CN1890186A - 自清洁的窗户结构物 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自清洁的透明结构物，其具有抗灰尘性能和改良的光学性能。还提供了一种具有任意设置的突起(12)与透明表面连接的透明表面(10)。所述突起通过减少颗粒的表面附着而对落在该突起上的颗粒(18)起作用。此外，所述透明表面的透明特征因为每个突起之间的间隙小于可见光的波长而不会减少。

Description

自清洁的窗户结构物

背景技术

如一般所普遍知道的，玻璃或窗户的维护可能是一项既费力又昂贵的工作。虽然具有较少窗户的结构物(即建筑物)比较不会遭遇此类问题，但是其确实对具有许多窗户的结构物(即建筑物、温室)造成极大的问题。还有，增加建筑物的高度将会增加窗户的数量。结果，维护窗户的成本会增大。同时，维护窗户的成本增加还包括各种不同的安全考虑和程序，这些是为了确保勇于在这些巨大的结构物上进行窗户形象维护的勇敢工作者的福利。

此外，因为污染窗户的来源会变化，所以所采用的多种方法或清洗溶液并不总是可以达成所需的结果。举例来说，适用于尘土的清洗溶液或方法可能无法适合于酸雨。同样棘手的是潮湿环境中的玻璃存储，这会导致存储期间在玻璃上形成小水滴，由此使得碱性原料从玻璃中渗出。

目前有许多技术或化学方法被用来克服这种困境，以使玻璃保持无污染和原来的外观。所述处理之一是利用光触媒金属氧化物来涂覆所述结构物的表面；然而该方法最适合于去除生物物质。结果，其对于非生物物质的效果是有问题且不确定的。

另一种技术是以氧化硅系涂料来涂覆玻璃，例如US 5,424,130(Nakanishi等人，其所教导的技术在此处引入以供参考)。该氧化硅系的材料会在水分一旦接触该经涂覆的玻璃表面时使其形成水珠。虽然这种方法可以避免上述碱渗出的困难，但是其必须是适用于具有丰富气流的环境。因此，这种方法会受限于在很少有或几乎没有气流的环境中的应用。

另一种技术是借助于结构物的表面突起与凹陷来产生自清洁效果，例如US 10/120,366所述(Nun等人，其所教导的内容在此引入以供参考)。上述技术虽然会产生自清洁的效果，然而，其光学性能受到了限制。结果，这种技术的应用局限于当表面的透明度是不重要的情况。上述技术教导其自清洁表面可被制成只有日光能穿透该表面的透明程度。结果，上述发明的光学性能受到了限制，不适合于要求具有光学性能的情况(即窗户、风挡)。

目前，上述所有制备自清洁玻璃的方法都包括利用涂层以达到限制或阻止玻璃变脏的能力。虽然这些方法可以实现各种不同程度的成功，但是它们都具有内在的缺点。首先是玻璃由于光线所导致的在透明结构上设置突起结构时会出现显色外观。另一个缺点是缺少对突起结构的随机设置，其会因为在环境光线照射至该玻璃表面时无法散射而导致所述显色的形成。

虽然有一些方法可以用来消除所述显色，但这些方法是通过化学方式来完成的，这样会为制造过程增加时间和成本。此外，许多涂层技术对于磨损具有很小的抵抗性。结果，在一定的环境中和时候自清洁特性将会中止。

对于这种困境的解决办法是在自然界中发现的。莲花植物或花卉已知具有自清洁的树叶(参见例如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″，通过引入作为参考)。德国Bonn大学Wilhelm Barthlott的发现导致人们尝试将这种野外中自然发生的现象用在涂料领域中，和用在某些坚硬的表面上。因为树叶在表面上具有非常小的突起，所以莲花植物很独特。结果，所述树叶的表面比起其它植物的树叶更粗糙。该粗糙度带给莲花植物疏水特性。该疏水特性主要是由于水分和树叶之间的接触面积减少所导致的。当小水滴落在莲花植物的树叶上时，所述突起会减少接触面积至只有2-3％。此外，在某些接触角下，小水滴会滚落并冲走小水滴所遇到的任何尘粒，由此产生自动清洗的效果。结果该莲花植物即使在骤降的暴雨下仍可以维持清洁与干燥。

基于前述的理由，需要一种透明且不受显色、下降的光学性能与侵蚀现象的影响，并且可以较便宜地制作的自清洁的窗户结构物。

发明内容

本发明涉及一种自清洁的透明结构物，其可以满足玻璃表面对于抗灰尘的需求，并可以保持足够好的光学性能。该透明结构物包含有多个彼此间隔开的突起，每个突起都包含从玻璃表面的基准面突出的一个末梢端和一个末端；其中所述突起被构造及设置在所述基准面之上，以使得透明度的偏差最小化。

附图说明

通过参照以下说明书、所附的权利要求及附图，本发明的这些和其它的特征、方面和优点将会得到更好地理解，其中：

图1所示为透明表面的放大图；

图2所示为透明表面突起的放大图：

图3所示为具有随意设置的突起的透明结构物；

图4所示为浮法玻璃的制造设备；和

图5所示为用于挤出突起物的真空装置。

具体实施方式

本发明在此提供了一种具有自清洁特性的抗灰尘的透明表面，其中突起从透明表面开始延伸。

参照图1，其显示了透明表面10的放大部分。突起12是从透明表面10的延伸。所述突起12经由基准面14与透明表面10相连。该突起可以与基准面14形成一体，或与基准面14连接。基准面14是其中突起12开始而透明表面10结束的透明表面10的区域。位于每个突起12顶点的是末梢或末端16。另外，在某些实施方案中，每个突起12的末梢端16可以具有约1度至约10度的滚落角。落在末梢端16顶端上的可以是一个或多个颗粒18。结果，在抗颗粒作用期间，颗粒18落在一个或多个突起12之上，所述颗粒18受突起12的作用，由此限制颗粒的表面附着并排除颗粒18的结合作用。

此外，当需要光学透明度或某些其它的光学性能时，该突起的位置和结构可以依据所需要的光学性能进行变动。举例来说，在需要透明性的优选实施方案中，突起被设置成非模式化的或随意的结构。在需要有限透明性的另一个实施方案中，突起被设置成半模式化的结构。在需要图像、设计或不透明性的又另一个实施方案中，突起以可以形成此种设计、图像或不透明性的方式被设置。

相对于透明表面10，突起12是突出的，因此，突起12之间的间隔区域20可以是平面或是深坑结构的。此外，在每个突起12之间的距离应使得可以降低或消除Bragg定律的光学效应。应当理解的是，突起12之间的间隔区域20并不限于平面或深坑结构，其可以是任何适当的水平形式。然而，基于举例说明的目的，该突起12看起来像锥形的，但突起12并不限于锥形结构。相应地，所述突起可以是圆形、纤毛状以及棒状的。此外，为了增进透明表面10的抗灰尘性，该突起12可以由疏水性材料制成或由疏水性材料进行终饰。

因此，当该透明表面10暴露至灰尘或其它颗粒18时，所接触的表面积非常小，就如同颗粒18仅仅接触突起12一样。进一步来说，由于突起12的末梢端16的直径很小，在突起12和颗粒18之间的接触角非常大。因此，所述颗粒18的附着被最小化或排除，而最小幅度的扰动都会导致小水滴横越过该透明表面10。

在优选的实施方案中，该透明的表面10包含玻璃。在玻璃的表面上产生突起12是简单而经济的，由于玻璃的透明性质与玻璃特性，其可以被成型与模制。

在另一实施方案中，所述透明表面10包含塑料材料。适当的塑料基材包含合成有机聚合物基材，例如丙烯酸聚合物、聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、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。一种对于本发明有利且具有广泛用途的基材是例如可商购自通用电气GE公司的Lexan的聚碳酸酯。进一步来说，该基材可以是本质上刚性的，或者在某些实施方案中，曲挠性基材可以对本发明的涂层有利。

应当理解的是，用来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之后不会具有有限的透明度或变差的光学性能的适当的透明材料。

参照图2，其显示了突起12放大图。如前所述，每个突起12的顶点都具有末梢端16，其中其直径被显示为D_t。此外，从透明表面10的基准面14到末梢端16的高度被显示为H_nh，而每个突起12之间的间隔是为P_nh。

在优选的实施方案中，末梢端16的直径基本上小于尘埃颗粒的平均直径0.5微米。优选地，末梢端的直径D_t使得在多个突起顶上的颗粒(举例来说，尘埃)的接触面积如同在莲花植物中一样小于2％。相应地，基本上小于0.5微米的突起12可以避免颗粒18与单个突起12连接。此外，突起12的高度可以是约5微米至10微米，这是位于莲花植物表皮上的突起的高度。在某些实施方案中，H_nh/Dt的比例是为至少20。然而，H_nh/Dt的比例可以是可限制表面附着的任何适当比例。

在另外优选的实施方案中，每个突起12之间的间隔尺寸被制成可以将著名的Bragg衍射定律所导致的光学偏差最小化或排除。

参照图3，其显示了透明结构物20的透明表面10的放大图。突起12被进一步举例说明，其在优选的实施方案中被以非模式化或随机的结构进行布置。突起12被以非模式化或随机结构进行布置，以排除显色和光学畸变。

如前所述，突起12可以与透明表面10一体化，或者与透明表面10连接。为了将突起12施加到透明的表面10上，可以采取各种不同的制造方法。在一个实施方案中，透明表面10被设定并维持在适合处理的温度下。接下来，突起12在透明表面10上形成，而突起12将从基准面14延伸。

参照图4，其显示了浮法玻璃的制造系统。浮法玻璃制造系统22为在透明表面30上形成突起12的另一种制造方法的实例。在这种方法中，原料分配器24将浮法玻璃26的原料分配至流体路径(fluidcourse)28中。浮法玻璃26然后会飘浮在溶化的铟或锡的流体路径28上；此外，由于其特性，玻璃将不会与铟或锡反应。随着浮法玻璃26沿流体路径28飘流下来，可以有各种不同的处理与装置对浮法玻璃26作用，由此赋予浮法玻璃26所选择的结构。接下来，该浮法玻璃结构物26的一个或多个表面30被维持在连续或分段软融状态下(例如约1000℃)。接着，突起12在玻璃表面30处于熔融状态时的所述玻璃表面30上形成。需要理解的是，流体路径28并不限于铟或锡，而可以是任何能够将浮法玻璃26维持在熔融状态而不与浮法玻璃26反应的基材。

另一个实施方案是使用压花法来形成突起12。在压花时，浮法玻璃结构物26的一个或多个表面30被维持在连续或分段软融状态下。然后，浮法玻璃结构物26被导引穿过一对位于浮法玻璃总成生产线上方的滚子32。欲压花的特征31位于上述之一的滚子上(或如果两侧表面30都需要的话，则设在两者上)。当浮法玻璃结构物26从滚子32通过，该突起12便已被压花在浮法玻璃结构物26的表面30上。

在另一个实施方案中，以冲压方法来形成突起12。在浮法玻璃结构物处于连续或分段软熔融状态同时，突起被冲压在该浮法玻璃结构物26的表面30上。

在又另一个实施方案中，用涂刷法来形成突起12。在浮法玻璃结构处于连续或分段软熔融状态的同时，突起12经由刚毛刷涂刷在浮法玻璃结构物26的表面30上。

参照图5，其显示了用于在浮法玻璃结构物的表面上产生突起的真空装置。在该实施方案中，真空装置被用来在玻璃表面处于连续或熔融状态的玻璃表面34上形成突起12。举例来说，一种形成适当的真空装置的方法描述在题为″Device For Handling Fragile Objects″的US 10/017,186中，其描述了一种用于半导体加工中的吸持器，其内容在此引入以供参考。该装置包括用于具有足以耐受可能的粗暴机械搬运的刚性和强度、并且可以用来作为透明结构基材的易碎物体(即玻璃表面)的吸力或真空42以及吸持器36。该吸力或真空42装置与吸持器36连接。吸持器36包括前表面38。吸持器36可以将极易碎裂的物体(也就是玻璃表面)导引至该吸力42。该前表面38具有多个孔40，其是以预定的模式穿过该前表面38。基于举例说明的目的，所述多个孔40被显示为具有一定的模式。然而，应当理解的是所述多个孔40并不限于此结构，而可以是任何适于产生具有自清洁特性与最佳的透明能力的突起的适当结构。这些孔形成低空气阻力的真空通道，以产生被施加至玻璃表面34的分配良好的吸力或真空42。相应地，吸力42在熔融玻璃面34上拉引，借此产生突起。应该理解，该真空装置并不限于卵形形状，而可以是任何适于产生能够形成突起的吸力的形状。

在上述的所有实例中，当玻璃冷却的时候，突起仍会保持在浮法玻璃结构物的表面上。此外，应当理解，突起的产生可以由所有传统的浮法玻璃制造方法和/或技术来预先形成。

虽然自清洁结构或方法是广为人知的，但其在光学性能上却受到限制。因此，上述发明通过独特的方法布置突起而克服了这些缺陷。本发明在该结构的表面上以光学性能不会被影响的方式来设置突起。本发明随机布置的突起使得光在照射到该结构物上时发生散射，但是，如果需要的话，该突起也可以设置为使光学性能受限制。结果，本发明可以在不丧失光学性能的情况下达到自清洁的效果。

虽然已显示与描述了优选的实施方案，各种不同的修改与替换可以在不背离本发明的精神和范围下进行。因此，应当理解的是本发明已经通过举例说明而非限制的方式得到了描述。

Claims (14)

1、一种具有至少一个抗灰尘表面的透明结构物，该透明结构物包括：

表面，该表面包括基准面，和

多个彼此间隔开的突起，每个突起都具有自所述基准面凸出的一个末梢端和一个末端：

其中所述突起被构造与设置在所述基准面上，以使透明度的偏差最小化。

2、权利要求1的透明结构物，其中所述透明结构物的平均厚度为约10微米至大约2厘米。

3、权利要求1的透明结构物，其中所述每个突起的末梢端直径基本小于0.5微米。

4、权利要求1的透明结构物，其中所述每个突起的末梢端直径基本为约0.01微米至0.1微米。

5、权利要求1的透明结构物，其中选择所述每个突起之间的间隔使由Bragg定律所引起的光学效应最小化。

6、权利要求1的透明结构物，其中所述每个突起的末端的滚落角为约1度至约10度。

7、权利要求1的透明结构物，其中所述每个突起都具有疏水特性。

8、权利要求1的透明结构物，其中所述每个突起都与所述基准面一体化。

9、权利要求1的透明结构物，其中所述每个突起都与所述基准面连接。

10、一种用于制备抗灰尘表面的方法，其包括：

(a)提供具有表面的物体，该表面具有基准面，

(b)将所述表面维持在适于进行处理的温度下，

(c)在从所述基准面延伸的所述基材上形成突起；且

(d)具有相对于所述基准面的末梢端的所述突起所具有的接触面尺寸远小于将被作用的颗粒的接触面尺寸。

11、一种制备抗灰尘表面的方法，其包括：

(a)提供具有表面的玻璃，该表面具有基准面，

(b)将所述玻璃表面维持在适合于将所述玻璃保持在连续或分段熔融状态的温度下，

(c)在处于熔融状态下的所述玻璃表面上形成突起；且

(d)具有相对于所述基准面的末梢端的所述突起所具有的接触面尺寸远小于将被作用的颗粒的接触面尺寸。

12、一种制备抗灰尘表面的方法，其包括：

(a)提供具有表面的玻璃，该表面具有基准面，

(b)将所述玻璃表面维持在适合于将所述玻璃保持在连续或分段熔融状态的温度下，

(c)在处于熔融状态下的所述玻璃表面上压花出所述突起：且

(d)具有相对于所述基准面的末梢端的所述突起所带有的接触面尺寸远小于将被作用的颗粒的接触面尺寸。

13、一种制备抗灰尘表面的方法，其包括：

(a)提供具有表面的玻璃，该表面具有基准面，

(b)将所述玻璃表面维持在适合于将所述玻璃保持在连续或分段熔融状态的温度下，

(c)在处于熔融状态下的所述玻璃表面上冲压出所述突起；且

(d)具有相对于所述基准面的末梢端的所述突起所具有的接触面尺寸远小于将被作用的颗粒的接触面尺寸。

14、一种制备抗灰尘表面的方法，其包括：

(a)提供具有表面的玻璃，该表面具有基准面，

(b)将所述玻璃表面维持在适合于将所述玻璃保持在连续或分段熔融状态的温度下，

(c)在处于熔融状态下的所述玻璃表面上利用喷嘴吸引出所述突起：且

(d)具有相对于所述基准面的末梢端的所述突起所具有的接触面尺寸远小于将被作用的颗粒的接触面尺寸。

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