DE102016116007A1

DE102016116007A1 - Filmsystem und Verfahren zur Ausbildung desselben

Info

Publication number: DE102016116007A1
Application number: DE102016116007.5A
Authority: DE
Inventors: Gayatri V. Dadheech; Thomas A. Seder; James A. Carpenter
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2016-08-29
Publication date: 2017-03-02
Also published as: US20170056871A1; US9861974B2; CN106477901A

Abstract

Ein Filmsystem weist ein Substrat und einen an dem Substrat angeordneten Film auf. Der Film weist eine aus einem Fluorkohlenwasserstoff gebildete Monoschicht und mehrere Bereichen auf, die in der Monoschicht angeordnet sind, so dass jeder der mehreren Bereiche an dem Fluorkohlenwasserstoff anliegt und von diesem umgeben ist. Jeder der mehreren Bereiche weist ein photokatalytisches Material auf. Ein Verfahren zum Formen eines Filmsystems umfasst, dass eine Monoschicht, die aus Fluorkohlenwasserstoff gebildet ist, an einem Substrat aufgetragen wird. Nach einem Auftragen umfasst das Verfahren, dass die Monoschicht abgetragen wird, um mehrere Hohlräume darin zu definieren, wobei jeder der mehreren Hohlräume von einem benachbarten der mehreren Hohlräume entlang der Monoschicht beabstandet ist. Nach einem Abtragen umfasst das Verfahren, dass ein photokatalytisches Material in jedem der mehreren Hohlräume eingebettet wird, um einen Film an dem Substrat zu bilden und dadurch das Filmsystem zu bilden.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/212,127, die am 31. August 2015 eingereicht wurde und hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit eingeschlossen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die Offenbarung betrifft ein Filmsystem sowie ein Verfahren zum Formen des Filmsystems.
HINTERGRUND
Vorrichtungen, wie Displaysysteme, sind oftmals so ausgelegt, dass sie von dem Bediener berührbar sind. Beispielsweise kann ein Fahrzeug ein Displaysystem aufweisen, das Information für einen Bediener über einen Touchscreen bereitstellt. Gleichermaßen kann ein Geldausgabeautomat oder Kiosk ein Displaysystem aufweisen, das durch Berührung aktiviert wird.
Andere Vorrichtungen, wie Kameras und Brillen, weisen allgemein eine Linsenfläche auf, bei der es möglich ist, dass sie während des Gebrauchs unabsichtlich von einem Bediener berührt wird. Ferner können andere Vorrichtungen, wie Fahrzeuge, Fenster, Spiegel, Geräte, Küchen, Möbel, Mobiltelefone, Fingerabdruckscanner, Sensoren, Kopierer, medizinische Instrumente und Arbeitsplatten ebenfalls eine oder mehrere Flächen aufweisen, die von einem Bediener berührt werden können. Daher kann während des Gebrauchs ein Bediener Fingerabdrücke und/oder Öle auf derartige Vorrichtungen und Flächen ablagern.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Filmsystem weist ein Substrat und einen auf dem Substrat angeordneten Film auf. Der Film weist eine Monoschicht, die aus einem Fluorkohlenwasserstoff gebildet ist und mehrere Bereiche auf, die in der Monoschicht angeordnet sind, so dass jeder der mehreren Bereiche an dem Fluorkohlenwasserstoff anliegt und von diesem umgeben ist. Jeder der mehreren Bereiche weist ein photokatalytisches Material auf.
Ein Verfahren zum Bilden eines Filmsystems umfasst, dass eine Monoschicht, die aus einem Fluorkohlenwasserstoff gebildet ist, auf einem Substrat aufgetragen wird. Nach Auftragung weist das Verfahren auf, dass die Monoschicht abgetragen wird, um mehrere Hohlräume darin zu definieren. Jeder der mehreren Hohlräume ist von einem benachbarten der mehreren Hohlräume entlang der Monoschicht beabstandet. Nach Abtragen umfasst das Verfahren, dass ein photokatalytisches Material in jedem der mehreren Hohlräume eingebettet wird, um einen Film an dem Substrat zu bilden und dadurch das Filmsystem zu bilden. Der Film weist mehrere Bereiche auf, die das photokatalytische Material enthalten und die in der Monoschicht angeordnet sind, so dass jeder der mehreren Bereiche an dem Fluorkohlenwasserstoff anliegt und von diesem umgeben ist.
Ein Verfahren zum Bilden eines Filmsystems umfasst, dass ein Fluorkohlenwasserstoff und ein funktionalisiertes photokatalytisches Material gleichzeitig an einem Substrat chemisorbiert werden, um einen Film zu bilden, der chemisch mit dem Substrat verbunden ist, und dadurch das Filmsystem zu bilden. Der Film umfasst eine Monoschicht, die aus dem Fluorkohlenwasserstoff gebildet ist, sowie mehrere Bereiche, die jeweils aus dem funktionalisierten photokatalytischen Material gebildet sind und jeweils in der Monoschicht angeordnet sind, so dass jeder der mehreren Bereiche an dem Fluorkohlenwasserstoff anliegt und von diesem umgeben ist.
Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und besten Arten zur Ausführung der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und angefügten Ansprüchen offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung einer Vorderansicht eines Filmsystems;
2 ist eine schematische Darstellung einer Schnittansicht des Filmsystems von 1 entlang Schnittlinie 2-2;
3 ist eine schematische Ansicht einer Draufsicht eines vergrößerten Abschnitts des Filmsystems von 2;
4 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Bilden des Filmsystems der 1–3;
5 ist eine schematische Darstellung von Abschnitten des Verfahrens von 4; und
6 ist ein Flussdiagramm einer anderen Ausführungsform des Verfahrens zum Bilden des Filmsystems der 1–3.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezug nehmend auf die Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente betreffen, ist ein Filmsystem 10 allgemein in 1 gezeigt. Das Filmsystem 10 kann für Anwendungen geeignet sein, bei denen ein Bediener Bildschirme, Linsen oder Flächen berührt und Fingerabdrücke, Öle und/oder andere organische oder kohlenstoffbasierte Schmutzstoffe oder Pathogene darauf ablagert. Genauer kann das Filmsystem 10 für Anwendungen nützlich sein, die einen sauberen, im Wesentlichen fingerabdruckfreien Bildschirm, eine saubere, im Wesentlichen fingerabdruckfreie Linse oder Fläche erfordern. Dies bedeutet, das Filmsystem 10 kann zur Entfernung von Fingerabdrücken und anderen organischen Schmutzstoffen von derartigen Bildschirmen, Linsen oder Flächen nützlich sein.
Beispielsweise kann das Filmsystem 10 für Kraftfahrzeuganwendungen nützlich sein, wie im Armaturenbrett befindlichen Navigationssystemen, die einen Touchscreen aufweisen, oder Fahrzeugkameras, die eine Linse aufweisen. Alternativ dazu kann das Filmsystem 10 für Nicht-Kraftfahrzeuganwendungen nützlich sein, wie, jedoch nicht darauf beschränkt, Verbraucherelektronik, Mobiltelefone, Brillen, persönliche Schutzausstattung, Geräte, Möbel, Kioske, Fingerabdruckscanner, medizinische Vorrichtungen, Sensoren, Flugzeuge sowie industrielle Fahrzeuge.
Nun mit Bezug auf 2 weist das Filmsystem 10 ein Substrat 12 auf. Das Substrat 12 kann aus einem glasartigen, transparenten Material geformt sein, das zum Brechen von sichtbarem Licht geeignet ist. Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform das Substrat 12 aus Siliziumdioxid gebildet sein. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Substrat 12 aus einem Polycarbonat oder anderem Kunststoff geformt sein. Das Substrat 12 kann anhand nicht beschränkender Beispiele ein Bildschirm eines Displaysystems, eine Linse von optischen Brillen oder Schutzbrillen, ein Visier eines Helms, eine Fläche eines Kühlschranks, eine Seite eines Schranks, eine Türtafel eines Fahrzeugs, ein Touchscreen eines Kiosks oder irgendeine andere Fläche oder Vorrichtung sein, die von einem Bediener berührt werden kann.
Das Filmsystem 10 weist auch einen Film 14 auf, der an dem Substrat 12 angeordnet, z. B. chemisch mit dem Substrat 12 verbunden ist, wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist. Der Film 14 kann so konfiguriert sein, das Substrat 12 vor Fingerabdrücken, Ölen und organischen Schmutzstoffen zu bedecken und zu schützen. Dies bedeutet, der Film 14 kann so konfiguriert sein, dass ein Auflösen, Verschwinden oder Verdampfen von Fingerabdrücken, Ölen und organischen Schmutzstoffen, die an dem Film 14 abgelagert sind, bewirkt wird, um so ein sauberes Substrat 12 beizubehalten, das in der Lage ist, scharfe Bilder oder Reflexionen zu zeigen.
Genauer kann, wie mit Bezug auf 2 beschrieben ist, der Film 14 eine erste Fläche 16 und eine zweite Fläche 18, die entgegengesetzt der ersten Fläche 16 beabstandet ist, aufweisen. Die zweite Fläche 18 kann an dem Substrat 12 anliegen, und die erste Fläche 16 kann im Wesentlichen frei von Squalen, organischem Material und/oder anderen Ölen von Fettsäuren sein. Wie hier verwendet ist, bedeutet die Terminologie ”Squalen” eine organische Verbindung, die 30 Kohlenstoffatome aufweist und durch den von der International Union of Pure and Applied Chemistry eingeführten Namen: (6E, 10E, 14E, 18E)-2,6,10,15,19,23-Hexamethyltetracosa-2,6,10,14,18,22-hexaen, repräsentiert ist. Allgemein kann der Film 14 als ein Dünnfilm charakterisiert sein und kann eine Dicke 20 beispielsweise im Bereich von 10 μm bis 150 μm aufweisen.
Das Substrat 12 weist auch eine proximale Fläche 22, die an der zweiten Fläche 18 anliegt, und eine distale Fläche 24 auf, die gegenüberliegend der proximalen Fläche 22 beabstandet ist. Daher sind das Substrat 12 und der Film 14 so konfiguriert, sichtbares Licht durch die proximale Fläche 22, die distale Fläche 24, die erste Fläche 16 und die zweite Fläche 18 durchzulassen. Das Substrat 12 weist auch einen ersten Rand 26, der die proximale Fläche 22 und die distale Fläche 24 verbindet, und einen zweiten Rand 28 auf, der entgegengesetzt des ersten Randes 26 beabstandet ist.
Nun Bezug nehmend auf die 3 und 5 weist der Film 14 eine Monoschicht 30 auf, die aus einem Fluorkohlenwasserstoff gebildet ist. Der Fluorkohlenwasserstoff kann ein beliebiges geeignetes Material sein, wie, jedoch nicht darauf beschränkt, ein Fluorkohlenwasserstoffpolymer, Organosiloxan, ein fluoriertes Organosiloxan sowie Kombinationen daraus. Wie am besten in 3 gezeigt ist, kann die Monoschicht 30 einen Großteil des Filmes 14 bilden und kann als ein Monoschichtfeld charakterisiert sein. Wie hier verwendet ist, betrifft die Terminologie ”Monoschicht” eine Schicht mit einer Dicke 20 (2) von einem Molekül. Dies bedeutet, die Monoschicht 30 ist ein Molekül dick und kann als eine Dünnschicht charakterisiert sein.
Wie in 3 gezeigt ist, weist der Film 14 auch mehrere Bereiche 32 auf, die in der Monoschicht 30 angeordnet sind, so dass jeder der mehreren Bereiche 32 an dem Fluorkohlenwasserstoff anliegt und von diesem umgeben ist. Dies bedeutet, die mehreren Bereiche 32 sind in und entlang der Monoschicht 30 angeordnet. Bei einer Ausführungsform können die mehreren Bereiche 32 gleich voneinander entlang der ersten Fläche 16 beabstandet sein. Bei anderen Ausführungsformen können die mehreren Bereiche 32 zufällig über die Monoschicht 30 entlang der ersten Fläche 16 beabstandet sein. Bei noch weiteren Ausführungsformen können die mehreren Bereiche 32 in einem Muster innerhalb der Monoschicht 30 angeordnet sein. Die mehreren Bereiche 32 können in dem Film 14 in einer Menge von etwa 10 Volumenteilen bis etwa 85 Volumenteilen basierend auf 100 Volumenteilen des Films 14 vorhanden sein.
Jeder der mehreren Bereiche 32 weist ein photokatalytisches Material auf, wie Titandioxid. Das photokatalytische Material kann den Film 14 mit einer Selbstreinigungsfähigkeit versehen. Dies bedeutet, das photokatalytische Material kann jegliches organische Material, z. B. Squalen, das sich an der ersten Fläche 16 des Filmes 14 befindet, oxidieren und/oder verdampfen, wie nachfolgend detaillierter erläutert ist. Insbesondere kann das photokatalytische Material, wenn es beispielsweise sichtbarem oder ultraviolettem Licht ausgesetzt ist, ein lichtaktivierter Photokatalysator sein.
Geeignete photokatalytische Materialien können photooxidative Halbleiter, Halbleiteroxide, die dotierte Metalloxide, Materialien mit Heterogenverbindung und Kombinationen daraus umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
Bei einer Ausführungsform kann das photokatalytische Material Titandioxid sein und kann in den mehreren Bereichen 32 in einer Rutilform vorliegen. Alternativ dazu kann das photokatalytische Material Titandioxid sein und kann in den mehreren Bereichen 32 in einer Anatasform vorliegen, die eine vergleichsweise höhere photokatalytische Aktivität als die Rutilform aufweisen kann. Bei anderen Ausführungsformen kann das photokatalytische Material Titandioxid sein und in den mehreren Bereichen 32 als eine Kombination der Rutilform und der Anatasform vorliegen. Ferner kann das photokatalytische Material so dotiert sein, dass ein funktionalisiertes photokatalytisches Material, z. B. funktionalisiertes Titandioxid gebildet wird. Beispielsweise kann das funktionalisierte photokatalytische Material mit einem Metall dotiert sein, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, Silber, Chrom, Kobalt, Kupfer, Vanadium, Eisen, Silber, Platin, Molybdän, Lanthan, Niob und Kombinationen daraus. Alternativ dazu kann das funktionalisierte photokatalytische Material mit einem Nichtmetall dotiert sein, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, Stickstoff, Schwefel, Kohlenstoff, Bor, Kalium, Jod, Fluor und Kombinationen daraus.
Das photokatalytische Material kann als ein Nanopartikel charakterisiert sein und kann einen durchschnittlichen Durchmesser aufweisen, der in einem Nanometermaßstab messbar ist. Alternativ dazu kann das photokatalytische Material als ein Partikel charakterisiert sein und kann einen durchschnittlichen Durchmesser aufweisen, der in einem Mikrometermaßstab messbar ist. Allgemein kann das photokatalytische Material in dem Film 14 in einer Menge von etwa 2 Volumenteilen bis etwa 35 Volumenteilen basierend auf 100 Volumenteilen des Films 14 vorhanden sein.
Bei anderen nicht beschränkenden Ausführungsformen können die mehreren Bereiche 32 ein Halbleiteroxid aufweisen, wie, jedoch nicht darauf beschränkt, Zinkoxid, Wismut, Zinnoxid und Kombinationen daraus. Das Halbleiteroxid kann so gewählt sein, dass es einen Bandlückenabstand aufweist, der für eine photokatalytische Reaktion geeignet ist, wie nachfolgend detaillierter erläutert ist.
Erneut Bezug nehmend auf 3 definiert der Film 14 einen Kontaktwinkel 34 mit Wasser von größer als 140°. Beispielsweise kann der Film 14 einen Kontaktwinkel 34 mit Wasser von größer als oder gleich 150° definieren. Somit perlen Wasser, Öle und Schmutzstoffe effektiv an der ersten Fläche 16 ab und verlagern sich über diese. Anders gesagt können Wasser, Öle und Schmutzstoffe mobil sein und sich effektiv entlang der ersten Fläche 16 verlagern.
Erneut Bezug nehmend auf 3 kann das Filmsystem 10 ferner eine Lichtquelle 36 aufweisen, die benachbart dem ersten Rand 26 angeordnet und zum Emittieren elektromagnetischer Strahlung konfiguriert ist. Beispielsweise kann die Lichtquelle 36 eine ultraviolettes Licht emittierende Diode sein, und die elektromagnetische Strahlung kann eine Wellenlänge von 400 nm bis 100 nm aufweisen. Alternativ dazu kann die Lichtquelle 36 eine Glühbirne oder eine sichtbares Licht emittierende Diode sein, und die elektromagnetische Strahlung kann eine Wellenlänge von 740 nm bis 380 nm aufweisen.
Nun Bezug nehmend auf die 4 und 5 ist ein Verfahren 38 zum Formen des Filmsystems 10 allgemein gezeigt. Das Verfahren 38 umfasst, dass die Monoschicht 30, die aus dem Fluorkohlenwasserstoff gebildet ist, auf dem Substrat 12 aufgetragen 40 wird. Anhand nicht beschränkender Beispiele kann das Auftragen 40 ein Sprühen, Walzen, Beschichten, Tauchen, physikalische Gasphasenabscheidung, chemische Gasphasenabscheidung, Molekularschichtauftragung, Atomschichtauftragung und Kombinationen daraus umfassen. Dies bedeutet, die Monoschicht 30 kann auf eine Weise an dem Substrat 12 aufgetragen werden, so dass sich die Monoschicht 30 chemisch oder physikalisch mit dem Substrat 12 verbindet. Beispielsweise kann für Ausführungsformen, bei denen der Fluorkohlenwasserstoff ein Perfluororganosiloxan ist und das Substrat 12 aus Siliziumdioxid geformt ist, jedes Molekül des Fluorkohlenwasserstoffs mit benachbarten Molekülen des Fluorkohlenwasserstoffs vernetzt sein, und es können neue chemische Bindungen an der proximalen Fläche 22 (2) erzeugt werden, wenn die Monoschicht 30 an dem Substrat 12 aufgetragen wird.
Nach dem Auftragen 40 kann das Verfahren 38 umfassen, dass die Monoschicht 30 abgetragen 42 wird, um mehrere Hohlräume 44 (5) zu definieren, wobei jeder der mehreren Hohlräume 44 von einem benachbarten der mehreren Hohlräume 44 entlang der Monoschicht 30 beabstandet ist. Als nicht beschränkende Beispiele kann eine Abtragung 42 ein Abtragen über Laser, ein Abtragen über Plasma, ein Ultraviolettabtragen oder dergleichen umfassen. Das Abtragen 42 kann mehrere Moleküle der Fluorkohlenwasserstoff-Monoschicht 30 entlang der proximalen Fläche 22 entfernen, um die mehreren Hohlräume 44 zu definieren. Allgemein können sich die mehreren Hohlräume 44 von der ersten Fläche 16 (2) des Films 14 zu der zweiten Fläche 18 (2) des Films 14 erstrecken.
Nach dem Abtragen 42 kann das Verfahren 38 umfassen, dass das photokatalytische Material in jeden der mehreren Hohlräume 44 eingebettet 46 wird, um den Film 14 an dem Substrat 12 zu bilden, wodurch das Filmsystem 10 gebildet wird.
Daher weist der Film 14 die mehreren Bereiche 42 mit dem photokatalytischen Material, die in der Monoschicht 30 angeordnet sind, auf, so dass jeder der mehreren Bereiche 32 an dem Fluorkohlenwasserstoff anliegt und von diesem umgeben ist. Das Einbetten 46 kann umfassen, dass das photokatalytische Material in die Monoschicht 30 implantiert oder angeordnet wird, so dass das photokatalytische Material Säulen in den mehreren Bereichen 32 bildet. Beispielsweise kann das Einbetten 46 umfassen, dass Abschnitte der Monoschicht 30 mit einer Maskierung 48 (5) bedeckt werden, so dass das photokatalytische Material nur in den mehreren Hohlräumen 44 eingebettet und nicht auf der Monoschicht 30 abgelagert ist. Geeignete Prozesse zum Einbetten 46 des photokatalytischen Materials in die mehreren Hohlräume 44, um die mehreren Bereiche 32, die von der Monoschicht 30 umgeben sind, zu bilden, umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt: Ionenstrahlabscheidung, Atomschichtabscheidung, chemische Gasphasenabscheidung, physikalische Gasphasenabscheidung, chemischer Niederschlag, elektrophoretische Abscheidung, Sputtern, Co-Sputtern, Ionenimplantation, Verdampfung, Co-Verdampfung und gepulste Laserabscheidung.
Bei einer anderen Ausführungsform weist das Verfahren 138 (6) auf, dass der Fluorkohlenwasserstoff und das funktionalisierte photokatalytische Material gleichzeitig an dem Substrat 12 chemisorbiert 50 werden, um den Film 14 zu bilden, der chemisch an das Substrat 12 angebunden ist, wodurch das Filmsystem 10 gebildet wird. Der Film 14 weist somit die aus dem Fluorkohlenwasserstoff gebildete Monoschicht 30 und die mehreren Bereiche 32 auf, die jeweils aus dem funktionalisierten photokatalytischen Material gebildet und jeweils in der Monoschicht 30 angeordnet sind, so dass jeder der mehreren Bereiche 32 an dem Fluorkohlenwasserstoff anliegt und von diesem umgeben ist. Dies bedeutet, der Fluorkohlenwasserstoff und das funktionalisierte photokatalytische Material können an dem Substrat 12 abgelagert, gleichzeitig an dem Substrat 12 adsorbiert und chemisch an dem Substrat 12 angebunden sein. Die proximale Fläche 22 des Substrats 12 kann mit dem Fluorkohlenwasserstoff und dem funktionalisierten photokatalytischen Material gleichzeitig chemisch reagieren, um den Film 14 zu bilden.
Nach dem Einbetten 46 oder gleichzeitigem Chemisorbieren 50 weist der Film 14 die mehreren Bereiche 32 auf, die aus dem photokatalytischen Material gebildet und voneinander entlang der ersten Fläche 16 (2) beabstandet sind. Derartige Bereiche 42 können bei der Entfernung von Fingerabdrücken von dem Film 14 nützlich sein, so dass der Film 14 eine Selbstreinigungsfähigkeit aufweist.
Genauer kann erneut Bezug nehmend auf die 4 und 6 das Verfahren 38, 138 ferner umfassen, dass die mehreren Bereiche 32 mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt 52 werden, die eine Wellenlänge zwischen 400 nm bis 100 nm aufweist, d. h. die mehreren Bereiche 32 mit ultraviolettem Licht bestrahlt 52 werden. Alternativ dazu kann das Verfahren 38, 138 umfassen, dass die mehreren Bereiche 32 mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt 52 werden, die eine Wellenlänge zwischen 740 nm bis 380 nm aufweist, d. h. die mehreren Bereiche 32 mit sichtbarem Licht bestrahlt 52 werden. Dies bedeutet, die Lichtquelle 36 (2) kann so gewählt sein, dass sie elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge emittiert, die auf eine Bandlücke des photokatalytischen Materials abgestimmt ist, um eine Photokatalyse des als ein Fingerabdruck aufgetragenen Squalens auszulösen, wie nachfolgend detaillierter dargestellt ist. Wie hier verwendet ist, betrifft die Terminologie ”Bandlücke” eine Differenz der Energie zwischen dem am höchsten zulässigen Energieniveau für ein Elektron in einem Valenzband des photokatalytischen Materials und dem geringst zulässigen Energieniveau in einem Leitungsband des photokatalytischen Materials. Mit anderen Worten betrifft die Bandlücke die minimale Menge an Licht, die erforderlich ist, um das photokatalytische Material elektrisch leitend zu machen.
Das Verfahren 38, 138 kann ferner umfassen, dass der Film 14 und das Squalen in Kontakt 54 gebracht werden. Das bedeutet, dass der Kontakt 54 umfasst, dass der Film 14 so berührt wird, dass ein Bediener Fingerabdrücke, Squalen, organisches Material und/oder Öle auf die erste Fläche 16 (2) ablagert. Öle können Öle von Fettsäuren aufweisen und können natürlich synthetisiert und auf den Film 14 aufgetragen werden, wenn der Bediener den Film 14 berührt, oder auf den Film 14 künstlich aufgetragen werden, wie durch Sprühen oder Beschichten. Ein Kontakt zwischen dem Squalen und dem photokatalytischen Material, das der von der Lichtquelle 36 emittierten elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt ist, kann eine photokatalytische Reaktion auslösen. Genauer kann das photokatalytische Material ein Photokatalysator sein, wie Titandioxid. Die photokatalytische Reaktion kann ein starkes Oxidationsmittel und ein Aufbrechen des organischen Materials, z. B. Squalen, in Kohlendioxid und Wasser in der Anwesenheit des Photokatalysators, d. h. des photokatalytischen Materials; elektromagnetischer Strahlung, z. B. ultraviolettem Licht; und Wasser, z. B. Feuchte aus Umgebungsbedingungen, erzeugen. Somit wird das photokatalytische Material durch die katalytische Reaktion nicht verbraucht, sondern ist stattdessen nur in der Lage, die photokatalytische Reaktion als ein Nicht-Reaktand zu beschleunigen.
Detaillierter kann, wenn die elektromagnetische Strahlung mit einer gewünschten Wellenlänge das photokatalytische Material bestrahlt, ein Elektron von dem Valenzband des photokatalytischen Materials in das Leitungsband des photokatalytischen Materials gelangen, was seinerseits ein Loch in dem Valenzband und einen Überschuss an negativer Ladung oder Elektronen in dem Leitungsband erzeugt. Das Loch kann eine Oxidation unterstützen, und das Elektron kann eine Reduktion unterstützen. Allgemein kann das Loch sich mit Wasser kombinieren, um ein Hydroxylradikal (•OH) zu erzeugen. Das Loch kann auch direkt mit Squalen oder anderem organischen Material reagieren, um eine gesamte Selbstreinigungseffizienz des Films 14 zu erhöhen. Gleichermaßen kann Sauerstoff in der Umgebung, die das photokatalytische Material umgibt, durch das Elektron reduziert werden, um ein Superoxidion (•O₂ ^–) zu bilden, das seinerseits das organische Material, das an dem Film 14 vorhanden ist, oxidieren kann. Daher kann das Verfahren 38, 138 ein Oxidieren 56 des Squalens umfassen.
Zusätzlich kann das Loch vor Rekombination mit dem Elektron abgefangen werden. Für solche Situationen kann das photokatalytische Material funktionalisiert sein. Beispielsweise kann das Verfahren umfassen, dass Titandioxid beispielsweise mit Palladium oder Ruthenium dotiert wird. Das Palladium oder Ruthenium kann als ein Elektrokatalysator wirken und kann eine Übertragung von Elektronen zu Sauerstoffmolekülen erhöhen, was seinerseits das Auftreten der Rekombination von Elektronen und Löchern senken kann.
Ferner kann organisches Material, das an dem Film 14 an der Monoschicht 30 vorhanden ist, anstatt in direktem Kontakt mit den mehreren Bereichen 32 zu stehen, in dynamischem Gleichgewicht mit der ersten Fläche 16 (2) stehen und kann zu einer Stelle mit vergleichsweise höherer Energie an dem Film 14, d. h. den mehreren Bereichen 32 diffundieren. Daher kann das Verfahren 38, 138 auch umfassen, dass das Squalen entlang des Films 14 von der Monoschicht 30 zu zumindest einem der mehreren Bereiche 32 diffundiert 58. Um eine derartige Diffusion zu verbessern, kann die Lichtquelle 36 so abgestimmt sein, dass sie elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge emittiert, die auf eine Schwingungsresonanz des Squalens und des Fluorkohlenwasserstoffs abgestimmt ist. Eine derartige Abstimmung kann ermöglichen, dass sich das Squalen oder der Fingerabdruck entlang der Monoschicht 30 zu den mehreren Bereichen 32 schlängelt oder verlagert, wo das Squalen der oben beschriebenen photokatalytischen Reaktion ausgesetzt ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Film 14 auch erhitzt sein, wie beispielsweise durch Infrarotstrahlung, um eine Diffusion über die Monoschicht 30 zu den mehreren Bereichen 32 weiter zu verbessern.
Somit kann das Verfahren 38, 138 ferner umfassen, dass das Squalen verdampft 60 wird. Genauer kann, sobald das Squalen mit dem photokatalytischen Material an den mehreren Bereichen 32 in Kontakt tritt, das Squalen in Stücke oder Teile mit vergleichsweise geringem Dampfdruck photolysiert werden, die dann von dem Film 14 abdampfen können und dadurch den Fingerabdruck oder das Squalen von dem Film 14 entfernen. Daher kann das Filmsystem 10 als selbstreinigend charakterisiert sein. Dies bedeutet, der Film 14 kann das Substrat 12 durch Entfernen, z. B. Oxidieren 56 und Verdampfen 60 der Fingerabdrücke, von Squalen, Ölen und/oder organischem Material, das durch die Berührung eines Bedieners abgelagert ist, schützen. Folglich können das Filmsystem 10 und das Verfahren 38, 138 eine ausgezeichnete Ästhetik, Reinheit und Lesbarkeit für Displaysysteme, Linsen, Sensoren und Flächen bereitstellen.
Während die besten Moden zur Ausführung der Offenbarung detailliert beschrieben worden sind, erkennt der Fachmann verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausführung der Offenbarung innerhalb des Schutzumfangs der angefügten Ansprüche.

Claims

Filmsystem, umfassend: ein Substrat; und einen Film, der an dem Substrat angeordnet ist und umfasst: eine Monoschicht, die aus einem Fluorkohlenwasserstoff gebildet ist; und mehrere Bereiche, die in der Monoschicht angeordnet sind, so dass jeder der mehreren Bereiche an dem Fluorkohlenwasserstoff anliegt und von diesem umgeben ist, wobei jeder der mehreren Bereiche ein photokatalytisches Material aufweist.
Filmsystem nach Anspruch 1, wobei der Film eine erste Fläche und eine zweite Fläche, die entgegengesetzt der ersten Fläche beabstandet ist und an dem Substrat anliegt, aufweist, und wobei ferner die erste Fläche im Wesentlichen frei von Squalen ist.
Filmsystem nach Anspruch 2, wobei die mehreren Bereiche gleich voneinander entlang der ersten Fläche beabstandet sind.
Filmsystem nach Anspruch 2, wobei das Substrat umfasst: eine proximale Fläche, die an der zweiten Fläche anliegt; eine distale Fläche, die entgegengesetzt der proximalen Fläche beabstandet ist; einen ersten Rand, der die proximale Fläche und die distale Fläche verbindet; und einen zweiten Rand, der entgegengesetzt dem ersten Rand beabstandet ist; und ferner mit einer Lichtquelle, die benachbart dem ersten Rand angeordnet und zum Emittieren elektromagnetischer Strahlung konfiguriert ist.
Filmsystem nach Anspruch 4, wobei die elektromagnetische Strahlung eine Wellenlänge zwischen 400 nm bis 100 nm aufweist.
Filmsystem nach Anspruch 4, wobei die elektromagnetische Strahlung eine Wellenlänge zwischen 740 nm bis 380 nm aufweist.
Filmsystem nach Anspruch 1, wobei der Film einen Kontaktwinkel mit Wasser von größer als 140° definiert.
Filmsystem nach Anspruch 1, wobei das photokatalytische Material Titandioxid ist und in den mehreren Bereichen in einer Rutilform vorhanden ist.
Filmsystem nach Anspruch 1, wobei das photokatalytische Material Titandioxid ist und in den mehreren Bereichen in einer Anatasform vorhanden ist.
Filmsystem nach Anspruch 1, wobei das photokatalytische Material Titandioxid ist und in den mehreren Bereichen als eine Kombination aus einer Rutilform und einer Anatasform vorhanden ist.
Filmsystem nach Anspruch 1, wobei der Fluorkohlenwasserstoff ein fluoriertes Organosiloxan ist.
Filmsystem nach Anspruch 1, wobei das Substrat aus Siliziumdioxid gebildet ist.
Verfahren zum Formen eines Filmsystems, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine Monoschicht, die aus einem Fluorkohlenwasserstoff gebildet ist, auf einem Substrat aufgetragen wird; nach dem Auftragen die Monoschicht abgetragen wird, um mehrere Hohlräume darin zu definieren, wobei jeder der mehreren Hohlräume von einem benachbarten der mehreren Hohlräume entlang der Monoschicht beabstandet ist; und nach dem Abtragen ein photokatalytisches Material in jedem der mehreren Hohlräume eingebettet wird, um einen Film an dem Substrat zu bilden und dadurch das Filmsystem zu bilden, wobei der Film mehrere Bereiche aufweist, die das photokatalytische Material enthalten und die in der Monoschicht angeordnet sind, so dass jeder der mehreren Bereiche an dem Fluorkohlenwasserstoff anliegt und von diesem umgeben ist.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend, dass die mehreren Bereiche mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt werden, die eine Wellenlänge zwischen 400 nm bis 100 nm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend, dass die mehreren Bereiche mit einer elektromagnetischen Strahlung bestrahlt werden, die eine Wellenlänge zwischen 740 nm bis 380 nm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend, dass der Film und das Squalen in Kontakt gebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend, dass das Squalen entlang des Filmes von der Monoschicht zu zumindest einem der mehreren Bereiche diffundiert wird.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend, dass das Squalen oxidiert wird.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend, dass das Squalen verdampft wird.
Verfahren zum Formen eines Filmsystems, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Fluorkohlenwasserstoff und ein funktionalisiertes photokatalytisches Material gleichzeitig an einem Substrat chemisorbiert werden, um einen Film zu bilden, der mit dem Substrat chemisch verbunden ist, und dadurch das Filmsystem zu bilden, wobei der Film umfasst: eine Monoschicht, die aus dem Fluorkohlenwasserstoff gebildet ist; und mehrere Bereiche, die jeweils aus dem funktionalisierten photokatalytischen Material gebildet und jeweils in der Monoschicht derart angeordnet sind, dass jeder der mehreren Bereiche an dem Fluorkohlenwasserstoff anliegt und von diesem umgeben ist.