作掩膜。
在使用上述构造的传热处理中，可以改变纳米粒子的布置，从而将热量传递到与所述布置相应的特定部分上。这里，所述膜可以暴露给可见范围内或NIR范围内的光。
在实施例中，透明膜是红外(IR)透明膜，纳米粒子是金、铜、银、钛、铝、钯、铂、铑、铱、铁、钨、镍或者它们的组合。
在另一实施例中，当纳米粒子被施加到目标对象时，可通过蚀刻去除所述粒子，当纳米粒子涂敷在其上的透明膜作为掩膜被设置在需要传热的目标对象上，然后暴露给红外光线时，热量被传递到涂敷的纳米粒子下面的目标对象的特定部分上。
这种传热介质可用于使塑料上的有机膜退火的工艺中。例如，可以用于有机薄膜晶体管(OTFT)中的沟道材料和电介质(200℃的交联工艺)的半导体膜(130℃的重排工艺)中。此外，可用于塑料上的无机膜，例如，ZnO膜(ZnO TFT的沟道材料)的晶化工艺(200℃)和Si膜(Si FT的沟道材料)的晶化工艺(350℃)中。公开了一种包括基底和涂敷在基底上的纳米粒子的传热介质，其中，纳米粒子在光照射到其上时产生热量。在所述纳米粒子中发生表面等离子体共振。所述光在可见范围内或NIR范围内。纳米粒子由金、铜、银、钛、铝、钯、铂、铑、铱、铁、钨、镍或者它们的混合物形成。
公开了一种加热对象的方法，所述方法包括如下步骤:将纳米粒子暴露给光以产生热量；将热量传递给将被加热的对象。所述热量是在纳米粒子中由于表面等离子体效应产生的。所述光处于可见范围或NIR范围内。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，公开的实施例的上述和其它方面、特点和优点将会变得更清楚，其中:
图1是示出涂敷到红外透明膜上的纳米粒子的示图；
图2A是示出包括金的纳米粒子的形状的示图；
图2B是示出图2A的纳米粒子的UV-Vis-NIR吸收光谱的示图；
图3是示出当暴露到2W的800nm激光时基底的温度轮廓的曲线图；
图4是示出当暴露到12W的800nm激光时基底的温度轮廓的曲线图；
图5是示出应用于光电电池的传热介质的例子的示图；
图6是示出应用于使用塑料基底的装置的退火工艺的传热介质的例子的示图。
具体实施方式
下面，将详细地描述本发明的示例性实施例。
应该理解的是，当一个元件被称为位于另一元件“之上”时，该元件可以直接位于另一元件之上，或者存在中间元件。相反，当一个元件被称为“设置在”或者“形成在”另一元件“上”时，应该理解为，该元件至少部分地与另一元件接触，除非另有说明。
这里使用的术语仅为了描述特定实施例的目的，而不意图限制本发明。如这里所使用的，除非上下文明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。术语“第一”、“第二”等的使用不是意味着任何特殊的顺序，而是用来标识单个元件。还应该理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”时，说明存在所列出的特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其它特征、区域、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。
除非另有定义，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科技术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员所通常理解的意思相同的意思。还应该理解，除非这里明确定义，否则术语(例如在通用的字典中定义的术语)应该被解释为具有与相关领域和本公开的上下文中它们的意思相同的意思，而不是理想地或者过于正式地解释它们的意思。
在附图中，相同的标号表示相同的元件，为了清楚起见，层和区的厚度被夸大了。
图1是示出涂敷在红外透明膜上的纳米粒子的示图。如图1所示，多个纳米粒子11被施加到基底(如红外透明膜10)上。基底不限于红外透明膜，而是可以包括任何材料，只要它们能够传递由纳米粒子产生的热即可。红外透明膜10可包括塑料或玻璃。膜10还可以透射可见光。纳米粒子用作掩膜，用于在装置(例如光电电池)的制造过程中传热。
即，当涂敷有纳米粒子的透明膜暴露给可见范围(regime)或NIR范围中的光时，纳米粒子11吸收所述光并通过表面等离子共振效应(surfacePlasmon resonance effect)产生红外范围内的热量(IR热量)，并将所述热量传递到将被加热的目标物体。由于金属和电介质(如空气或水)之间的电荷密度差，表面等离子体共振效应发生在金属表面和电介质之间的边界处。施加到红外透明膜10上的包括纳米粒子11的传热介质可以应用于热处理，如在红外透明膜中使用的塑料基底或玻璃基底的烧结工艺、退火工艺、晶化工艺等。
图2A是示出包含金的纳米粒子的形状的示图。在实施例中，由金形成的纳米粒子可以被施加到红外透明膜。如图2A中所示，纳米粒子具有基本上均匀的尺寸。可以改变纳米粒子的尺寸来控制传热。
图2A示出了金纳米粒子，但是纳米粒子可以由其它材料形成，例如，铜(Cu)、银(Ag)、钛(Ti)、铝(Al)、钯(Pd)、铂(Pt)、Rh(铑)、铱(Ir)、铁(Fe)、钨(W)、镍(Ni)或者它们的混合物。
在实施例中，涂敷在红外透明膜上的纳米粒子可以被图案化，使得生热和传热局限于某一区域，从而使热量仅被传递到将被加热的对象的被选部分。即，纳米粒子被施加到红外透明膜的整个表面或期望传热的被选部分上，从而在整个表面或者仅仅在被选部分上执行传热。
图2B示出了图2A中的金纳米粒子分散在其中的水溶液的UV-Vis-NIR吸收光谱，参照图2B，最大吸收率发生在大约800nm的波长处。根据入射到传热介质上的光的波长，可通过改变纳米粒子的尺寸来控制传热。
图2A和2B中使用的金纳米粒子具有10nm的直径和60nm的长度，并且在大约800nm的波长具有最大吸收率。因此，如果用800nm波长的激光照射，则金纳米粒子吸收光，从而产生红外热量。
图3是示出玻璃基底暴露给2W的800nm激光时的时间-温度轮廓的曲线图。即，图3中的曲线b是涂敷有金纳米粒子的玻璃基底暴露给2W的800nm的激光时的温度轮廓。从图3可以看出，在大约50秒时，温度上升至大约110℃。相反，对在玻璃基底上未涂敷金纳米粒子的曲线，基底的温度没有经历任何实质的上升。
图4是示出当玻璃基底暴露给12W的800nm的激光时的温度轮廓的曲线图。即，曲线b是涂敷有金纳米粒子的玻璃基底暴露给12W的800nm的激光时的温度轮廓。从图4可以看出，在大约4秒时温度上升至大约400℃。相反，对于未涂敷金纳米粒子的曲线a，基底温度基本上没有升高。
从图3和图4的曲线图可以看出，由于金纳米粒子吸收入射到纳米粒子上的光，即，表面等离子体效应发生在金纳米粒子中，所以金纳米粒子起传热介质的作用。此外，还可以看出，当激光的强度从2W增加到12W时，即使是相同的波长800nm，也在较短的时间段内出现温度提升。
图5是示出应用于光电电池的传热介质的例子的示图。如图5中所示，涂敷有纳米粒子51的红外透明膜50作为掩膜被定位在涂敷有在光电电池中使用的氧化钛(TiO2)浆料53的塑料基底52上。当暴露给红外激光时，由于等离子体效应，纳米粒子产生热量，该热量通过透明膜50被传递到氧化钛浆料53从而烧结氧化钛浆料53。因此，在光电电池中使用的二氧化钛可以被烧结，而不会导致塑料基底52变形。
图6是示出应用于具有塑料基底的装置的退火工艺的传热介质的例子的示图。如图6中所示，在塑料基底62上定位传热介质作为掩膜，所述传热介质由红外透明膜60形成，所述红外透明膜60具有选择地设置在其上的纳米粒子61。当暴露给红外激光时，选择性地涂敷的纳米粒子61通过表面等离子体效应产生热量，所述热量被传递到位于塑料基底62上的材料的被选部分63上，所述材料位于红外透明膜60的下面。透明膜60的未涂敷纳米粒子的剩余部分允许红外光线穿过，从而不被加热，因此，对塑料基底62没有热影响。
即，如上所述，纳米粒子可以以图案化的形式被选择性地涂敷到透明膜上。因此，当被光(如红外光线)照射时，涂敷有纳米粒子的图案可以被选择性地加热，并且热量通过透明膜传递以对与图案对应的对象进行选择性地热处理。除了图案之外的剩余部分由于不存在纳米粒子而使所述光通过因此不被加热。在该实施例中，可以使用热处理来促进烧结工艺、退火工艺、晶化工艺等。在实施例中，纳米粒子可以被直接涂敷到将被处理的目标对象上，例如，以图案化的形式直接涂敷到玻璃或塑料基底上。可以使用蚀刻工艺等来去除涂敷的纳米粒子。
尽管已经参照本发明的示例性实施例示出和描述了实施例，但是，本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以作出形式和细节上的各种改变，本发明的范围由权利要求限定。
此外，在实质上不脱离本发明的范围的情况下，可以对本发明的教导作出很多修改以适应于特定情况或材料。因此，应该理解的是，本发明不限于这里为了执行本发明而作为最佳实施方式公开的特定实施例，相反，本发明将包括落入权利要求的范围内的所有实施例。此外，使用的术语“第一”、“第二”等，并不表示任何顺序或重要性，相反，这些术语“第一”、“第二”等是用于使一个元件区分于另一个元件。此外，单数形式的术语的使用并不表示对数量的限制，而是表示存在至少一个所表示的项。

Claims (25)

1、一种用于目标对象的传热介质，包括:
膜，所述膜包括多个纳米粒子，其中纳米粒子有效地吸收入射到膜上的光，所述膜用于将由于光的吸收而产生的热量传递到目标对象。
2、如权利要求1所述的传热介质，其中，纳米粒子被直接施加到目标对象上。
3、如权利要求2所述的传热介质，其中，在传热之后，通过蚀刻从目标对象上去除纳米粒子。
4、如权利要求1所述的传热介质，其中，纳米粒子被施加到目标对象上的中间层上。
5、如权利要求1所述的传热介质，其中，所述膜被设置在红外透明膜上。
6、如权利要求1所述的传热介质，其中，纳米粒子是金、铜、银、钛、铝、钯、铂、铑、铱、铁、钨、镍或者它们的组合。
7、如权利要求1所述的传热介质，其中，纳米粒子按照图案布置，从而将热量传递到与图案相应的特定部分。
8、如权利要求1所述的传热介质，其中，根据入射光的波长调整纳米粒子的尺寸来控制传热，从而使得在特定波长吸收率具有最大值。
9、如权利要求1所述的传热介质，其中，入射到膜上的光处于可见范围或NIR范围。
10、如权利要求1所述的传热介质，其中，所述传热介质用于施加到塑料基底或玻璃基底的膜的退火工艺中，所述膜设置在塑料基底上或玻璃基底上。
11、如权利要求10所述的传热介质，其中，施加到塑料基底或玻璃基底的膜包括有机材料、金属、碳或无机材料。
12、如权利要求10所述的传热介质，其中，塑料基底涂敷有氧化钛浆料。
13、一种使用如权利要求1所述的传热介质的传热方法。
14、一种用于对象目标的传热方法，所述方法包括如下步骤:
形成包括多个纳米粒子的膜；
将所述膜暴露给光；
将热量传递到目标对象，所述热量是由于纳米粒子吸收入射的光而产生的。
15、如权利要求14所述的传热方法，其中，在形成包括多个纳米粒子的膜的工艺中，纳米粒子被直接施加到目标对象上以形成所述膜。
16、如权利要求15所述的传热方法，还包括:在传热之后通过蚀刻从目标对象上去除纳米粒子。
17、如权利要求14所述的传热方法，其中，在形成包括多个纳米粒子的膜的工艺中，纳米粒子被施加到目标对象上的中间层上，以形成所述膜。
18、如权利要求14所述的传热方法，其中，在形成包括多个纳米粒子的膜的工艺中，所述膜被设置在红外透明膜上。
19、如权利要求14所述的传热方法，其中，在形成包括多个纳米粒子的膜的工艺中，纳米粒子是金、铜、银、钛、铝、钯、铂、铑、铱、铁、钨、镍或者它们的组合。
20、如权利要求14所述的传热方法，其中，在形成包括多个纳米粒子的膜的工艺中，纳米粒子按照图案布置，从而将热量传递到目标对象的与所述图案相应的特定部分。
21、如权利要求14所述的传热方法，其中，在形成包括多个纳米粒子的膜的工艺中，通过调整纳米粒子的尺寸的方式来控制传热，从而在特定的波长吸收率具有最大值。
22、如权利要求14所述的传热方法，其中，在将所述膜暴露给光的步骤中，所述入射光在可见范围内或者在NIR范围内。
23、如权利要求14所述的传热方法，其中，在施加到塑料或玻璃基底的膜的退火工艺中使用在所述传热方法中使用的传热介质。
24、如权利要求23所述的传热方法，其中，施加到塑料或玻璃基底的膜包括有机材料、金属、碳或无机材料。
25、如权利要求23所述的传热方法，其中，所述塑料基底涂敷有在光电电池中使用的氧化钛浆料。
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