CN107429537A - 用于隔热玻璃单元的真空窗用玻璃支柱以及由其形成的隔热玻璃单元 - Google Patents

用于隔热玻璃单元的真空窗用玻璃支柱以及由其形成的隔热玻璃单元 Download PDF

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Abstract

本公开涉及用于制造隔热玻璃单元特别是真空窗用隔热玻璃单元的支柱。本发明还涉及包含所述支柱的隔热玻璃单元。本公开提供了在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中该支柱包括主体。该主体包括多个第一结构、位于该多个第一结构之间的至少一个第一空隙区域、被定位在该多个第一结构之间的第一下陷表面区域、以及至少一个第一通道，该至少一个第一通道具有第一端部和第二端部以及邻近主体的第一表面的第一通道开口。该第一通道通过其第一端部和第二端部中的至少一者与局部环境流体连通，并且该至少一个第一空隙区域在平行于第一表面的方向上与局部环境流体连通并且/或者与至少一个第一通道流体连通。该多个第一结构的高度小于第一通道的深度。

Description

用于隔热玻璃单元的真空窗用玻璃支柱以及由其形成的隔热 玻璃单元
技术领域
本公开涉及在隔热玻璃单元(IGU)特别是在真空窗用隔热玻璃单元中使用的支柱、以及包含该支柱的隔热玻璃单元。
背景技术
用于隔热玻璃单元的支柱在例如美国专利No.6,479,112和美国专利公布No.2010/0260950中已有所描述。
发明内容
单层玻璃窗通常为不良隔热体，并且它们在建筑物中的使用导致结构产生显著的热损失，并且由于较高的加热/冷却成本以及较高的初始制造成本而导致较高的建筑维护成本，因为必须为建筑物指定较大的加热/冷却设备以用于补偿能量损失。包括具有基本上彼此平行的主表面(在该主表面之间具有“空间”或“间隙”)的两个窗格玻璃的双层窗玻璃是一项改进，因为它们在窗格之间的空间中提供气体诸如空气、氩气等的隔热层。如果双层玻璃窗之间的空间没有气体，即空间被密封并且施加真空以去除窗格之间的气体，则可进一步改善窗户的隔热能力。这种类型的窗通常被称为真空隔热玻璃单元。然而，在这些窗构造中，特别是在例如商业结构中发现的较大窗中，窗的内部与窗的外部之间的压力差可能导致玻璃窗格向内翘曲。这样的翘曲是不期望的，因为其将不期望的应力施加到通常的脆性材料例如玻璃，并且在极端情况下，窗格可能彼此接触，从而降低真空的隔热效果。为解决这一问题，制造商在双层窗的玻璃面板之间放置一系列通常被称为支柱的小结构，以防止该面板在施加真空时发生翘曲。具有这种支柱阵列的窗被称为真空隔热窗用玻璃单元。包括真空窗用玻璃的窗结构通过增加支撑窗格并且防止玻璃面板向内翘曲的一系列支柱来减小玻璃面板的翘曲。
真空窗用玻璃相对于隔热提供改进，并且通过增加一系列支柱来抑制窗格玻璃的翘曲。然而，支柱带来了另外的问题。支柱具有比窗格之间的抽空空间更高的热导率，并且每个支柱在两个窗格之间形成用于降低窗的隔热性能的热传递的路径。因此，通常希望使与窗格玻璃接触的支柱保持较小的总表面积，以减少与支柱相关联的热传递增加。另外，出于美观原因，支柱的总表面积和单个支柱本身被最小化，以最大程度减小对通过窗的光传播干扰并且使对观察者通过窗进行观察的干扰最小化。由于整个支柱阵列的表面积通常较小，因此从窗格玻璃传送至支柱的压缩应力可能较高，并且支柱可能在所施加的负载下碎裂、断裂和/或变形。因此，支柱必须具有合适的高抗压强度，以免在是所施加的负载下毁坏。相反地，窗格玻璃承受的压缩应力可能在支柱的边缘处剧增，因为边缘特别是锋利边缘在例如接触玻璃的支柱的表面与对应的支柱侧壁之间成约90度的角，这可能导致玻璃的应力在支柱的边缘处集中。许多当前的支柱设计通常采用锋利的支柱边缘，并且可能由于由支柱的边缘产生的应力集中而易于使得玻璃碎裂。
总的来说，在减小支柱的尺寸和/或支柱阵列的总表面积以减少热传递时，单个支柱上的压缩应力增大，并且支柱更容易在高负载下毁坏。因此，需要具有改善的热传递特性例如较低热导率并且可承受抗压负载的支柱。本公开提供了可通过减小支柱相对于玻璃表面的接触面积和/或改善支柱的负载承受能力和/或减小在支柱边缘处产生的窗格玻璃中的应力集中来降低支柱的热导率的新型支柱设计。另外，如果支柱设计包括复杂的结构，则该设计允许在整个支柱结构中与局部环境流体连通，从而防止在支柱本身内部捕集不期望的气体。
本公开涉及用于制造隔热玻璃单元特别是真空窗用隔热玻璃单元的支柱。本发明还涉及包括所述支柱的隔热玻璃单元。
在一个实施方案中，本公开提供了在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，该支柱包括：
主体，该主体包括：
第一表面和相背对的第二表面；其中该第一表面包括：
多个第一结构，每个第一结构具有第一结构基部以及与该第一结构基部相背对的第一结构面；
位于多个第一结构之间的至少一个第一空隙区域；和
被定位在多个第一结构之间的第一下陷表面区域，该第一下陷表面区域与第一结构基部互连；
至少一个侧壁；
邻接第一表面和至少一个侧壁的第一周边边缘、以及邻接第二表面和至少一个侧壁的第二周边；
至少一个第一通道，该至少一个第一通道具有第一端部和第二端部、以及邻近第一表面的第一通道开口；
其中该第一通道通过其第一端部和第二端部中的至少一者与局部环境流体连通；
其中该至少一个第一空隙区域在平行于第一表面的方向上与局部环境流体连通并且/或者与至少一个第一通道流体连通；
其中该多个第一结构的高度小于第一通道的深度；并且
其中主体的平行于第一表面的最大尺寸介于约10微米和约1000微米之间。
在一些实施方案中，该第二表面包括：
多个第二结构和至少一个第二通道中的至少一者，该第二通道具有第一端部和第二端部以及邻近第二表面的第二通道开口，其中每个第二结构具有第二结构基部以及与该基部相背对的第二结构面、位于该多个第二结构之间的至少一个第二空隙区域、被定位在该多个第二结构之间的第二下陷表面区域，该第二下陷表面区域与第二结构基部互连；
其中该第二通道通过其第一端部和第二端部中的至少一者与局部环境流体连通；
其中该至少一个第二空隙区域在平行于第一表面的方向上与局部环境流体连通并且/或者与至少一个第二通道流体连通；并且
其中该多个第二结构的高度小于第二通道的深度。
在一些实施方案中，第一周边边缘和/或第二周边边缘中的至少一部分为倒圆周边边缘和倒角周边边缘中的至少一者。
在一些实施方案中，该主体包含连续无机材料。
在另一个实施方案中，本公开提供了具有支柱的真空隔热玻璃单元，该真空隔热玻璃单元包括：
第一窗格玻璃；
与第一窗格玻璃相背对且大体共延的第二窗格玻璃；
位于第一窗格玻璃与第二窗格玻璃之间的边缘密封件，在第一窗格玻璃与第二窗格玻璃之间具有大量的真空间隙；和
被设置在第一窗格玻璃与第二窗格玻璃之间的多个根据本公开的任一个支柱实施方案所述的支柱。
附图说明
图1A为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性支柱的示意性顶视图。
图1B为根据本公开的一个示例性实施方案的沿图1A的示例性支柱的线YY'截取的示意性横截面侧视图。
图2A为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性支柱的示意性顶视图。
图2B为根据本公开的一个示例性实施方案的沿的图2A示例性支柱沿的YY'截取的示意性横截面侧视图。
图3A为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性支柱的示意性顶视图。
图3B为根据本公开的一个示例性实施方案的沿的图3A的示例性支柱的线YY'截取的示意性横截面侧视图。
图3C为根据本公开的一个示例性实施方案的图3A的示例性支柱的另选实施方案的示意性顶视图。
图3D为根据本公开的一个示例性实施方案的沿图3C的示例性支柱的线YY'截取的示意性横截面侧视图。
图3E为根据本公开的一个示例性实施方案的沿图3A和图3B的示例性支柱的另选实施方案的线YY'截取的示意性横截面侧视图。
图3F为根据本公开的一个示例性实施方案的沿图3A和图3B的示例性支柱的另选实施方案的线YY'截取的示意性横截面侧视图。
图3G为根据本公开的一个示例性实施方案的沿图3A和图3B的示例性支柱的另选实施方案的线YY'截取的示意性横截面侧视图。
图3H为根据本公开的一个示例性实施方案的沿图3A和图3B的示例性支柱的一部分的另选实施方案的线YY'截取的示意性横截面侧视图，该图被放大至较大尺寸。
图4A为真空隔热玻璃单元的分解透视图。
图4B为真空隔热玻璃单元的一部分的侧面剖视图。
图5为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性支柱的SEM图像。
图6为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性支柱的SEM图像。
图7A为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性支柱的SEM图像。
图7B为根据本公开的一个示例性实施方案的以更高放大倍数显示的图7A的示例性支柱的SEM图像。
图8A为根据本公开的一个示例性实施方案的示例性支柱的SEM图像，其示出了该支柱的第一表面。
图8B为根据本公开的一个示例性实施方案的图8A的示例性支柱的SEM图像，其示出了该支柱的第二表面。
在说明书和附图中重复使用参考符号旨在表示本公开的相同或类似的特征结构或元件。附图可不按比例绘制。如本文所用，被应用于数值范围的字词“介于……之间”包括该范围的端值，除非另外指明。由端值进行的对数值范围表述包括该范围内的所有数字(如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)以及该范围内的任何范围。除非另外指明，否则说明书和权利要求书中使用的表示特征尺寸、数量和物理特性的所有数字应被理解为在所有情况下均由术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域的技术人员使用本文所公开的教导内容寻求获得的期望特性而变化。
应当理解，本领域的技术人员可设计出落入本公开原理的范围和实质内的许多其他修改和实施方案。除非另外指明，否则本文所使用的所有科学和技术术语具有在本领域中普遍使用的含义。本文提供的定义旨在有利于理解本文频繁使用的某些术语，并且并非旨在限制本公开的范围。本说明书和所附权利要求书中所用的单数形式“一个”(“a”“an”)和“该”涵盖具有多个指代物的实施方案，除非上下文另有清晰的表示。本说明书和所附权利要求书中使用的术语“或”一般以其包括“和/或”的意义被采用，除非上下文另有清晰的表示。
在整个本公开中，短语“接触面积”涉及被设计用于接触另一个基底例如隔热玻璃单元(IGU)或真空隔热玻璃单元(VIGU)的玻璃面板的表面的一个或多个支柱的表面积。
在整个本公开中，除非另外指明，否则术语“隔热”(“insulate”“insulating”)、“隔热件”、“隔热的”等是指隔热特性。
在整个本公开中，术语“倒圆”意指具有为圆形的一部分或椭圆形的一部分中的至少一者的形状的平滑连续曲线。
具体实施方式
本公开涉及用于制造隔热玻璃单元特别是真空隔热玻璃单元的支柱。本公开的支柱具有可通过在支柱的接触面积内包括结构或通道来实现的减小的接触面积。接触面积还可通过减小沿支柱的周边边缘即圆周的接触的面积来减小。这可能导致整个支柱具有减小的热导率并且使包含支柱的VIGU获得更出色的总体隔热特性。改变支柱的周边边缘还具有减小支柱周边边缘的应力集中的附加有益效果，使得支柱能够同时获得改善的机械特性和改善的热导率(更低的热导率)。本公开的支柱包括主体。该主体包括第一表面和相背对的第二表面、至少一个侧壁、邻接第一表面和至少一个侧壁的第一周边边缘、以及邻接第二表面和至少一个侧壁的第二周边。该第一表面包括多个第一结构；每个第一结构具有第一结构基部以及与第一结构基部相背对的第一结构面、位于多个第一结构之间的至少一个第一空隙区域、以及被定位在多个第一结构之间的第一下陷表面区域。该第一下陷表面区域与第一结构基部互连。该支柱主体可包括至少一个第一通道，该至少一个第一通道具有第一端部和第二端部以及邻近第一表面的第一通道开口，其中至少一个第一通道通过其第一端部和第二端部中的至少一者与局部环境流体连通。多个第一结构的高度小于第一通道的深度。第一表面和第二表面包括支柱主体的接触表面。该主体可包含连续无机材料或聚合物复合材料中的至少一者，该连续无机材料特别有用。限定与主体的至少一个侧壁和第一表面之间的夹角相关的第一拔模角度。在一些实施方案中，该第一拔模角度可介于约90度和135度之间。在一些实施方案中，主体的平行于第一表面的最大尺寸可介于约10微米和约2000微米之间。若干个具体但非限制性的实施方案如图1A和图1B、图2A和图2B、图3A至图3H、图5、图6、图7A和图7B以及图8A和图8B所示。
现在参见图1A所示的示例性支柱的示意性剖视图，支柱100包括主体101，该主体具有第一表面110a和相背对的第二表面110b(见图1B)、至少一个侧壁120、以及邻接第一表面110a和至少一个侧壁120的第一周边边缘130。第一表面110a包括多个第一结构150a、位于多个第一结构之间的至少一个第一空隙区域160a、以及第一下陷表面区域170a。主体101还包括分别具有第一端部和第二端部181a和182a以及长度Cla的第一通道180a。第一通道分别通过其第一端部和第二端部181a和182a中的至少一者与局部环境流体连通。图1B为沿图1A的示例性支柱的线YY'截取的示意性横截面侧视图，示出了包括主体101的支柱100，该主体具有侧壁120、周边边缘130、第一表面110a、和第二表面110b。还示出邻接第二表面110b和至少一个侧壁120的第二周边边缘140。主体101还包括具有深度Cda和宽度Cwa的第一通道180a。通道的宽度例如Cwa在通道最宽点处被测量。主体101还包括多个第一结构150a，每个第一结构包括如由假想虚线所示的第一结构基部151a、以及与第一结构基部相背对的第一结构面152a。第一下陷表面区域170a与第一结构基部151a互连。第一结构面例如152a可被称为远侧端部。每个第一结构150a具有宽度Wa、长度La(见图1A)和高度Ha。宽度Wa可在第一结构面152a处被测量。至少一个第一空隙区域160a在平行于第一表面110a(即平行于第一结构面152a和/或第一下陷表面区域170a)的方向上与局部环境流体连通。至少一个第一空隙区域160a具有等于多个第一结构的平均高度的深度Dv(未示出)。第一拔模角度α1被定义为第一表面110a(例如，平行于第一结构面152a的线)与至少一个侧壁120之间的角度。第二拔模角度α2被定义为第二表面110b(如从第二表面110b延伸的水平虚线所示的)与至少一个侧壁120之间的角度。第一拔模角度和第二拔模角度可为全等角。尺寸Ld被定义为主体的平行于第一表面的最大尺寸。从第一表面到第二表面的最大距离为支柱的高度Hp。
现在参见图2A所示的示例性支柱的示意性剖视图，支柱200包括主体201，该主体具有第一表面210a和相背对的第二表面210b(见图2B)、至少一个侧壁220、以及邻接第一表面210a和至少一个侧壁220的第一周边边缘230。第一表面210a包括多个第一结构250a、位于多个第一结构之间的至少一个第一空隙区域260a、以及第一下陷表面区域270a。主体201还包括分别具有第一端部和第二端部281a和282a以及长度Cla的第一通道280a。第一通道分别通过其第一端部和第二端部281a和282a中的至少一者与局部环境流体连通。图2B为沿图2A的示例性支柱的线YY'截取的示意性横截面侧视图，示出了包括主体201的支柱200，该主体具有侧壁220、周边边缘230、第一表面210a和第二表面210b。还示出邻接第二表面210b和至少一个侧壁220的第二周边边缘240。主体201还包括具有深度Cda和宽度Cwa的第一通道280a。该通道的宽度例如Cwa在通道最宽点处被测量。主体201还包括多个第一结构250a，每个第一结构包括如由假想虚线所示的第一结构基部251a、以及与第一结构基部相背对的第一结构面252a。第一下陷表面区域270a与第一结构基部251a互连。第一结构面例如252a可被称为远侧端部。每个第一结构250a具有宽度Wa、长度La(见图2A)和高度Ha。宽度Wa可在第一结构面252a处被测量。至少一个第一空隙区域260a在平行于第一表面210a的方向上与局部环境流体连通即平行于第一结构面252a并且/或者第一下陷表面区域270a。至少一个第一空隙区域260a具有等于多个第一结构的平均高度的深度Dv(未示出)。Ld、Hp、α1和α2如前文在图1A中所示。图2A的支柱与图1A的支柱在通道的布置方面不同。在图1A中，通道被定位在第一表面110a的下陷区域170a中，并且通道壁与第一结构150A无关。在图2A中，通道限定第一结构250a的一部分的一个侧面，该第一结构250a的一部分的侧面直接相邻于该通道。
现在参见图3A所示的示例性支柱的示意性剖视图，支柱300包括主体301，该主体具有第一表面310a和相背对的第二表面310b(见图3B)、至少一个侧壁320、以及邻接第一表面310a和至少一个侧壁320的第一周边边缘330。第一表面310a包括多个第一结构350a、位于多个第一结构之间的至少一个第一空隙区域360a、以及第一下陷表面区域370a。主体301还包括第一通道380a和380a'。第一通道380a分别具有第一端部和第二端部381a和382a，并且第一通道380a'分别具有第一端部和第二端部381a’和382a'。第一通道380a和380a'分别具有长度Cla和Cla'。根据主体301的总体形状和每个通道的期望长度，第一通道长度Cla和Cla'可相同或不同。第一通道分别通过其第一端部381a,381a'和第二端部382a,382a’中的至少一者与局部环境流体连通。图3B为沿图3A的示例性支柱的线YY'截取的示意性横截面侧视图，示出了包括主体301的支柱300，该主体具有侧壁320、周边边缘330、第一表面310a和第二表面310b。还示出邻接第二表面310b和至少一个侧壁320的第二周边边缘340。主体301还包括具有深度Cda和宽度Cwa的第一通道380a。尽管未示出，但第一通道380a'具有对应的深度Cda'和宽度Cwa'。通道的宽度例如Cwa和Cwa'在通道最宽点处被测量。根据每个通道的期望宽度，第一通道宽度Cwa和Cwa'可相同或不同。根据每个通道的期望深度，第一通道深度Cda和Cda'可相同或不同。主体301还包括多个第一结构350a，每个第一结构包括如由假想虚线所示的第一结构基部351a、以及与第一结构基部相背对的第一结构面352a。第一下陷表面区域370a与第一结构基部351a互连。第一结构面例如352a可被称为远侧端部。每个第一结构350a具有宽度Wa、长度La(见图3A)和高度Ha。宽度Wa可在第一结构面352a处被测量。至少一个第一空隙区域360a在平行于第一表面310a的方向上与局部环境流体连通即平行于第一结构面352a并且/或者第一下陷表面区域370a。至少一个第一空隙区域360a具有等于多个第一结构的平均高度的深度Dv(未示出)。Ld、Hp、α1和α2如前文图1A所示。
在一些实施方案中，本公开的支柱主体可包括至少一个通孔。现在参见图3C所示的图3A的示例性支柱的另选实施方案的示意性顶视图，支柱300和主体301如图3A所示，并且主体301还包括通孔395。根据定义，通孔贯穿支柱的整个高度。通孔可居中于或可不居中于支柱主体中。该通孔形状可与支柱主体的总体形状一致，在该示例性实施例中，两者均为圆形，然而通孔形状可不同于支柱主体的形状。通孔的形状无特别限制。通孔的形状包括但不限于圆形、椭圆形、三角形、正方形、矩形、六边形、八边形等。
图3D为沿图3C的示例性支柱的线YY'截取的示意性横截面侧视图，其示出的支柱300包括具有通孔395的主体301。尺寸Tw被定义为通孔的平行于第一表面的最大尺寸。Ld如前文图1A所示。Tw/Ld的比率可介于约0.05和约0.95之间、介于约0.10和约0.95之间、介于约0.20和约0.95之间、介于约0.30和约0.95之间、介于约0.05和约0.90之间、介于约0.10和约0.90之间、介于约0.20和约0.90之间、介于约0.30和约0.90之间、介于约0.05和约0.80之间、介于约0.10和约0.95之间、介于约0.20和约0.80之间、介于约0.30和约0.80之间、介于约0.05和约0.70之间、介于约0.10和约0.70之间、介于约0.20和约0.70之间、或甚至介于约0.30和约0.70之间。通孔的数量无特别限制并且可介于约1和约20之间、介于约1和约10之间、或甚至介于约1和约5之间。
尽管上述内容集中于支柱主体的第一表面，但在一些实施方案中，本公开的支柱主体还可包括至少多个第二结构和至少一个第二通道，该至少一个第二通道具有第一端部和第二端部以及邻近第二表面的第二通道开口。每个第二结构具有第二结构基部以及与基部相背对的第二结构面、位于多个第二结构之间的至少一个第二空隙区域、被定位在多个第二结构之间的第二下陷表面区域，该第二下陷表面区域与第二结构基部互连。第二通道通过其第一端部和第二端部中的至少一者与局部环境流体连通。至少一个第二空隙区域在平行于第一表面的方向上与局部环境流体连通并且/或者与至少一个第二通道流体连通。多个第二结构的高度小于第二通道的深度。
参见图3E所示的根据本公开的一个示例性实施方案的沿图3A和图3B的示例性支柱的另选实施方案的线YY'截取的示意性横截面侧视图，支柱300具有包括第一表面310a的主体301，该第一表面包括多个第一结构350a，该结构具有第一结构基部351a和第一结构面352a、位于多个第一结构350a之间的至少一个第一空隙区域360a、以及第一下陷表面区域370a，该第一下陷表面区域370a与第一结构基部351a互连。支柱300还包括具有多个第二结构350b的第二表面310b。多个第二结构350b具有第二结构基部351b和第二结构面352b。第二表面310b还包括位于多个第二结构350b之间的至少一个第二空隙区域360b、以及第二下陷表面区域370b，该第二下陷表面区域370b与第二结构基部351b互连。第二结构面352b可被称为远侧端部。每个第二结构350b具有宽度Wb、长度Lb(未示出，但其定义类似于图3A的La)和高度Hb。还示出了邻接第一表面110a和至少一个侧壁320的第一周边边缘340、以及邻接第二表面310b和至少一个侧壁320的第二周边边缘340。在支柱主体的第一表面和/或第二表面上增加多个结构减小了支柱主体的总接触表面，因为第一结构面和/或第二结构面的面积现在将表示支柱主体的接触面积。第一结构和/或第二结构中的一部分可位于周边边缘处或附近，使得它们成为周边边缘的一部分，并且因此可具有倒角或倒圆的边缘，更多的细节如下文所述。这些设计特征结构可导致本公开的支柱的热导率减小，即隔热性能或机械特性得到改善。
第二表面310b还可包括具有第一端部和第二端部381b和382b的至少一个第二通道380b。至少一个第二通道具有深度Cdb、长度Clb(未示出，但其定义类似于图3A的Cla)和宽度Cwb。至少一个第二通道分别通过其第一端部和第二端部381b和382b中的至少一者(未示出，但其定义类似于图3A的381a和382a)与局部环境流体连通。Ld未示出，但其定义如图3B所示。在支柱主体的第一表面和/或第二表面上增加至少一个通道减小了支柱主体的总接触表面，因为第一表面310a和/或第二表面310b的面积通过包括至少一个通道而减小。这种设计特征结构可导致本公开的支柱的热导率减小，即隔热性能得到改善。当在VIGU中使用支柱时，如果例如主体呈环形，则包括可有助于排空环内部的气体的至少一个第一通道。
先前的附图已示出具有单个侧壁的圆形支柱。然而，支柱的侧壁的数量无特别限制。主体可具有一个连续侧壁，如果主体的形状为圆柱形、椭圆柱形或螺旋状，则将得到这种情况。在一些实施方案中，主体可具有多个侧壁。在一些实施方案中，该多个侧壁包括介于3个和30个之间的侧壁、介于3个和20个之间的侧壁、介于3个和12个之间的侧壁、介于4个和30个之间的侧壁、介于4个和20个之间的侧壁、介于4个和12个之间的侧壁、介于5个和30个之间的侧壁、介于5个和20个之间的侧壁、介于5个和12个之间的侧壁、介于5个和30个之间的侧壁、介于5个和20个之间的侧壁、介于5个和12个之间的侧壁、介于6个和30个之间的侧壁、介于6个和20个之间的侧壁、或甚至介于6个和12个之间的侧壁。
当主体具有多个侧壁时，每个侧壁具有第一拔模角度α1和第二拔模角度α2。每个侧壁的第一拔模角度α1被定义为第一表面与邻接侧壁之间的夹角(如图1B、图2B和图3B所示的)。每个侧壁的第二拔模角度α2被定义为第二表面(如图1B、图2B和图3B中从第二表面延伸出的水平虚线所示的)与邻接侧壁之间的角度。第一拔模角度和第二拔模角度可为全等角。在一些实施方案中，α1和/或α2可介于约90度和约135度之间、介于约95度和约135度之间、介于约100度和约135度之间、介于90度和约130度之间、介于约95度和约130度之间、介于约100度和约130度、介于90度和约120度之间、介于约95度和约120度之间、介于约100度和约120度之间、介于90度和约110度之间、介于约95度和约110度之间、或甚至介于约100度和约110度之间。如果α1大于90度，则相关联的侧壁将为渐缩侧壁，并且第二表面被定义为具有较大的投影表面积，并且第二表面可邻近或邻近Ld。
支柱的高度Hp无特别限制。在一些实施方案中，支柱的高度可介于约10微米和约2000微米之间、介于约10微米和约1500微米之间、介于约10微米和约1250微米之间、介于约10微米和约1000微米之间、介于约10微米和约750微米之间、介于约10微米和约500微米之间、介于约50微米和约2000微米之间、介于约50微米和约1500微米之间、介于约50微米和约1250微米之间、介于约50微米和约1000微米之间、介于约50微米和约750微米之间、介于约50微米和约500微米之间、介于100微米和约2000微米之间、介于约100微米和约1500微米之间、介于约100微米和约1250微米之间、介于约100微米和约1000微米之间、介于约100微米和约750微米之间、介于约100微米和约500微米之间。
Ld被定义为主体的平行于第一表面的最大尺寸。在一些实施方案中，Ld可介于约10微米和约2000微米之间、介于约10微米和约1500微米之间、介于约10微米和约1250微米之间、介于约10微米和约1000微米之间、介于约10微米和约750微米之间、介于约10微米和约500微米之间、介于约50微米和约2000微米之间、介于约50微米和约1500微米之间、介于约50微米和约1250微米之间、介于约50微米和约1000微米之间、介于约50微米和约750微米之间、介于约50微米和约500微米之间、介于100微米和约2000微米之间、介于约100微米和约1500微米之间、介于约100微米和约1250微米之间、介于约100微米和约1000微米之间、介于约100微米和约750微米之间、介于约100微米和约500微米之间。
支柱主体的形状无特别限制，可包括但不限于：圆柱形；椭圆柱形；多边形棱柱，例如五棱柱、六棱柱和八角棱柱；棱锥和截棱锥形，其中棱锥形状可包括3个至30个侧壁；立方形，例如立方体或长方体；圆锥形；截头圆锥形；环形；螺旋形等。如果支柱形状为环形，则该环形形状无特别限制，可包括但不限于：圆柱形；椭圆柱形；多边形棱柱，例如五棱柱、六棱柱和八角棱柱；截棱锥形，其中棱锥形状可包括3至30个侧壁；立方形，例如立方体或长方体；截头圆锥形等。环形通孔的形状可环形的形状与相同或可不同，所述形状无特别限制并且包括针对环形所述的那些形状。该通孔形状还可为标记，例如数字、字母、字词等。
多个第一结构和/或多个第二结构的形状可全部相同或者可使用组合。在一些实施方案中，第一结构和/或第二结构的至少约10％、至少约30％、至少约50％、至少约70％、至少约90％、至少约95％、至少约97％、至少约99％或甚至至少约100％被设计成具有相同的形状和尺寸。多个第一结构和第二结构通常由精密制造工艺例如模制和压印制成，并且公差通常较小。对于被设计成具有相同结构尺寸的多个结构，该结构尺寸是一致的。在一些实施方案中，与多个第一结构和/或第二结构的尺寸对应的至少一个距离尺寸(例如，表面的长度、深度、宽度或基部的宽度)的不均匀性百分比小于约20％、小于约15％、小于约10％、小于约8％、小于约6％、小于约4％、小于约3％、小于约2％、小于约1.5％、或甚至小于约1％。不均匀性百分比为一组值的标准偏差除以该组值的平均值再乘以100。标准偏差和平均值可通过已知的统计技术来测量。标准偏差可从至少5个结构、至少10个结构、至少15个结构、或甚至至少20个结构、或甚至更多个结构的样本尺寸计算得出。该样本尺寸可不大于200个结构、不大于100个结构、或甚至不大于50个结构。可从主体上的单个区域或从主体上的多个区域随机选择该样本。
在一些实施方案中，支柱的主体为精确成型的主体。“精确成型”是指具有为对应模具腔的反转形状的模制形状的主体，所述形状在从模具中去除主体之后被保留。精确成型的主体即使经过与固化、干燥或其他热处理例如焙烧或烧结相关的一定程度的收缩仍可被认为是精确成型的，因为其保留了最初产生该形状的模具腔的大致形状。
在一些实施方案中，第一结构和/或第二结构的至少约50％、至少约70％、至少约90％、至少约95％、至少约97％、至少约99％、以及甚至至少约100％为实心结构。实心结构被定义为包含少于约2％、少于约1％、少于约0.5％、少于约0.1％、少于约0.05％、少于约0.025％、或甚至0％的体积孔隙率。
在一些实施方案中，第一结构和/或第二结构的长度即相对于平面中的分别平行于第一表面和/或第二表面的第一结构和/或第二结构的横截面积的最长尺寸可介于约10微米和约2000微米之间、介于约10微米和约1500微米之间、介于约10微米和约1250微米之间、介于约10微米和约1000微米之间、介于约10微米和约750微米之间、介于约10微米和约500微米之间、介于约50微米和约2000微米之间、介于约50微米和约1500微米之间、介于约50微米和约1250微米之间、介于约50微米和约1000微米之间、介于约50微米和约750微米之间、介于约50微米和约500微米之间、介于100微米和约2000微米之间、介于约100微米和约1500微米之间、介于约100微米和约1250微米之间、介于约100微米和约1000微米之间、介于约100微米和约750微米之间、介于约100微米和约500微米之间。多个第一结构和/或第二结构可全部具有相同的最长尺寸，或最长尺寸可根据设计而改变。
在一些实施方案中，每个第一结构和/或第二结构的宽度可介于约10微米和约1500微米之间、介于约10微米和约1250微米之间、介于约10微米和约1000微米之间、介于约10微米和约750微米之间、介于约10微米和约500微米之间、介于约10微米和约250微米之间、介于约50微米和约1500微米之间、介于约50微米和约1250微米之间、介于约50微米和约1000微米之间、介于约50微米和约750微米之间、介于约50微米和约500微米之间、介于约50微米和约250微米之间、介于约100微米和约1500微米之间、介于约100微米和约1250微米之间、介于约100微米和约1000微米之间、介于约100微米和约750微米之间、介于约100微米和约500微米之间、或甚至介于约100微米和约250微米之间。多个第一结构和/或第二结构可全部具有相同的宽度，或宽度可根据设计而改变。如果结构具有渐缩侧壁，则结构的宽度可取自远侧端部处，即例如结构352a和352b。
在一些实施方案中，每个第一结构和/或第二结构的高度可介于约1微米和约500微米之间、介于约1微米和约250微米之间、介于约1微米和约100微米之间、介于约1微米和约50微米之间、介于约5微米和约500微米之间、介于约5微米和约250微米之间、介于约5微米和约100微米之间、介于约5微米和约50微米之间、介于约10微米和约500微米之间、介于约10微米和约250微米之间、介于约10微米和约100微米之间、介于约10微米和约50微米之间、介于约15微米和约500微米之间、介于约15微米和约250微米之间、介于约15微米和约100微米之间、介于约15微米和约50微米之间、介于约20微米和约500微米之间、介于约20微米和约250微米之间、介于约20微米和约100微米之间、或甚至介于约20微米和约50微米之间。多个第一结构和/或第二结构可全部具有相同的高度，或高度可根据设计而改变。在一些实施方案中，多个第一结构和/或多个第二结构的高度的不均匀性百分比可介于约0.01％和约10％之间、介于约0.01％和7％之间、介于约0.01％和约5％之间、介于约0.01％和4％之间、介于约0.01％和3％之间、介于约0.01％和2％之间、或甚至介于约0.01％和1％之间。
在一些实施方案中，第一结构和/或第二结构中的至少约10％、至少约30％、至少约50％、至少70％、至少约80％、至少约90％、至少约95％或甚至至少约100％的高度可介于约1微米和约500微米之间、介于约1微米和约250微米之间、介于约1微米和约100微米之间、介于约1微米和约50微米之间、介于约5微米和约500微米之间、介于约5微米和约250微米之间、介于约5微米和约100微米之间、介于约5微米和约50微米之间、介于约10微米和约500微米之间、介于约10微米和约250微米之间、介于约10微米和约100微米之间、介于约10微米和约50微米之间、介于约15微米和约500微米之间、介于约15微米和约250微米之间、介于约15微米和约100微米之间、介于约15微米和约50微米之间、介于约20微米和约500微米之间、介于约20微米和约250微米之间、介于约20微米和约100微米之间、或甚至介于约20微米和约50微米之间。
在一些实施方案中，Ha/Hp的比率和/或高度Hb/Hp的比率可介于约0.01和约0.50之间、介于约0.03和约0.50之间、介于约0.05和约0.50之间、介于约0.01和约0.40之间、介于约0.03和约0.40之间、介于约0.05和0.40之间、介于约0.01和约0.30之间、介于约0.03和约0.30之间、介于约0.05和约0.30之间、介于约0.01和约0.20之间、介于约0.03和约0.20之间、介于约0.05和约0.20之间、介于约0.01和约0.15之间、介于约0.03和约0.15之间、介于约0.05和约0.15之间、介于约0.01和约0.10之间、介于约0.03和约0.10之间、或甚至介于约0.05和约0.10之间。
在一些实施方案中，多个第一结构和/或第二结构可分别在主体的第一表面和主体的第二表面上均匀分布，即具有单一的面密度，或者分别在主体的第一表面和主体的第二表面上具有不同的面密度。在一些实施方案中，多个第一结构和/或第二结构的面密度可介于约10/mm2至约100000/mm2之间、介于约10/mm2至约75000/mm2之间、介于约10/mm2至约50000/mm2之间、介于约10/mm2至约30000/mm2之间、介于约50/mm2至约100000/mm2之间、介于约50/mm2至约750000/mm2之间、介于约50/mm2至约50000/mm2之间、介于约50/mm2至约30000/mm2之间、介于约100/mm2至约100000/mm2之间、介于约100/mm2至约75000/mm2之间、介于约100/mm2至约50000/mm2之间、或甚至介于约100/mm2至约30,000/mm2之间。
多个第一结构和/或第二结构可分别在第一表面和/或第二表面上随机布置，或者可分别在第一表面和/或第二表面上被布置为图案例如重复图案。图案包括但不限于正方形阵列、六边形阵列等。可使用图案的组合。
类似于支柱的主体，可定义多个第一结构和第二结构的侧壁的拔模角度α1'和α2'。拔模角度α1'和α2'的值范围与本发明所公开的拔模角度α1和α2的值范围相同。
在一些实施方案中，多个第一结构面的总面积即每个结构的面的面积总和与第一表面的投影面积的比率可介于约0.10至约0.98之间、介于约0.10至约0.95之间、介于约0.10至约0.90之间、介于约0.10和约0.80之间、介于约0.01和约0.70之间、介于约0.20至约0.98之间、介于约0.20至约0.95之间、介于约0.20至约0.90之间、介于约0.20和约0.80之间、介于约0.20和约0.70之间、介于约0.30至约0.98之间、介于约0.30至约0.95之间、介于约0.30至约0.90之间、介于约0.30和约0.80之间、介于约0.30和约0.70之间、介于约0.40至约0.98之间、介于约0.40至约0.95之间、介于约0.40至约0.90之间、介于约0.40和约0.80之间、介于约0.40和约0.70之间、介于约0.50至约0.98之间、介于约0.50至约0.95之间、介于约0.10至约0.90之间、介于约0.50和约0.80之间、或甚至介于约0.50和约0.70之间。作为该比率的示例，如图1A所示，多个第一结构面的总面积为每个单独第一结构面152a的面积的总和，并且第一表面的总投影面积为图1A所示的较小圆。图1A中的较小圆相当于第一表面110a的投影表面积，并且该投影表面积包括第一结构面152a的面积、第一下陷表面区域170a的面积、和通道180a的面积。在计算第一表面和第二表面的面积时，不包括倒角周边边缘和倒圆周边边缘(如果存在的话)。
在一些实施方案中，多个第二结构面的总面积即每个结构的面的面积的总和与第二表面的投影面积的比率可介于约0.10至约0.98之间、介于约0.10至约0.95之间、介于约0.10至约0.90之间、介于约0.10和约0.80之间、介于约0.01和约0.70之间、介于约0.20至约0.98之间、介于约0.20至约0.95之间、介于约0.20至约0.90之间、介于约0.20和约0.80之间、介于约0.20和约0.70之间、介于约0.30至约0.98之间、介于约0.30至约0.95之间、介于约0.30至约0.90之间、介于约0.30和约0.80之间、介于约0.30和约0.70之间、介于约0.40至约0.98之间、介于约0.40至约0.95之间、介于约0.40至约0.90之间、介于约0.40和约0.80之间、介于约0.40和约0.70之间、介于约0.50至约0.98之间、介于约0.50至约0.95之间、介于约0.10至约0.90之间、介于约0.50和约0.80之间、或甚至介于约0.50和约0.70之间。
至少一个第一通道和/或至少一个第二通道的数量无特别限制。在一些实施方案中，第一通道的数量和/或第二通道的数量可介于1和50之间、介于1和35之间、介于1和20之间、介于1和15之间、介于1和10之间、介于2和50之间、介于2和35之间、介于2和20之间、介于2和15之间、介于2和10之间、介于3和50之间、介于3和35之间、介于3和20之间、介于3和15之间、或甚至介于3和10之间。
至少一个第一通道和/或至少一个第二通道的横截面形状无特别限制，包括但不限于正方形、矩形、三角形(V形)、截头三角形等。至少一个第一通道和/或第二通道沿其长度方向可为线性的，即直线、弧线、曲线、波浪线、正弦曲线等。如果存在多于一个第一通道，则第一通道可相交或不相交，例如平行的第一通道。如果存在多于一个第二通道，则第二通道可相交或不相交，例如平行的通道。
第一通道和/或第二通道的形状可全部相同，或者可使用组合。在一些实施方案中，至少一个第一通道和/或至少一个第二通道的至少约10％、至少约30％、至少约50％、至少约70％、至少约90％、至少约95％、至少约97％、至少约99％、或甚至至少约100％被设计成具有相同的形状和尺寸。通道通常由精密制造工艺例如模制和压印制成，并且公差通常较小。对于被设计成具有相同通道尺寸的多个通道，其通道尺寸是一致的。在一些实施方案中，与第一通道和/或第二通道的尺寸对应的至少一个尺寸(例如长度、深度、宽度)的不均匀性百分比小于约20％、小于约15％、小于约10％、小于约8％、小于约6％、小于约4％、小于约3％、小于约2％、小于约1.5％、或甚至小于约1％。不均匀性百分比可按前述方法来计算。
在一些实施方案中，至少一个第一通道和/或至少一个第二通道的长度即最长尺寸可分别介于约10微米和约2000微米之间、介于约10微米和约1500微米之间、介于约10微米和约1250微米之间、介于约10微米和约1000微米之间、介于约10微米和约750微米之间、介于约10微米和约500微米之间、介于约50微米和约2000微米之间、介于约50微米和约1500微米之间、介于约50微米和约1250微米之间、介于约50微米和约1000微米之间、介于约50微米和约750微米之间、介于约50微米和约500微米之间、介于100微米和约2000微米之间、介于约100微米和约1500微米之间、介于约100微米和约1250微米之间、介于约100微米和约1000微米之间、介于约100微米和约750微米之间、介于约100微米和约500微米之间。多个第一结构和/或第二结构可全部具有相同的最长尺寸，或最长尺寸可根据设计而改变。
在一些实施方案中，至少一个第一通道和/或至少一个第二通道的宽度可介于约1微米和约1000微米之间、介于约1微米和约750微米之间、介于约1微米和约500微米之间、介于约1微米和约300微米之间、介于约1微米和约200微米之间、介于约1微米和约100微米之间、5微米和约1000微米之间、介于约5微米和约750微米之间、介于约5微米和约500微米之间、介于约5微米和约300微米之间、介于约5微米和约200微米之间、介于约5微米和约100微米之间、介于约10微米和约1000微米之间、介于约10微米和约750微米之间、介于约10微米和约500微米之间、介于约10微米和约300微米之间、介于约10微米和约200微米之间、介于约10微米和约100微米之间、介于约20微米和约1000微米之间、介于约20微米和约750微米之间、介于约20微米和约500微米之间、介于约20微米和约300微米之间、介于约20微米和约200微米之间、介于约20微米和约100微米之间、介于约35微米和约1000微米之间、介于约10微米和约750微米之间、介于约35微米和约500微米之间、介于约35微米和约300微米之间、介于约35微米和约200微米之间、介于约35微米和约100微米之间、介于约50微米和约1000微米之间、介于约50微米和约750微米之间、介于约50微米和约500微米之间、介于约50微米和约300微米之间、介于约50微米和约200微米之间、或甚至介于约50微米和约100微米之间。
在一些实施方案中，至少一个第一通道和/或至少一个第二通道的深度可介于约1微米和约1000微米之间、介于1微米和约500微米之间、介于约1微米和约250微米之间、介于约1微米和约100微米之间、介于约5微米和约1000微米之间、介于约5微米和约500微米之间、介于约5微米和约250微米之间、介于约5微米和约100微米之间、介于约10微米和约1000微米之间、介于约10微米和约500微米之间、介于10微米和约500微米之间、介于约10微米和约250微米之间、介于约10微米和约100微米之间、介于约15微米和约1000微米之间、介于约15微米和约500微米之间、介于15微米和约500微米之间、介于约15微米和约250微米之间、介于约15微米和约100微米之间、介于约20微米和约1000微米之间、介于约20微米和约500微米之间、介于20微米和约500微米之间、介于约20微米和约250微米之间、或甚至介于约20微米和约100微米之间。如果存在多于一个第一通道，则第一通道可具有相同的深度，或者深度可根据设计而改变。如果存在多于一个第二通道，则第二通道可具有相同的深度，或者深度可根据设计而改变。在一些实施方案中，多个第一通道和/或多个第二通道的深度的不均匀性百分比可介于约0.01％和约10％之间、介于约0.01％和7％之间、介于约0.01％和约5％之间、介于约0.01％和4％之间、介于约0.01％和3％之间、介于约0.01％和2％之间、或甚至介于约0.01％和1％之间。
在一些实施方案中，第一通道和/或第二通道中的至少约10％、至少约30％、至少约50％、至少70％、至少约80％、至少约90％、至少约95％、或甚至至少约100％的深度可介于约1微米和约1000微米之间、介于1微米和约500微米之间、介于约1微米和约250微米之间、介于约1微米和约100微米之间、介于约5微米和约1000微米之间、介于约5微米和约500微米之间、介于约5微米和约250微米之间、介于约5微米和约100微米之间、介于约10微米和约1000微米之间、介于约10微米和约500微米之间、介于10微米和约500微米之间、介于约10微米和约250微米之间、介于约10微米和约100微米之间、介于约15微米和约1000微米之间、介于约15微米和约500微米之间、介于15微米和约500微米之间、介于约15微米和约250微米之间、介于约15微米和约100微米之间、介于约20微米和约1000微米之间、介于约20微米和约500微米之间、介于20微米和约500微米之间、介于约20微米和约250微米之间、或甚至介于约20微米和约100微米之间。
在一些实施方案中，Cda/Hp的比率和/或Cdb/Hp的比率可介于约0.01和约0.50之间、介于约0.05和约0.50之间、介于约0.10和约0.50之间、介于约0.15和约0.50之间、介于约0.20和约0.50之间、介于约0.01和约0.40之间、介于约0.05和约0.40之间、介于约0.10和约0.40之间、介于约0.15和约0.40之间、介于约0.20和约0.40之间、介于约0.01和约0.30之间、介于约0.05和约0.30之间、介于约0.10和约0.30之间、介于约0.15和约0.30之间、或甚至介于约0.20和约0.30之间。
在一些实施方案中，结构的高度与通道的高度的比率例如Ha/Cda和Ha/Cdb可介于约0.01和约0.9之间、介于约0.05至约0.9之间、介于约0.1和约0.9之间、介于约0.2和0.9之间、介于约0.01和约0.8之间、介于约0.05至约0.8之间、介于约0.1和约0.8之间、介于约0.2和0.8之间、介于约0.01和约0.7之间、介于约0.05至约0.7之间、介于约0.10和约0.7之间、或甚至介于约0.20和约0.7之间。
类似于支柱的主体，可定义多个至少一个第一通道和至少一个第二通道的侧壁的拔模角度α1″和α2″。拔模角度α1″和α2″的值范围与本发明所公开的拔模角度α1和α2的值范围相同。
在一些实施方案中，第一表面的平面中的至少一个第一通道的面积与第一表面的面积的比率可介于约0.02至约0.50之间、介于约0.02至约0.40之间、介于约0.02至约0.30之间、介于约0.02至约0.20之间、介于约0.05至约0.50之间、介于约0.05至约0.40之间、介于约0.05至约0.30之间、介于约0.05至约0.20之间、介于约0.10至约0.50之间、介于约0.10至约0.40之间、介于约0.10至约0.30之间、介于约010至约0.20之间、介于约0.15至约0.50之间、介于约0.015至约0.40之间、介于约0.15至约0.30之间、或甚至介于约0.15至约0.20之间。在一些实施方案中，第二表面的平面中的至少一个第二通道的面积与第二表面的面积的比率可介于约0.02至约0.50之间、介于约0.02至约0.40之间、介于约0.02至约0.30之间、介于约0.02至约0.20之间、介于约0.05至约0.50之间、介于约0.05至约0.40之间、介于约0.05至约0.30之间、介于约0.05至约0.20之间、介于约0.10至约0.50之间、介于约0.10至约0.40之间、介于约0.10至约0.30之间、介于约010和约0.20之间、介于约0.15至约0.50之间、介于约0.015至约0.40之间、介于约0.15至约0.30之间、或甚至介于约0.15和约0.20之间。在计算第一表面和第二表面的面积时，不包括倒角周边边缘和倒圆周边边缘(如果存在的话)。
本公开的支柱主体包括第一周边边缘和相背对的第二周边边缘。在一些实施方案中，第一周边边缘的至少一部分为倒圆和倒角中的至少一者。具有包括倒圆周边边缘和/或倒角周边边缘的主体的支柱在于同一天提交的共同转让的标题为“VACUUM GALZINGPILLARS FOR INSULATED GLASS UNITS AND INSULATED GLASS UNITS THEREFROM”(用于隔热玻璃单元的真空窗用玻璃支柱以及由其形成的隔热玻璃单元)的美国专利申请序列号62/132054中有所描述，该专利申请全文以引用方式并入本文。在其他实施方案中，整个第一周边边缘为倒圆和倒角中的至少一者。在一些实施方案中，第二周边边缘的至少一部分为倒圆和倒角中的至少一者。在其他实施方案中，整个第二周边边缘为倒圆和倒角中的至少一者。在一些实施方案中，第一周边边缘的至少一部分和第二周边边缘的至少一部分为倒圆或倒角中的至少一者。所谓“整个第一周边边缘”意指沿主体的整个周长的周边边缘。
图3F为根据本公开的一个示例性实施方案的沿图3A和图3B的示例性支柱的另选实施方案的线YY'截取的示意性横截面侧视图，其示出了具有主体301的支柱300，该主体包括第一表面310a、相背对的第二表面310b、至少一个侧壁320、邻接第一表面310a和至少一个侧壁320的第一周边边缘330、以及邻接第一表面310a和至少一个侧壁320的第二周边边缘340。第一周边边缘330为倒角周边边缘。多个第一结构350a、位于多个第一结构与第一下陷表面区域370a之间的至少一个第一空隙区域360a、以及至少一个通道380a如图3A和图3B所示。Ld、Hp、α1和α2如前文图1A所示。P1、P2和β1的定义如下。
从侧壁和周边边缘的交汇处到第一表面的最大竖直距离被定义为斜面的高度Hc。在一些实施方案中，Hc/Hp的比率介于约0.05至约0.95之间、介于约0.05至约0.90之间、介于约0.05至约0.80之间、介于约0.05至约0.70之间、介于约0.10至约0.95之间、介于约0.10至约0.90之间、介于约0.10至约0.80之间、介于约0.10至约0.70之间、介于约0.20至约0.95之间、介于约0.20至约0.90之间、介于约0.20至约0.80之间、介于约0.20至约0.70之间、介于约0.30至约0.95之间、介于约0.30至约0.90之间、介于约0.30至约0.80之间、或甚至介于约0.30至约0.70之间。
在整个本公开中，倒角周边边缘可具有以下特性中的一个或多个特征。倒角周边边缘可为包括垂直于侧壁的假想平面与第一周边边缘之间的内角β1的周边边缘，该假想平面位于侧壁和第一周边边缘的交汇处。在一些实施方案中，β1角介于约20度和约89度之间、介于约20度和约85度之间、介于约20度和约80度之间、介于约20度和约70度之间、介于约25度和约89度之间、介于约25度和约85度之间、介于约25度和约80度之间、介于约25度和约70度之间、介于约30度和约89度之间、介于约30度和约85度之间、介于约30度和约80度之间、介于约30度和约70度之间、介于约40度和约89度之间、介于约40度和约85度之间、介于约40度和约80度之间、或甚至介于约40度和约70度之间。所谓内角意指该角位于主体的内部。β1也可被定义为第一表面例如310a的平面与倒角周边边缘例如330(见图3F，即该倒角周边边缘被延伸的平面)的交汇。两种定义得到相同的角。倒角周边边缘可为可不位于至少一个侧壁的平面内的基本上平坦的周边边缘。倒角周边边缘可具有至少一个不同的拐点区域，例如位于周边边缘和至少一个侧壁的交汇处的第一区域P1、和/或位于第一表面和周边边缘的交汇处的第二区域P2，如图3F所示。
图3G为根据本公开的一个示例性实施方案的沿图3A和图3B的示例性支柱的另选实施方案的线YY'截取的示意性横截面侧视图，其示出了具有主体301的支柱300，该主体301包括第一表面310a、相背对的第二表面310b、至少一个侧壁320、邻接第一表面310a和至少一个侧壁320的第一周边边缘330、以及邻接第二表面310b和至少一个侧壁320的第二周边边缘330。第一周边边缘330为倒圆周边边缘。多个第一结构350a、位于多个第一结构与第一下陷表面区域370a之间的至少一个第一空隙区域360a、以及至少一个通道380a如图3A和图3B所示。Ld、Hp、α1和α2如前文图1A所示。Hr、Rc、R1、R2和I的定义如下。
从侧壁和周边边缘的交汇处到第一表面的最大竖直距离被定义为半径的高度Hr。在一些实施方案中，Hr/Hp的比率介于约0.05至约0.95之间、介于约0.05至约0.90之间、介于约0.05至约0.80之间、介于约0.05至约0.70之间、介于约0.10至约0.95之间、介于约0.10至约0.90之间、介于约0.10至约0.80之间、介于约0.10至约0.70之间、介于约0.20至约0.95之间、介于约0.20至约0.90之间、介于约0.20至约0.80之间、介于约0.20至约0.70之间、介于约0.30至约0.95之间、介于约0.30至约0.90之间、介于约0.30至约0.80之间、或甚至介于约0.30至约0.70之间。
在本公开全文中，倒圆周边边缘可具有下列特性。倒圆周边边缘可具有平均曲率半径Rc。平均曲率半径Rc为曲率半径R1和R2的平均曲率半径。曲率半径R1和R2通过从第一表面310a的顶部和周边边缘330的交汇点处绘制垂直线并且从侧壁320和周边边缘330的交汇点处绘制第二条垂直线而获得。两条线相交于点I。点I与第一表面310a的顶部之间的距离为R1，并且点I与侧壁320之间的距离为R2。
在一些实施方案中，Rc/Hp的比率介于约0.05和约0.95之间、介于约0.05和约0.90之间、介于约0.05和约0.80之间、介于约0.05和约0.70之间、介于约0.10和约0.95之间、介于约0.10和约0.90之间、介于约0.10和约0.80之间、介于约0.10和约0.70之间、介于约0.20和约0.95之间、介于约0.20和约0.90之间、介于约0.20和约0.80之间、介于约0.20和约0.70之间、介于约0.30和约0.95之间、介于约0.30和约0.90之间、介于约0.30和约0.80之间、或甚至介于约0.30和约0.70之间。
在一些实施方案中，第一周边边缘的至少一部分和第二周边边缘的至少一部分为倒圆或倒角中的至少一者。在一个实施方案中，主体可包括第一周边边缘和第二周边边缘，其中该第一周边边缘的至少一部分为倒角周边边缘，其中该第二周边边缘的至少一部分为倒角周边边缘。在另一个实施方案中，主体可包括第一周边边缘和第二周边边缘，其中该第一周边边缘的至少一部分为倒角周边边缘，并且该第二周边边缘的至少一部分为倒圆周边边缘。在另一个实施方案中，主体可包括第一周边边缘和第二周边边缘，其中该第一周边边缘的至少一部分为倒圆周边边缘，并且该第二周边边缘的至少一部分为倒圆周边边缘。在另一个实施方案中，主体可包括第一周边边缘和第二周边边缘，其中该第一周边边缘的至少一部分为倒圆周边边缘，并且该第二周边边缘的至少一部分为倒角周边边缘。在上述实施方案中，整个第一周边边缘和/或整个第二周边边缘可为倒圆周边边缘和倒角周边边缘中的至少一者。
本公开的支柱主体可包括微观结构纹理。在一个实施方案中，本公开提供了在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，该支柱包括主体，该主体包括第一表面和相背对的第二表面，其中第一表面的一部分和第二表面的一部分中的至少一者包括微观结构纹理。在一些实施方案中，第一表面和第二表面两者的一部分包括微观结构纹理。在一些实施方案中，整个第一表面和整个第二表面中的一者或两者包括微观结构纹理。在另一个实施方案中，本公开提供了在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，该支柱包括主体，该主体包括第一表面和相背对的第二表面，其中第一表面包括微观结构纹理；并且第二表面还包括多个第二结构，每个第二结构具有第二结构面。任选地，第二结构面的至少一部分包括微观结构纹理。在一些实施方案中，所有第二结构面包括微观结构纹理。在另一个实施方案中，本公开提供了在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，该支柱包括主体，该主体包括第一表面和相背对的第二表面，其中第二表面包括微观结构纹理；并且第一表面还包括多个第一结构，每个第一结构具有第一结构面。任选地，第一结构面的至少一部分包括微观结构纹理。在一些实施方案中，所有第一结构面包括微观结构纹理。
在另一个实施方案中，本公开提供了在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，该支柱包括主体，该主体包括第一表面和相背对的第二表面，该第一表面还包括多个第一结构，每个第一结构具有第一结构面，其中第一结构表面的至少一部分包括微观结构纹理。在一些实施方案中，所有第一结构面包括微观结构纹理。任选地，第二表面可包括微观结构纹理。在另一个实施方案中，本公开提供了在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，该支柱包括主体，该主体包括第一表面和相背对的第二表面，该第二表面还包括多个第二结构，每个第二结构具有第二结构面，其中第二结构表面的至少一部分包括微观结构纹理。在一些实施方案中，所有第二结构面包括微观结构纹理。任选地，第一表面可包括微观结构纹理。在另一个实施方案中，本公开提供了在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，该支柱包括主体，该主体包括第一表面和相背对的第二表面，该第一表面还包括多个第一结构，每个第一结构具有第一结构面，其中第一结构表面的至少一部分包括微观结构纹理；并且第二表面还包括多个第二结构，每个第二结构具有第二结构面，其中第二结构面的至少一部分包括微观结构纹理。在一些实施方案中，所有第一结构面包括微观结构纹理。在一些实施方案中，所有第二结构面包括微观结构纹理。在一些实施方案中，所有第一结构面和所有第二结构面包括微观结构纹理。
包括微观结构纹理的支柱实施方案的支柱主体还可包括至少一个侧壁以及邻接第一表面和至少一个侧壁的第一周边边缘，其中邻接第一表面和至少一个侧壁的第一周边边缘的至少一部分可为倒角周边边缘或倒圆周边边缘中的至少一者。倒角周边边缘和倒圆周边边缘如前文所述。包括微观结构纹理的支柱实施方案的支柱主体还可包括至少一个侧壁以及邻接第二表面和至少一个侧壁的第二周边边缘，其中第二周边边缘的至少一部分可为倒角周边边缘或倒圆周边边缘中的至少一者。倒角周边边缘和倒圆周边边缘如前文所述。包括微观结构纹理的支柱实施方案的支柱主体还可包括：至少一个侧壁；邻接第一表面和至少一个侧壁的第一周边边缘，其中邻接第一表面和至少一个侧壁的第一周边边缘的至少一部分可为倒角周边边缘或倒圆周边边缘中的至少一者；以及邻接第二表面和至少一个侧壁的第二周边边缘，其中邻接第二表面和至少一个侧壁的第二周边边缘的至少一部分可为倒角周边边缘或倒圆周边边缘中的至少一者。倒角周边边缘和倒圆周边边缘如前文所述。
图3H为沿图3A和图3B的示例性支柱的一部分的另选实施方案的线YY'截取的示意性横截面侧视图，其被放大至较大尺寸。图3H示出了包括主体301的支柱300。主体301还包括第一表面310a和相背对的第二表面310b、侧壁320、以及周边边缘330。第一表面310a包括具有第一结构基部351a和第一结构面352a的至少一个第一结构350a。第一结构面352a包括具有高度Hmsa的第一微观结构纹理390a。在该示例性实施方案中，第二表面310b包括高度为Hmsb的第二微观结构纹理390b。支柱高度Hp、多个第一结构高度Ha和第一结构宽度Wa如前文图3A和图3B来定义。
在一些实施方案中，微观结构纹理的高度小于其上设置有微观结构纹理的多个第一结构和/或第二结构的高度。在一些实施方案中，微观结构纹理的高度介于约5纳米至约5微米之间、介于约5纳米至约4微米之间、介于约5纳米至约3微米之间、介于约5纳米至约1微米之间、介于约5纳米至约0.5微米之间、介于约10纳米至约5微米之间、介于约10纳米至约4微米之间、介于约10纳米至约3微米之间、介于约10纳米至约1微米之间、介于约10纳米至约0.5微米之间、介于约25纳米至约5微米之间、介于约25纳米至约4微米之间、介于约25纳米至约3微米之间、介于约25纳米至约1微米之间、介于约25纳米至约0.5微米之间、介于约50纳米至约5微米之间、介于约50纳米至约4微米之间、介于约50纳米至约3微米之间、介于约50纳米至约1微米之间、或甚至介于约50纳米至约0.5微米之间。在一些实施方案中，微观结构纹理可为随机图案。在一些实施方案中，微观结构纹理可为图案。
在一些实施方案中，微观结构纹理的长度小于其上设置有微观结构纹理的多个第一结构和/或第二结构的长度。在一些实施方案中，微观结构纹理的长度介于约5纳米至约5微米之间、介于约5纳米至约4微米之间、介于约5纳米至约3微米之间、介于约5纳米至约1微米之间、介于约5纳米至约0.5微米之间、介于约10纳米至约5微米之间、介于约10纳米至约4微米之间、介于约10纳米至约3微米之间、介于约10纳米至约1微米之间、介于约10纳米至约0.5微米之间、介于约25纳米至约5微米之间、介于约25纳米至约4微米之间、介于约25纳米至约3微米之间、介于约25纳米至约1微米之间、介于约25纳米至约0.5微米之间、介于约50纳米至约5微米之间、介于约50纳米至约4微米之间、介于约50纳米至约3微米之间、介于约50纳米至约1微米之间、或甚至介于约50纳米至约0.5微米之间。在一些实施方案中，微观结构纹理可为随机图案。在一些实施方案中，微观结构纹理可为图案。
在一些实施方案中，微观结构纹理的宽度小于其上设置有微观结构纹理的多个第一结构和/或第二结构的宽度。在一些实施方案中，微观结构纹理的宽度介于约5纳米至约5微米之间、介于约5纳米至约4微米之间、介于约5纳米至约3微米之间、介于约5纳米至约1微米之间、介于约5纳米至约0.5微米之间、介于约10纳米至约5微米之间、介于约10纳米至约4微米之间、介于约10纳米至约3微米之间、介于约10纳米至约1微米之间、介于约10纳米至约0.5微米之间、介于约25纳米至约5微米之间、介于约25纳米至约4微米之间、介于约25纳米至约3微米之间、介于约25纳米至约1微米之间、介于约25纳米至约0.5微米之间、介于约50纳米至约5微米之间、介于约50纳米至约4微米之间、介于约50纳米至约3微米之间、介于约50纳米至约1微米之间、或甚至介于约50纳米至约0.5微米之间。在一些实施方案中，微观结构纹理可为随机图案。在一些实施方案中，微观结构纹理可为图案。
在一些实施方案中，Hmsa/Ha和/或Hmsb/Hb的比率(Ha和Hb如先前所定义)可介于约0.005和约0.75之间、可介于约0.03和约0.75之间、可介于约0.05和约0.75之间、可介于约0.1和约0.75之间、可介于约0.15和约0.75之间、可介于约0.20和约0.75之间、可介于约0.005和约0.50之间、可介于约0.03和约0.50之间、介于约0.05和约0.50之间、介于约0.10和约0.50之间、介于约0.15和约0.50之间、介于约0.20和约0.50之间、可介于约0.005和约0.40之间、介于约0.03和约0.4之间、介于约0.05和约0.4之间、介于约0.10和约0.40之间、介于约0.15和约0.40之间、介于约0.20和约0.40之间、可介于约0.005和约0.30之间、介于约0.03和约0.30之间、介于约0.05和约0.30之间、介于约0.10和约0.30之间、介于约0.15和约0.30之间、或甚至介于约0.20和约0.30之间。
微观结构纹理可由本领域中已知的技术形成，包括但不限于喷砂、喷珠、化学蚀刻、等离子体涂覆、聚合物涂覆、剥离涂覆、切割、砂磨、研磨、复制、微复制等。
可用于制造本公开支柱的材料和工艺包括在于2013年9月13日提交的标题为“VACUUM GLAZING PILLARS FOR INSULATED GLASS UNITS”(用于隔热玻璃单元的真空窗用玻璃支柱)的待审美国专利申请No.14/025958、于2014年9月11日提交的标题为“METALOXIDE PARTICLES”(金属氧化物粒子)的待审美国临时专利申请No.62/048972以及于2015年3月3日提交的标题为“GEL COMPOSITIONS AND SINTERED ARTICLES PREPAREDTHEREFROM(凝胶组合物以及由其制得的烧结制品)的待审美国临时专利申请No.62/127569中，这三件专利申请全文以引用方式并入本文。
支柱主体为连续无机材料或聚合物复合材料中的至少一者。在本公开的全文中，“连续无机材料”为横跨支柱主体的整个长度、宽度和高度的无机材料。由于支柱必须承受所施加的负载，因此优选的是它们具有高抗压强度。支柱的抗压强度可大于约400MPa、大于约600MPa、大于约800MPa、大于约1GPa、或大于约2GPa。在一些实施方案中，抗压强度介于约400MPa和约110GPa之间、介于约400MPa和约50GPa之间、介于约400MPa和约25GPa之间、介于约400MPa和约12GPa之间、介于1GPa和约110GPa之间、介于约1GPa和约50GPa之间、介于约1GPa和约25GPa之间、或甚至介于约1GPa和约12GPa之间。支柱主体可具有小于约40W m-2οK-1、小于20W m-2οK-1、小于10W m-2οK-1、或甚至小于5W m-2οK-1的热导率。该支柱主体可具有至少0.1W m-2οK-1的热导率。在一些实施方案中，连续无机材料包括陶瓷，诸如α氧化铝，并且通过模制溶胶凝胶前体(“溶胶凝胶法”)来制造。在一些实施方案中，连续无机材料包括下列材料中的至少一者：陶瓷纳米粒子(Al2O3、SiO2、ZrO2、SiC、Si3N4、以及它们的组合)；陶瓷前体，诸如倍半硅氧烷和聚硅烷；烧结陶瓷(Al2O3、SiO2、ZrO2、SiC、Si3N4等)；玻璃陶瓷(MACOR产品、LAS系统、MAS系统、ZAS系统)；玻璃料；玻璃珠或玻璃泡；金属；以及它们的组合。连续无机材料可为烧结陶瓷。烧结陶瓷可包括但不限于氧化锆、氧化铝、二氧化硅、碳化硅、和氮化硅中的至少一者。在其他实施方案中，聚合物复合材料包括由热稳定丙烯酸酯单体或低聚物或两者和纳米粒子填料诸如纳米氧化锆制成(“浇注和固化法”)的热或辐射固化复合物。
由于陶瓷中的孔对光的散射，陶瓷外观通常是不透明的。为了实现甚至有限的半透明水平，陶瓷的密度通常大于理论值的99％。较高的透明度可能需要高于99.9％或甚至99.99％的水平。本领域中已知用于实现非常高的陶瓷材料密度的两种方法是热等静压和放电等离子体烧结。
在本公开的一个实施方案中，连续无机材料可为结晶金属氧化物，其中该结晶金属氧化物的至少70摩尔％为Zr02，其中该结晶金属氧化物的1摩尔％至15摩尔％(在一些实施方案中，1摩尔％至9摩尔％)为Y2O3，并且其中Zr02具有在75纳米至400纳米范围内的平均晶粒尺寸。结晶金属氧化物的密度可为理论密度的至少98.5％(在一些实施方案中，为99％、99.5％、99.9％、或甚至至少99.99％)。
在计算理论密度时，通过XRD针对每种组合物测量单位晶胞的体积，或经由离子半径和晶型来计算。
ρ理论＝(NcA)/(VcNa)
其中
Nc＝晶胞中的原子数；
A＝原子重量[kg/摩尔]；
Vc＝晶胞的体积[m3]；并且
Na＝阿伏伽德罗数[原子/摩尔]。
在另一个实施方案中，支柱主体由反应混合物形成，该反应混合物包含：(a)基于反应混合物的总重量计20重量％至60重量％的氧化锆基粒子，该氧化锆基粒子具有不大于100纳米的平均粒径并且包含至少70摩尔％的ZrO2；(b)基于反应混合物的总重量计30重量％至75重量％的溶剂介质，该溶剂介质包含至少60％的有机溶剂并且具有等于至少150℃的沸点；(c)基于反应混合物的总重量计2重量％至30重量％的可聚合材料，该可聚合材料包含(1)具有自由基聚合基团的第一表面改性剂；以及(d)用于自由基聚合反应的光引发剂。
氧化锆基粒子可包含基于存在的无机氧化物的总摩尔数计0重量％至30重量％的氧化钇。如果在氧化锆基粒子中添加氧化钇，则氧化钇通常以等于至少1摩尔％、至少2摩尔％、或至少5摩尔％的量被添加。氧化钇的量可最高至30摩尔％、最高至25摩尔％、最高至20摩尔％、或最高至15摩尔％。例如，氧化钇的量可在1摩尔％至30摩尔％、1摩尔％至25摩尔％、2摩尔％至25摩尔％、1摩尔％至20摩尔％、2摩尔％至20摩尔％、1摩尔％至15摩尔％、2摩尔％至15摩尔％、5摩尔％至30摩尔％、5摩尔％至25摩尔％、5摩尔％至20摩尔％、或5摩尔％至15摩尔％的范围内。摩尔百分比含量为基于氧化锆基粒子中的无机氧化物的总摩尔数计。
氧化锆基粒子可包含基于存在的无机氧化物的总摩尔数计0摩尔％至10摩尔％的氧化镧。如果在氧化锆基粒子中添加氧化镧，则氧化镧能够以等于至少0.1摩尔％、至少0.2摩尔％、或至少0.5摩尔％的量使用。氧化镧的量可最高至10摩尔％、最高至5摩尔％、最高至3摩尔％、最高至2摩尔％、或最高至1摩尔％。例如，氧化镧的量可在0.1摩尔％至10摩尔％、0.1摩尔％至5摩尔％、0.1摩尔％至3摩尔％、0.1摩尔％至2摩尔％、或0.1摩尔％至1摩尔％的范围内。摩尔百分比含量为基于氧化锆基粒子中的无机氧化物的总摩尔数计。
在一些实施方案中，氧化锆基粒子包含70摩尔％至100摩尔％的氧化锆、0摩尔％至30摩尔％的氧化钇、以及0摩尔％至10摩尔％的氧化镧。例如，氧化锆基粒子包含70摩尔％至99摩尔％的氧化锆、1摩尔％至30摩尔％的氧化钇、以及0摩尔％至10摩尔％的氧化镧。在其他实施方案中，氧化锆基粒子包含75摩尔％至99摩尔％的氧化锆、1摩尔％至25摩尔％的氧化钇、以及0摩尔％至5摩尔％的氧化镧，或者包含80摩尔％至99摩尔％的氧化锆、1摩尔％至20摩尔％的氧化钇、以及0摩尔％至5摩尔％的氧化镧，或者包含85摩尔％至99摩尔％的氧化锆、1摩尔％至15摩尔％的氧化钇、以及0摩尔％至5摩尔％的氧化镧。在其他实施方案中，氧化锆基粒子包含85摩尔％至95摩尔％的氧化锆、5摩尔％至15摩尔％的氧化钇、以及0摩尔％至5摩尔％(例如，0.1摩尔％至5摩尔％、或0.1摩尔％至2摩尔％)的氧化镧。摩尔百分比含量为基于氧化锆基粒子中的无机氧化物的总摩尔数计。
其他无机氧化物可与稀土元素结合使用或替代稀土元素。例如，可以基于存在的无机氧化物的总摩尔数计0重量％至30重量％范围内的量来添加氧化钙、氧化镁、或它们的混合物。这些无机氧化物的存在趋于减少所形成的单斜相量。如果在氧化锆基粒子中添加氧化钙和/或氧化镁，则添加的总量通常为至少1摩尔％、至少2摩尔％、或至少5摩尔％。氧化钙、氧化镁、或它们的混合物的量可最高至30摩尔％、最高至25摩尔％、最高至20摩尔％、或最高至15摩尔％。例如，该量可在1摩尔％至30摩尔％、1摩尔％至25摩尔％、2摩尔％至25摩尔％、1摩尔％至20摩尔％、2摩尔％至20摩尔％、1摩尔％至15摩尔％、2摩尔％至15摩尔％、5摩尔％至30摩尔％、5摩尔％至25摩尔％、5摩尔％至20摩尔％、或5摩尔％至15摩尔％的范围内。该摩尔百分比含量为基于氧化锆基粒子中的无机氧化物的总摩尔数计。
另外，氧化铝的量基于氧化锆基粒子中的无机氧化物的总摩尔数计可在0摩尔％至小于1摩尔％的范围内。一些示例性氧化锆基粒子包含0摩尔％至0.5摩尔％、0摩尔％至0.2摩尔％、或0摩尔％至0.1摩尔％的这些无机氧化物。
用于形成凝胶组合物的反应混合物(浇注凝胶)通常包含基于反应混合物的总重量计20重量％至60重量％的氧化锆基粒子。氧化锆基粒子的量可为至少25重量％、至少30重量％、至少35重量％、或至少40重量％，并且可为至多55重量％、至多50重量％、或至多45重量％。在一些实施方案中，氧化锆基粒子的量基于用于凝胶组合物的反应混合物的总重量计在25重量％至55重量％、30重量％至50重量％、30重量％至45重量％、35重量％至50重量％、40重量％至50重量％、或35重量％至45重量％的范围内。
具有等于150℃的沸点的合适的有机溶剂通常被选择为与水混溶，因为氧化锆基粒子可被形成于水基介质中并且可在氧化锆基粒子溶胶中加入有机溶剂并通过蒸馏去除水，从而保留有机溶剂。在一些实施方案中，溶剂介质包含至少70重量％、至少80重量％、至少90重量％、至少95重量％、至少97重量％、至少98重量％、或至少99重量％的有机溶剂，该有机溶剂具有等于至少150℃的沸点。沸点通常为至少160℃、至少170℃、至少180℃、或至少190℃。
该有机溶剂通常为乙二醇或聚乙二醇、乙二醇单醚或聚乙二醇单醚、乙二醇二醚或聚乙二醇二醚、乙二醇醚酯或聚乙二醇醚酯、碳酸酯、酰胺、或亚砜(例如，二甲基亚砜)。该有机溶剂通常具有一个或多个极性基团。该有机溶剂不具有可聚合基团；即该有机溶剂不含可发生自由基聚合的基团。另外，溶剂介质的组分不含可发生自由基聚合的可聚合基团。
合适的乙二醇或聚乙二醇、乙二醇单醚或聚乙二醇单醚、乙二醇二醚或聚乙二醇二醚、以及乙二醇醚酯或聚乙二醇醚酯通常具有式(I)。
R1O-(R2O)n-R1
(I)
在式(I)中，每个R1独立地为氢、烷基、芳基、或酰基。合适的烷基通常具有1至10个碳原子、1至6个碳原子、或1至4个碳原子。合适的芳基基团通常具有6至10个碳原子，并且通常为苯基或为被具有1至4个碳原子的烷基基团取代的苯基。合适的酰基基团通常具有式–(CO)Ra，其中Ra为具有1至10个碳原子、1至6个碳原子、1至4个碳原子、2个碳原子或1个碳原子的烷基。酰基通常为乙酸基团(–(CO)CH3)。在式(I)中，每个R2通常为乙烯或丙烯。该变量n为至少1，并且可在1至10、1至6、1至4、或1至3的范围内。
其他合适的有机溶剂为式(II)所示的碳酸酯。
在式(II)中，R3为氢或烷基，诸如具有1至4个碳原子、1至3个碳原子、或1个碳原子的烷基。示例包括碳酸亚乙酯和碳酸丙烯酯。
其他合适的有机溶剂为式(III)所示的酰胺。
在式(III)中，基团R4为氢、烷基，或与R5结合以形成包含附接到R4的羰基和附接到R5的氮原子的五元环。基团R5为氢、烷基，或与R4结合以形成包含附接到R4的羰基和附接到R5的氮原子的五元环。基团R6为氢或烷基。适用于R4、R5和R6的烷基基团具有1至6个碳原子、1至4个碳原子、1至3个碳原子、或1个碳原子。式(III)的酰胺有机溶剂的示例包括但不限于甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二乙基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、和N-乙基-2-吡咯烷酮。
该反应混合物通常包含至少30重量％的溶剂介质。在一些实施方案中，该反应混合物包含至少35重量％或至少40重量％的溶剂介质。该反应混合物可包含至多75重量％、至多70重量％、至多65重量％、至多60重量％、至多55重量％、至多50重量％、或至多45重量％的溶剂介质。例如，该反应混合物可包含30重量％至75重量％、30重量％至70重量％、30重量％至60重量％、30重量％至50重量％、30重量％至45重量％、35重量％至60重量％、35重量％至55重量％、35重量％至50重量％、或40重量％至50重量％的溶剂介质。重量％值基于反应混合物的总重量计。
溶剂介质经溶剂交换(例如，蒸馏)处理后通常包含少于15重量％的水、少于10％的水、少于5％的水、少于3％的水、少于2％的水、少于1重量％、或甚至少于0.5重量％的水。
该反应混合物包括具有可经历自由基聚合的可聚合基团(即，可聚合基团为可自由基聚合的)的一种或多种可聚合材料。在许多实施方案中，可聚合基团为烯属不饱和基团，诸如(甲基)丙烯酰基团，该基团具有式–(CO)-CRb＝CH2，其中Rb为氢或甲基。在一些实施方案中，可聚合基团为并非(甲基)丙烯酰基团的乙烯基基团(–CH＝CH2)。该可聚合材料通常被选择，使得其能够溶于具有等于至少150℃的沸点的有机溶剂并与其混溶。
该反应混合物包括具有可经历自由基聚合的可聚合基团(即，可聚合基团为可自由基聚合的)的一种或多种可聚合材料。在许多实施方案中，可聚合基团为烯属不饱和基团，诸如(甲基)丙烯酰基团，该基团具有式–(CO)-CRb＝CH2，其中Rb为氢或甲基。在一些实施方案中，可聚合基团为并非(甲基)丙烯酰基团的乙烯基基团(–CH＝CH2)。该可聚合材料通常被选择，使得其能够溶于具有等于至少150℃的沸点的有机溶剂并与其混溶。
该可聚合材料包括为具有可自由基聚合基团的表面改性剂的第一单体。该第一单体通常对氧化锆基粒子的表面进行改性。合适的第一单体具有可附接到氧化锆基粒子表面的表面改性基团。该表面改性基团通常为羧基基团(-COOH或其阴离子)或式–Si(R7)x(R8)3-x所示的甲硅烷基基团，其中R7为不可水解基团，R8为羟基或可水解基团，并且变量为等于0,1或2的整数。合适的不可水解基团通常为烷基基团，诸如具有1至10个、1至6个、1至4个、或1至2个碳原子的那些集团。合适的可水解基团通常为卤素(例如，氯)、乙酰氧基、具有1至10个、1至6个、1至4个、或1至2个碳原子的烷氧基基团、或具有式–ORd-ORe的基团，其中Rd为具有1至4个或1至2个碳原子的亚烷基，并且Re为具有1至4个或1至2个碳原子的烷基。
该第一单体可用作可聚合表面改性剂。可使用多种第一单体。该第一单体可为唯一一种表面改性剂，或者可与一种或多种其他不可聚合表面改性剂(如上文所述的那些表面改性剂)结合。在一些实施方案中，第一单体的量基于可聚合材料的总重量计为至少20重量％。例如，该第一单体的量通常为至少25重量％、至少30重量％、至少35重量％、或至少40重量％。该第一单体的量可为至多100重量％、至多90重量％、至多80重量％、至多70重量％、至多60重量％、或至多50重量％。一些反应混合物包含基于可聚合材料的总重量计20重量％至100重量％、20重量％至80重量％、20重量％至60重量％、20重量％至50重量％、或30重量％至50重量％的第一单体。
该第一单体(即，可聚合表面改性单体)可为可聚合材料中的唯一一种单体，或者可与可溶于溶剂介质中的一种或多种第二单体组合。可使用不具有表面改性基团的任何合适第二单体。即，第二单体不具有羧基基团或甲硅烷基基团。该第二单体通常为极性单体(例如，非酸性极性单体)、具有多个可聚合基团的单体、烷基(甲基)丙烯酸酯、以及它们的混合物。
总的来说，可聚合材料通常包含基于可聚合材料的总重量计20重量％至100重量％的第一单体和0重量％至80重量％的第二单体。例如，可聚合材料包括30重量％至100重量％的第一单体和0重量％至70重量％的第二单体、30重量％至90重量％的第一单体和10重量％至70重量％的第二单体、30重量％至80重量％的第一单体和20重量％至70重量％的第二单体、30重量％至70重量％的第一单体和30重量％至70重量％的第二单体、40重量％至90重量％的第一单体和10重量％至60重量％的第二单体、40重量％至80重量％的第一单体和20重量％至60重量％的第二单体、50重量％至90重量％的第一单体和10重量％至50重量％的第二单体、或60重量％至90重量％的第一单体和10重量％至40重量％的第二单体。
在一些应用中，可能有利的是使反应混合物中的可聚合材料与氧化锆基粒子的重量比最小化。这样趋于减少在形成烧结制品之前需要烧尽的有机材料的分解产物的量。可聚合材料与氧化锆基粒子的重量比通常为至少0.05、至少0.08、至少0.09、至少0.1、至少0.11、或至少0.12。可聚合材料与氧化锆基粒子的重量比可最高至0.80、最高至0.6、最高至0.4、最高至0.3、最高至0.2、或最高至至0.1。例如，比率可在0.05至0.8、0.05至0.6、0.05至0.4、0.05至0.2、0.05至0.1、0.1至0.8、0.1至0.4、或0.1至0.3的范围内。
用于形成凝胶组合物的反应混合物包含光引发剂。反应混合物有利地通过施加光化辐射来引发。即，可聚合材料使用光引发剂而非热引发剂而被聚合。出人意料的是，使用光引发剂而非热引发剂往往导致凝胶组合物中更均匀的固化，从而确保在烧结制品的形成过程中涉及的后续步骤中的均匀收缩。此外，在使用光引发剂而非热引发剂时，固化部分的外表面更均匀并且更不含缺陷。
与热引发的聚合反应相比，光引发的聚合反应通常导致更短的固化时间并且关于竞争性抑制反应的顾虑更少。相比于必须使用不透明反应混合物的热引发聚合反应，固化时间可更易于控制。
在大多数实施方案中，选择光引发剂以对紫外和/或可见光辐射进行响应。换句话说，光引发剂通常吸收200纳米至600纳米、300纳米至600纳米、或300纳米至450纳米波长范围内的光。一些示例性光引发剂为安息香醚(例如，安息香甲醚或安息香异丙醚)或取代的安息香醚(例如，茴香偶姻甲醚)。其他示例性光引发剂为取代的苯乙酮，诸如2,2-二乙氧基苯乙酮或2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(可以商品名IRGACURE 651从美国新泽西州弗洛勒姆帕克的巴斯夫公司(BASF Corp.,Florham Park,NJ,USA)或以商品名ESACURE KB-1从美国宾夕法尼亚州埃克斯顿的沙多玛(Sartomer,Exton,PA,USA)商购获得)。其他示例性光引发剂为取代的二苯甲酮，诸如1-羟基环己基二苯甲酮(可以商品名IRGACURE 184购自纽约州塔里敦的汽巴精化公司(Ciba Specialty Chemicals Corp.,Tarrytown,NY))。另一些示例性光引发剂为取代的α-酮醇(诸如2-甲基-2-羟基苯丙酮)、芳族磺酰氯(诸如2-萘磺酰氯)和光活性肟(诸如1-苯基-1,2-丙二酮-2-(O-乙氧基羰基)肟)。其他合适的光引发剂包括樟脑醌、1-羟基环己基苯基酮(IRGACURE 184)、双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦(IRGACURE 819)、1-[4-(2-羟乙氧基)苯基]-2-羟基-2-甲基-1-丙烷-1-酮(IRGACURE2959)、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉基苯基)丁酮(IRGACURE 369)、2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉基丙烷-1-酮(IRGACURE 907)、和2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮(DAROCUR 1173)。
基于反应混合物中可聚合材料的总重量计，光引发剂的存在量通常在0.01重量％至5重量％、0.01重量％至3重量％、0.01重量％至1重量％、或0.01重量％至0.5重量％的范围内。
支柱可是单一的或复合的。复合支柱可包含高抗压强度烧结陶瓷芯和一个或多个功能层。另选地，复合支柱可包括热稳定的有机、无机或混合聚合物粘结剂和无机纳米粒子填料。
支柱主体可通过模制工艺来制造。主体的形状由所使用的模具腔来确定。该模具腔通常具有与期望支柱主体形状对应的反转形状并且具有期望支柱主体形状的尺寸。该期望的倒角边缘或倒圆边缘可包括在模具腔(倒角边缘或圆形边缘反转形状)中使得在形成主体时，倒角或倒圆边缘可整体形成于支柱主体中。如果在支柱主体中将包括至少一个通道或多个结构，则它们的反转形状可被包括在模具的对应区域中，并且在形成主体时至少一个通道或多个结构可整体形成于支柱主体中。另外，多个结构或至少一个通道可通过使用纹理化衬垫覆盖支柱主体模具开口而被形成于主体的表面上，通常形成于第二表面上。该纹理化衬垫与用于制备支柱主体的溶胶接触，并且在固化期间，纹理化衬垫的纹理被压印到支柱主体的表面中。该纹理化衬垫将具有为期望支柱主体形貌的反转形貌的形貌，即至少一个通道或多个结构。
单一支柱主体可经由连续或不连续工艺来制备。一种此类工艺为溶胶凝胶法。溶胶凝胶法公开于2013年9月13日提交的名称为“VACUUM GLAZING PILLARS FOR INSULATEDGLASS UNITS”(用于隔热玻璃单元的真空窗用玻璃支柱)的待审美国专利申请No.14/025958和于2015年3月3日提交的标题为“GEL COMPOSITIONS AND SINTERED ARTICLESPREPARED THEREFROM”(凝胶组合物及由其制得的烧结制品)的待审美国临时专利申请No.62/127569中，这两件专利申请全文以引用方式并入本文。该过程涉及在连续带上从反应混合物模制凝胶主体、干燥、脱模、以及烧结。该过程可产生具有一些不对称性的主体。制造侧面期间与模具接触的表面可比接触空气界面的表面平滑。此外，干燥期间的样本可翘曲或轻微地横向翘曲，以形成具有凹面空气侧面和凸面模具侧面的支柱。使用较高固含量的溶胶和较慢的干燥过程导致由于干燥收缩的减小的横向翘曲。材料和工艺参数可被优化以补偿不均匀收缩，并且保持支柱平坦。用于制备溶胶凝胶支柱主体的最优条件可制得无需进一步修改即适于在真空隔热窗用玻璃中使用的离散支柱。
涉及气凝胶中间体的致密化的经修改的溶胶凝胶法已被显示出在干燥过程期间大大改善了保真性并且使横向翘曲或失真最小化。
在任选的步骤中，可能期望通过注入法来引入改性添加剂。水溶性盐可通过浸渍而被引入到已煅烧的支柱主体的孔中。然后该支柱主体被再次预先点火。该选项在欧洲专利公布293,163中进一步有所描述。将支柱主体在大约650℃下煅烧，并且然后利用以下浓度(以氧化物记录)的混合硝酸盐溶液而被饱和：MgO、Y203、Nd203以及La203中的每一者的1.8％。去除过量的硝酸盐溶液并使具有开口的饱和的支柱主体干燥，在此之后在650℃下再次煅烧并在大约1400℃下烧结。煅烧和烧结两者使用管式回转炉来执行。
在一个实施方案中，一种制备支柱主体的方法包括：(a)提供具有模具腔的模具，其中该模具腔包括与倒角周边边缘和倒圆周边边缘中的至少一者对应的反转形状；(b)将反应混合物定位在模具腔内；(c)使反应混合物聚合以形成与模具腔接触的成型凝胶主体；(d)从模具腔去除该成型凝胶主体，其中该成型凝胶主体保留与模具腔相同的尺寸和形状；(e)通过去除溶剂介质来形成干燥的成型凝胶主体；(f)加热干燥的成型凝胶主体以形成烧结主体。该烧结主体具有与模具腔相同的形状，包括倒角周边边缘和倒圆周边边缘中的至少一者，但尺寸可能与收缩量成比例地减少。该反应混合物可如上文所述。可调整模具腔的尺寸，以考虑收缩因素。
在一些实施方案中，支柱主体可为包含粘结剂的聚合物复合材料，即聚合物粘结剂。该粘结剂可基于热稳定的有机、无机或混合聚合物。这些材料通常在暴露于最多至350℃的温度时在尺寸上稳定。优选地，粘结剂材料具有低的热导率，这将减少热量从外部到内部窗格玻璃的转移。
热稳定的粘结剂包括但不限于以下各项中的至少一者：聚酰亚胺、聚酰胺、聚亚苯基、聚苯醚、聚芳酰胺(例如，购自杜邦公司(Dupont)的KEVLAR产品)、聚砜、聚硫化物、聚苯并咪唑、以及聚碳酸酯。可使用的一种示例性粘结剂是由沙伯基础创新塑料(SABICInnovative Plastics)制造的ULTEM产品(聚醚酰亚胺)。另一种示例性粘结剂是酰亚胺扩展的双马来酰亚胺，诸如购自加利福尼亚州圣地亚哥设计师分子公司(DesignerMolecules,San Diego，CA)的BMI-1700，其可在低温下熔化处理，并且然后固化以形成交联的聚酰亚胺网络。
该聚合物粘结剂可包括热稳定的无机硅氧烷或混合聚合物种类。这些材料通常在暴露于最高至350℃的温度时在尺寸上稳定。无定形有机聚硅氧烷网络是衍生自有机硅氧烷前体的缩合的化学键网络，其为合适的热稳定聚合物粘合剂的示例。倍半硅氧烷或聚倍半硅氧烷衍生自具有与三个桥氧原子配位的硅的基本分子单元。正因为如此，倍半硅氧烷可形成各种各样的复杂的三维形状。可使用各种聚倍半硅氧烷，例如聚甲基倍半硅氧烷、聚辛基倍半硅氧烷、聚苯基倍半硅氧烷、以及聚乙烯基半硅氧烷。合适的具体的聚倍半硅氧烷包括但不限于来自密西西比州哈蒂斯堡的混合塑料(Hybrid Plastics of Hattiesburg,Mississippi)的芳基聚低聚倍半硅氧烷(acrylopoly oligomeric silsesquioxane)(产品编号MA0736)；来自俄亥俄州哥伦布的Techneglas(Techneglas of Columbus,Ohio)并且以标签GR653L、GR654L以及GR650F出售的聚甲基硅半倍氧烷；来自俄亥俄州哥伦布的Techneglas(Techneglas of Columbus,Ohio)并且以标签GR950F出售的聚苯基倍半硅氧烷；来自俄亥俄州哥伦布的Techneglas(Techneglas of Columbus,Ohio)并且以标签GR9O8F出售的聚甲基苯基倍半硅氧烷。
该聚合物粘合剂还可包含其他烷氧基硅烷，诸如四烷氧基硅烷和烷基三烷氧基硅烷，其具有下式：(R')x Si--(OR2)y，其中R'可为烷基、烷基芳基、芳烷基、芳基、乙醇、聚乙二醇、或聚醚基团、或它们的组合或混合物；R2可以是烷基、乙酰氧基、或甲氧基乙氧基基团、或它们的混合物，x＝0至3且y＝4至1，附带条件为x+y＝4。可加入包括一烷氧基硅烷、二烷氧基硅烷、三烷氧基硅烷和四烷氧基硅烷的一种或多种烷氧基硅烷，以控制有机硅氧烷网络的交联密度，并控制有机硅氧烷网络的物理特性，该物理属性包括柔韧性和粘附促进性。此类烷氧基硅烷的示例包括但不限于四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、以及甲基三甲氧基硅烷。此类成分可以约0重量％至50重量％的量存在。
该聚合物复合材料包括纳米粒子。该纳米粒子可包括二氧化硅、氧化锆、二氧化钛、氧化铝、粘土、金属、或其他无机材料。纳米粒子的填塞通常大于50vol％。
基于纳米粒子填充聚合物的聚合物复合材料支柱可通过将糊剂浇注到模具中来形成，该模具腔具有期望支柱主体的反转形状和对应尺寸。这类模具可被称为负母模。糊剂包含热或辐射固化性复合粘结剂制剂和无机纳米粒子。然后可使用合适形式的辐射来将糊剂固化，从而得到实心的聚合物复合材料支柱主体。在从模具腔去除时，支柱主体具有用于形成该支柱主体的模具腔的反转形状。可通过将具有反转形状的多个结构或至少一个通道包括在与支柱主体的第一表面或第二表面对应的模具的表面中来使多个结构或至少一个通道被包括在主体中。
在一些实施方案中，主体还可包括位于主体的至少一部分上的功能层。功能层或涂层可作为支柱主体周围的层或包封涂层来添加。功能涂层公开于2013年9月13日提交的标题为“VACUUM GLAZING PILLARS FOR INSULATED GLASS UNITS”(用于隔热玻璃单元的真空窗用玻璃支柱)的待审美国专利申请No.14/025958中，该专利申请全文以引用方式并入本文。功能层包括下列各项中的至少一者：包含热稳定聚合物的柔顺层、包含无机纳米粒子的柔顺层、铁磁层、导电层、静电耗散层和粘合剂；并且任选地，其中该粘合剂包含牺牲材料。
柔顺平面化层是可被涂覆作为支柱主体例如烧结陶瓷支柱主体周围的层或包封涂层的功能层的一个示例，并且为用于平坦化和平滑化支柱主体主表面中的一个或两个支柱主体主表面的热稳定的交联纳米复合材料。该平面化层也可允许在制造隔热玻璃单元期间轻微地压缩支柱并且因此在抽空至较低压力或受到其他环境冲击时降低玻璃裂纹萌生或扩散的可能性。该平面化层包含有机、无机或混合聚合物粘结剂、和任选的无机纳米粒子填料。
该聚合物粘结剂可包括热稳定的有机聚合物种类。这些材料通常在暴露于最高至350℃的温度时在尺寸上稳定。优选地，粘结剂材料具有低的热导率，这将减少热量从外部到内部窗格玻璃的转移。热稳定的有机聚合物组分可选自热稳定的粘结剂、热稳定的无机硅氧烷、或前文所述的混合聚合物种类。
复合支柱的平面化过程可通过在支柱主体的一个或两个主表面上的平面化材料的热或辐射固化来进行，同时其位于两个平坦表面之间。该组合物可与复合支柱的组合物相同。该平面化层可具有粘合剂或润滑剂特征。
兼容粘合剂层包含热或辐射敏感性倍半硅氧烷、光引发剂、以及纳米粒子填料。材料可光化学地交联，然后被加热以引发倍半硅氧烷的硅醇基的缩合，从而形成耐久的、热稳定的材料。除提供支柱与窗格玻璃中的一个窗格玻璃之间的粘附性之外，粘合剂层还可用于设定最终支柱高度，并且限定(最小化)支柱高度变化。
取向层是被施加至支柱主体的材料，同时其仍然位于模具中。该取向可在模具侧面或空气侧面上。该空气侧面是支柱被置于模具中时的暴露表面。取向层的功能是在将支柱放置在表面上期间物理地或化学地区分模具侧面和空气侧面。该取向层可为导电的或静电耗散的、铁磁性的、离子型的、疏水的、或亲水的。
玻璃料玻璃涂料是低熔点玻璃微粒在牺牲粘结剂中的分散体，其均匀地施加至支柱主体外部。在真空隔热玻璃单元组装过程期间，牺牲粘结剂发生热分解，并且玻璃料流动以形成粘结到窗格玻璃中的一个或两个窗格玻璃的粘合剂。牺牲聚合物诸如例如硝化纤维素、乙基纤维素、亚烃基聚碳酸酯、[甲基]丙烯酸酯、以及聚降冰片烯可被用作粘结剂。
低COF层可为促进支柱主体与平坦表面(例如，真空隔热玻璃单元中的内玻璃表面中的一个内玻璃表面)之间的滑动的热稳定材料。该层可包括氟硅烷单层、氟化纳米粒子填充的聚酰亚胺(例如，Corin XLS、NeXolve、Huntsville、AL)，低表面能量聚合物的薄涂层(例如，PVDF或PTFE)、类金刚石碳(DLC)层、或包含石墨或其他热稳定润滑材料的层状层。
在另一个实施方案中，本公开包括具有支柱的真空隔热玻璃单元，该真空隔热玻璃单元包括：第一窗格玻璃；与第一窗格玻璃相背对并且大体共延的第二窗格玻璃；位于第一窗格玻璃和第二窗格玻璃之间的在第一窗格玻璃和第二窗格玻璃之间具有大量真空间隙的边缘密封件；以及被设置在第一窗格玻璃和第二窗格玻璃之间的多个根据前述支柱实施方案中任一项所述的支柱。该支柱在IGU中的使用在本领域中是已知的，并且本公开的支柱可被包括在使用常规技术的IGU中。真空隔热玻璃单元400在图4A和图4B中示出。单元400包括由真空间隙分开的两个窗格玻璃411和412。间隙中的支柱414将窗格玻璃411和412保持分开，该窗格玻璃由可为低熔点玻璃料的边缘密封件413气密密封在一起。
选择本公开的实施方案，该实施方案包括但不限于以下各项：
在第一实施方案中，本公开提供了在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，该支柱包括：
主体，该主体包括：
第一表面和相背对的第二表面；其中该第一表面包括：
多个第一结构，每个第一结构具有第一结构基部以及与该第一结构基部相背对的第一结构面；
位于多个第一结构之间的至少一个第一空隙区域；和
被定位在多个第一结构之间的第一下陷表面区域，该第一下陷表面区域与第一结构基部互连；
至少一个侧壁；
邻接第一表面和至少一个侧壁的第一周边边缘、以及邻接第二表面和至少一个侧壁的第二周边边缘；
至少一个第一通道，该至少一个第一通道具有第一端部和第二端部、以及邻近第一表面的第一通道开口；
其中第一通道通过其第一端部和第二端部中的至少一者与局部环境流体连通；
其中该至少一个第一空隙区域在平行于第一表面的方向上与局部环境流体连通并且/或者与至少一个第一通道流体连通；
其中该多个第一结构的高度小于第一通道的深度；并且
其中主体的平行于第一表面的最大尺寸介于约10微米和约1000微米之间。
在第二实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中该多个第一结构的第一结构面的至少一部分包括微观结构纹理，并且该微观结构纹理的高度小于该多个第一结构的高度。
在第三实施方案中，本公开提供了根据第二实施方案所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中该微观结构纹理的高度介于约5nm和约5微米之间。
在第四实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第三实施方案中任一项所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中该支柱的抗压强度介于约400MPa和约50GPa之间。
在第五实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第四实施方案中任一项所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中主体包含连续的无机基质。
在第六实施方案中，本公开提供了根据第五实施方案所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中连续的无机材料包括烧结陶瓷、玻璃料、玻璃珠或玻璃泡、金属、以及它们的组合。
在第七实施方案中，本公开提供了根据第六实施方案所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中该烧结陶瓷包含氧化锆、氧化铝、二氧化硅、碳化硅、和氮化硅中的至少一者。
在第八实施方案中，本公开提供了根据第六实施方案或第七实施方案所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中烧结陶瓷包含氧化锆。
在第九实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第八实施方案中任一项所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中该侧壁与第一表面之间的拔模角度介于约90度和约135度之间。
在第十实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第九实施方案中任一项所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中该侧壁与第一表面之间的拔模角度介于约90度和110度之间。
在第十一实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第十实施方案中任一项所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中该主体还包括位于所述主体的至少一部分上的功能层。
在第十二实施方案中，本公开提供了根据第十一实施方案所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中该功能层包括以下各项中的至少一者：包含热稳定聚合物的柔顺层、包含无机纳米粒子的柔顺层、铁磁层、导电层、静电耗散层和粘合剂；并且任选地，其中该粘合剂包含牺牲材料。
在第十三实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第十二实施方案中任一项所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中该至少一个侧壁包括介于3个和30个之间的侧壁。
在第十四实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第十三实施方案中任一项所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中该至少一个侧壁包括介于3个和12个之间的侧壁。
在第十五实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第十四实施方案中任一项所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中该第一周边边缘的至少一部分为倒圆周边边缘和倒角周边边缘中的至少一者。
在第十六实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第十五实施方案中任一项所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中整个第一周边边缘为倒圆周边边缘和倒角周边边缘中的至少一者。
在第十七实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第十六实施方案中任一项所述的在真空隔热玻璃单元使用的支柱，其中该第二周边边缘的至少一部分为倒圆周边边缘和倒角周边边缘中的至少一者。
在第十八实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第十七实施方案中任一项所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中该第二周边边缘的至少一部分为倒圆周边边缘和倒角周边边缘中的至少一者。
在第十九实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第十八实施方案中任一项所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中该主体为精确成型的主体。
在第二十实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第十九实施方案中任一项所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中该第二表面包括：
多个第二结构和至少一个第二通道中的至少一者，该第二通道具有第一端部和第二端部以及邻近第二表面的第二通道开口，其中每个第二结构具有第二结构基部以及与该基部相背对的第二结构面、位于该多个第二结构之间的至少一个第二空隙区域、被定位在该多个第二结构之间的第二下陷表面区域，该第二下陷表面区域与第二结构基部互连；
其中该第二通道通过其第一端部和第二端部中的至少一者与局部环境流体连通；
其中该至少一个第二空隙区域在平行于第一表面的方向上与局部环境流体连通并且/或者与至少一个第二通道流体连通；并且
其中该多个第二结构的高度小于第二通道的深度。
在第二十一实施方案中，本公开提供了根据第二十实施方案所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中该多个第二结构的第二结构面的至少一部分包括微观结构纹理，并且该微观结构纹理的高度小于该多个第二结构的高度。
在第二十二实施方案中，本公开提供了根据第二十一实施方案所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中该微观结构纹理的高度介于约5nm和约5微米之间。
在第二十三实施方案中，本公开提供了根据第二十实施方案至第二十二实施方案中任一项所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中该侧壁与第二表面之间的拔模角度介于约90度和约135度之间。
在第二十四实施方案中，本公开提供了根据第二十实施方案至第二十三实施方案中任一项所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中该侧壁与第二表面之间的拔模角度介于约90度和110度之间。
在第二十五实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第二十四实施方案中任一项所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中支柱的形状为以下各项中的一者：圆柱形、椭圆柱形、多边形棱柱形、角锥形、截头角锥形、立方形、圆锥形、截头圆锥形、环形、和螺旋形。
在第二十六实施方案中，本公开提供了具有支柱的真空隔热玻璃单元，该真空隔热玻璃单元包括：
第一窗格玻璃；
与第一窗格玻璃相背对且大体共延的第二窗格玻璃；
位于第一窗格玻璃与第二窗格玻璃之间的边缘密封件，在第一窗格玻璃与第二窗格玻璃之间具有大量的真空间隙；和
被设置在第一窗格玻璃和第二窗格玻璃之间的多个根据第一实施方案至第二十五实施方案中任一项所述的支柱。
实施例
使用溶胶浇注和模制方法利用有机物烧尽和烧结工艺来制备真空窗用玻璃支柱。所得的构造提供具有减小表面积的支柱，如下列实施例所示的。
这些实施例仅用于示意性目的，而并非意在限制所附权利要求书的范围。除非另外指明，否则实施例以及说明书的余下部分中的所有份数、百分数、比率等均按重量计。除非另外指明，否则所用的溶剂和其他试剂均购自密苏里州圣路易斯的奥德里奇化学公司(Sigma-Aldrich Chemical Company,St.Louis,Missouri)。
材料：
溶胶批量制备程序
ZrO2(88摩尔％)/Y2O3(12摩尔％)溶胶的制备。
溶胶组成以无机氧化物摩尔％来报告。使用以下水热反应器来制备溶胶。该水热反应器由15米的不锈钢编织光面软管(0.64cm内径，0.17cm壁厚；以商品名“DUPONTT62CHEMFLUOR PTFE”购自密歇根州比弗顿的圣戈班高功能塑料公司(Saint-GobainPerformance Plastics,Beaverton,MI))制成。将该管浸入到加热到所需温度的花生油浴槽中。顺着反应器管，另有3米的不锈钢编织光面软管(“DUPONT T62CHEMFLUOR PTFE”；0.64cm内径，0.17cm壁厚)和3米的不锈钢管(0.64cm直径，0.089cm壁厚)的盘管浸在冰水浴中，以冷却材料，并且使用背压调节阀使出口压力保持为3.45MPa。
通过将乙酸锆溶液(6200克)与去离子水(2074.26克)组合来制备前体溶液。添加乙酸钇(992.62克)同时进行混合，直至完全溶解。以重量测定法(120℃/小时鼓风烘箱)来测得所得溶液的固体含量为22.30重量％。加入去离子水(2289克)，以将最终浓度调节至19重量％。将所得溶液以11.48mL/min的速率泵送穿过水热反应器。温度为225℃，并且平均停留时间为42分钟。获得透明且稳定的氧化锆溶胶。
溶胶浓缩
所得的溶胶经由超滤而被浓缩(固体含量35重量％-45重量％)，并使用膜滤芯(以商品名“M21S-100-01P”购自美国加利福尼亚州多明戈斯牧场的仕必纯公司(SpectrumLaboratories Inc.,Rancho Dominguez,CA))而被进一步渗滤。最终溶胶组合物为34.68重量％的氧化物和3.70重量％的乙酸。
聚合物工具制备程序
制造/提供具有期望支柱形状的母模工具。聚丙烯工具由母模工具生产得到，将厚度为0.0625英寸(0.159cm)的聚丙烯片材(可购自美国伊利诺伊州埃尔姆赫斯特的麦克马斯特公司(McMaster Carr,Elmhurst,IL,USA))置于母模工具的顶部上，并使用PHI手压机(型号PW-220H，可购自美国加利福尼亚州工业市的PHI公司(PHI,City of Industry,CA,USA))在340℉(171℃)和2000psi下压印2分钟。释放压力并使温度降至75℃(24℃)，并且将聚丙烯聚合物工具与母模工具分开。
通过将有机硅树脂直接浇注到母模工具上并使其固化来由母模工具生产有机硅工具。在固化之后，从母模工具上剥离有机硅聚合物模具。
实施例1–微模制结构化环形支柱
ZrO2(97.7摩尔％)/Y2O3(2.3摩尔％)溶胶的制备
前体溶液的制备和处理类似于上述溶胶批量制备工序，不同的是溶胶组合物为ZrO2(97.7摩尔％)/Y2O3(2.3摩尔％)溶胶。
溶胶浓缩
经超滤、渗滤和蒸馏中的一者或多者处理之后的溶胶组合物为40.32重量％的氧化物和4.00重量％的乙酸。
浇注溶胶的制备
将上述溶胶(599.98克)、MEEAA(8.66克)和二甘醇单乙基醚(129.34克)加入到1000mL RB烧瓶中。通过旋转蒸发来减少样品重量，以得到浓缩溶胶(392.94克，包含61.57重量％的氧化物)。将浓缩溶胶(299.59克)加入到广口瓶中并与二甘醇单乙基醚(12.75克)、丙烯酸(20.10克)和乙氧基化季戊四醇三丙烯酸酯(SR454)(34.90克)混合。将IRGACURE 819(1.62克)溶解于乙醇(77.82克)中并加入到溶胶中。使溶胶穿过1微米过滤器。
溶胶浇注
将溶胶(97.7摩尔％ZrO2/2.3摩尔％Y2O3)浇注到有机硅片材模具(V-330，可购自美国俄亥俄州埃文的弗里曼浇注公司(Freeman Casting,Avon,OH,USA))中，该模具包含尺寸为约1200微米宽、300微米深的结构化环形结构。利用双面胶带来将模具附着到2"×3"(5cm×7.5cm)玻璃板。使用移液管来将溶胶覆膜到工具上。然后将PET膜小心地放置到所填充的工具上，以防止形成显著的空隙。然后将2"×3"(5cm×7.5cm)玻璃板放置在PET的顶部上，用手施加压力，以去除多余的溶胶并且将该构造夹在一起。使用380nm-401nm LED光源在100％功率下(CF2000 3.0版，可购自美国明尼苏达州霍普金斯的克莱斯登技术有限公司(Clearstone Technologies Hopkins,MN,USA))来使溶胶固化2分钟。通过去除夹具、顶部玻璃板和PET膜并且使工具屈曲来从工具去除固化后的部件。使部件下落至尼龙筛网上。这使得环形支柱的所有侧面在室温下均匀干燥16小时。然后按照如下步骤烧尽并烧结干燥的环形干凝胶：
有机物烧尽和烧结工艺
将支柱置于氧化铝坩埚中，然后按照如下计划表在空气中焙烧：
1-以60℃/小时的速率从20℃加热至500℃，
2-以120℃/小时的速率从500℃加热至1320℃，
3-在1320℃下保持2小时，
4-以600℃/小时的速率从1320℃冷却至20℃，
制得如图5和图6所示的结构化环形支柱。图5为具有约370微米的中心通孔的结构化环形支柱的SEM图像。图6为具有约170微米的中心通孔的结构化环形支柱的SEM图像。该支柱还包括多个第一结构和一个通道。
实施例2–具有表面微观结构纹理的微模制结构化环形支柱
溶胶制备过程与实施例1相同。
溶胶浇注
将溶胶(97.7摩尔％ZrO2/2.3摩尔％Y2O3)浇注到经等离子处理(采用800sccm O2在500瓦特下处理60秒，然后采用800sccm O2+40sccm六甲基二硅氧烷在1500瓦特下处理90秒)的有机硅V-330片材模具中，该模具包含尺寸为约1200微米宽、300微米深的环形孔。利用双面胶带来将模具附着到2"×3"(5cm×7.5cm)玻璃板。使用移液管来将溶胶覆膜到工具上。然后将PET膜小心地放置到所填充的工具上以防止形成显著的空隙。然后将2"×3"(5cm×7.5cm)玻璃板放置在PET的顶部上，用手施加压力，以去除多余的溶胶并且将该构造夹在一起。使用380-401nm LED光源在100％功率下(CF2000 3.0版，可购自美国明尼苏达州霍普金斯的克莱斯登技术有限公司(Clearstone Technologies Hopkins,MN,USA))固化溶胶2分钟。通过去除夹具、顶部玻璃板和PET膜并且使工具屈曲来从工具去除固化后的部件。使部件下落至尼龙筛网上。这使得结构化和微结构化环形支柱的所有侧面在室温下均匀干燥16小时。然后按照如下步骤烧尽并烧结干燥的结构化和微结构化环形干凝胶：
有机物烧尽和烧结工艺
将支柱置于氧化铝坩埚中，然后按照如下计划表在空气中焙烧：
1-以60℃/小时的速率从20℃加热至500℃，
2-以120℃/小时的速率从500℃加热至1320℃，
3-在1320℃下保持2小时，
4-以600℃/小时的速率从1320℃冷却至20℃，
生产如图7a和图7b所示的具有表面微观结构纹理的结构化环形支柱。图7a为具有表面微观结构纹理的结构化环形支柱的SEM图像。图7b为结构化环形支柱表面上的微观结构纹理的高倍数SEM图像。该支柱还包括多个第一结构和一个通道。
实施例3–顶部表面和底部表面上的具有结构的微模制环形支柱
溶胶制备过程与实施例1相同。
溶胶浇注
将溶胶(97.7摩尔％ZrO2/2.3摩尔％Y2O3)浇注到包含尺寸为约1200微米宽、300微米深的结构化环形孔的聚丙烯片材模具中。利用双面胶带来将模具附着到2"×3"(5cm×7.5cm)玻璃板。使用移液管来将溶胶覆膜到工具上。然后将具有国际专利申请WO2014/081693所述的结构的结构化PET膜(图15样本507-1)以结构化面朝下的方向小心地放置到填充的工具上，以避免形成大量空隙。然后将2"×3"(5cm×7.5cm)玻璃板放置在结构化PET膜的顶部上，用手施加压力，以去除多余的溶胶并且将构造夹在一起。使用380nm-401nmLED光源在100％功率下(CF2000 3.0版，可购自美国明尼苏达州霍普金斯的克莱斯登技术有限公司(Clearstone Technologies Hopkins,MN,USA))固化溶胶2分钟。从工具上去除固化的结构化环形部件。这通过去除玻璃盖板和结构化PET膜并立即以45％的振幅将声波管施加到工具的背面来完成。从工具剥离顶部表面和底部表面两者形成具有结构的支柱，并使其下落至尼龙筛网上。这允许结构化环形支柱的所有侧面均匀干燥。然后按照如下步骤烧尽/预烧结干燥的结构化环形干凝胶：
有机物烧尽和烧结工艺
将支柱置于氧化铝坩埚中，然后按照如下计划表在空气中焙烧：
1-以60℃/小时的速率从20℃加热至500℃，
2-以120℃/小时的速率从500℃加热至1320℃，
3-在1320℃下保持2小时，
4-以600℃/小时的速率从1320℃冷却至20℃，
制得如图8A和图8B所示的在两个表面上具有结构的环形支柱。图8A为环形支柱的结构化顶部表面(第一表面)的SEM图像。图8B为图8A所示的环形支柱的结构化底部表面(第二表面)的SEM图像。该支柱还包括多个第一结构和一个通道。

Claims (25)

1.一种在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，包括：
主体，所述主体包括：
第一表面和相背对的第二表面；其中所述第一表面包括：
多个第一结构，每个第一结构具有第一结构基部以及与所述第一结构基部相背对的第一结构面；
位于所述多个第一结构之间的至少一个第一空隙区域；
和
被定位在所述多个第一结构之间的第一下陷表面区域，所述第一下陷表面区域与所述第一结构基部互连；
至少一个侧壁；
邻接所述第一表面和所述至少一个侧壁的第一周边边缘、以及邻接所述第二表面和所述至少一个侧壁的第二周边；
至少一个第一通道，所述至少一个第一通道具有第一端部和第二端部、以及邻近所述第一表面的第一通道开口；
其中所述第一通道通过其第一端部和第二端部中的至少一者与局部环境流体连通；
其中所述至少一个第一空隙区域在平行于所述第一表面的方向上与所述局部环境流体连通并且/或者与所述至少一个第一通道流体连通；
其中所述多个第一结构的高度小于所述第一通道的深度；并且
其中所述主体的平行于所述第一表面的最大尺寸介于约10微米和约1000微米之间。
2.根据权利要求1所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中所述多个第一结构的所述第一结构面的至少一部分包括微观结构纹理，并且所述微观结构纹理的高度小于所述多个第一结构的高度。
3.根据权利要求2所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中所述微观结构纹理的高度介于约5nm和约5微米之间。
4.根据权利要求1所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中所述支柱的抗压强度介于约400MPa和约50GPa之间。
5.根据权利要求1所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中所述主体包含连续的无机基质。
6.根据权利要求1所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中连续的无机材料包括烧结陶瓷、玻璃料、玻璃珠或玻璃泡、金属、以及它们的组合。
7.根据权利要求6所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中所述烧结陶瓷包含氧化锆、氧化铝、二氧化硅、碳化硅、和氮化硅中的至少一者。
8.根据权利要求7所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中所述烧结陶瓷包含氧化锆。
9.根据权利要求1所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中所述侧壁与所述第一表面之间的拔模角度介于约90度和约135度之间。
10.根据权利要求1所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中所述侧壁与所述第一表面之间的拔模角度介于约90度和110度之间。
11.根据权利要求1所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中所述主体还包括位于所述主体的至少一部分上的功能层。
12.根据权利要求11所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中所述功能层包括以下各项中的至少一者：包含热稳定聚合物的柔顺层、包含无机纳米粒子的柔顺层、铁磁层、导电层、静电耗散层和粘合剂；并且任选地，其中所述粘合剂包含牺牲材料。
13.根据权利要求1所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中所述至少一个侧壁包括介于3个和30个之间的侧壁。
14.根据权利要求1所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中所述至少一个侧壁包括介于3个和12个之间的侧壁。
15.根据权利要求1所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中所述第一周边边缘的至少一部分为倒圆周边边缘和倒角周边边缘中的至少一者。
16.根据权利要求1所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中整个所述第一周边边缘为倒圆周边边缘和倒角周边边缘中的至少一者。
17.根据权利要求1所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中所述第二周边边缘的至少一部分为倒圆周边边缘和倒角周边边缘中的至少一者。
18.根据权利要求1所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中整个所述第二周边边缘为倒圆周边边缘和倒角周边边缘中的至少一者。
19.根据权利要求1所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中所述主体为精确成型的主体。
20.根据权利要求1所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中所述第二表面包括：
多个第二结构和至少一个第二通道中的至少一者，所述第二通道具有第一端部和第二端部以及邻近所述第二表面的第二通道开口，其中每个第二结构具有第二结构基部以及与所述基部相背对的第二结构面、位于所述多个第二结构之间的至少一个第二空隙区域、被定位在所述多个第二结构之间的第二下陷表面区域，所述第二下陷表面区域与所述第二结构基部互连；
其中所述第二通道通过其第一端部和第二端部中的至少一者与所述局部环境流体连通；
其中所述至少一个第二空隙区域在平行于所述第一表面的方向上与所述局部环境流体连通并且/或者与所述至少一个第二通道流体连通；并且
其中所述多个第二结构的高度小于所述第二通道的深度。
21.根据权利要求20所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中所述多个第二结构的所述第二结构面的至少一部分包括微观结构纹理，并且所述微观结构纹理的高度小于所述多个第二结构的高度。
22.根据权利要求21所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中所述微观结构纹理的高度介于约5nm和约5微米之间。
23.根据权利要求20所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中所述侧壁与所述第二表面之间的拔模角度介于约90度和约135度之间。
24.根据权利要求20所述的在真空隔热玻璃单元中使用的支柱，其中所述侧壁与所述第二表面之间的拔模角度介于约90度和110度之间。
25.一种具有支柱的真空隔热玻璃单元，包括：
第一窗格玻璃；
与所述第一窗格玻璃相背对且大体共延的第二窗格玻璃；
位于所述第一窗格玻璃与所述第二窗格玻璃之间的边缘密封件，在所述第一窗格玻璃与所述第二窗格玻璃之间具有大量的真空间隙；
和
位于所述第一窗格玻璃与所述第二窗格玻璃之间的多个根据权利要求1所述的支柱。
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