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Querverweis auf verwandte Anmeldungen
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil der US-Patentanmeldung Nr. 12/465,711 vom 14. Mai 2009 mit dem Titel „Diffraction Grating Assisted Self-cleaning Material”, die hier vollständig unter Bezugnahme eingeschlossen ist.
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Die vorliegende Anmeldung ist mit der US-Patentanmeldung Nr. 12/465,717 vom 14. Mai 2009 mit dem Titel „Nanotube Assisted Self-cleaning Material” verwandt.
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Hintergrund
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Die vorliegende Offenbarung betrifft selbstreinigende Materialien und insbesondere Materialien, die selbstreinigende Schichten mit geblazeten Beugungsgittern verwenden.
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Selbstreinigende Materialien sind effektiv, um Produkte und Oberflächen über lange Zeiträume hinweg rein zu halten. Selbstreinigende Materialien werden zunehmend für zahlreiche Anwendungen wie etwa Fassaden, Badezimmer, Fenster und Beschichtungen für verschiedene Oberflächen verwendet.
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Kurze Zusammenfassung
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Die vorliegende Offenbarung beschreibt ein selbstreinigendes Material, das auf einen Lichteinfall reagiert. Einige beispielhafte selbstreinigende Materialien können ein Substrat mit einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche enthalten, wobei eine selbstreinigende Schicht auf der ersten Fläche des Substrats angeordnet ist und/oder ein Beugungsgitter auf einer freiliegenden Fläche der selbstreinigenden Schicht ausgebildet ist. Das Beugungsgitter kann eine Blazebedingung aufweisen und steigert die Absorption eines auf die freiliegende Fläche einfallenden Lichts.
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Die vorliegende Offenbarung beschreibt ein selbstreinigendes Material, das auf einen Lichteinfals reagiert. Einige beispielhafte selbstreinigende Materialien können ein Substrat mit einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche enthalten, wobei eine erste selbstreinigende Schicht auf der ersten Fläche des Substrats angeordnet ist und/oder eine zweite selbstreinigende Schicht auf der zweiten Fläche des Substrats angeordnet ist. Ein erstes Beugungsgitter mit einer ersten Blazebedingung ist auf einer ersten freiliegenden Fläche der ersten selbstreinigenden Schicht ausgebildet und steigert die Absorption von Licht wenigstens teilweise auf der Basis der ersten Blazebedingung. Ein zweites Beugungsgitter mit einer zweiten Blazebedingung ist auf einer zweiten freiliegenden Fläche der zweiten selbstreinigenden Schicht ausgebildet und steigert die Absorption von Licht wenigstens teilweise auf der Basis der zweiten Blazebedingung.
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Die vorliegende Offenbarung beschreibt ein selbstreinigendes Material. Einige beispielhafte selbstreinigende Materialien können ein geblazetes Beugungsgitter enthalten, das in einer ersten Fläche des selbstreinigenden Materials ausgebildet ist. Die Absorption des auf die erste Fläche einfallenden Lichts durch das selbstreinigende Material führt einen lichtinduzierten selbstreinigenden Zustand auf der ersten Fläche auf der Basis einer Blazebedingung in Entsprechung zu dem Beugungsgitter und des Einfallswinkels des Lichts auf die erste Fläche herbei.
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Die vorstehende Zusammenfassung ist lediglich veranschaulichend und in keiner Weise einschränkend aufzufassen. Zusätzlich zu den oben genannten Aspekten, Ausführungsformen und Merkmalen werden weitere Aspekte, Ausführungsformen und Merkmale durch die folgende ausführliche Beschreibung mit Bezug auf die Zeichnungen verdeutlicht.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die folgende ausführliche Beschreibung wird mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht, die eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigen. Es ist jedoch zu beachten, dass die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nicht auf die in den Zeichnungen gezeigten Anordnungen und Mittel beschränkt sind.
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1 ist eine Querschnittansicht, die ein beispielhaftes selbstreinigendes Material zeigt.
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2 ist eine Querschnittansicht, die ein beispielhaftes selbstreinigendes Material zeigt.
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3 ist eine vergrößerte Querschnittansicht, die ein beispielhaftes selbstreinigendes Material zeigt, auf das Licht einfällt.
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4 ist eine Querschnittansicht, die ein beispielhaftes selbstreinigendes Material mit einem Blazewinkel für einen beinahe normalen Lichteinfall zeigt.
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5 ist eine Querschnittansicht, die ein beispielhaftes selbstreinigendes Material mit einem Blazewinkel für einen streifenden Lichteinfall zeigt.
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6 ist eine Querschnittansicht, die ein beispielhaftes selbstreinigendes Material zeigt, das ein Phasengitter verwendet.
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7 ist eine Querschnittansicht, die ein beispielhaftes selbstreinigendes Material zeigt, wobei mehrere Flächen des Substrats eine selbstreinigende Schicht enthalten.
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8 ist eine Querschnittansicht, die ein beispielhaftes selbstreinigendes Material zeigt, wobei mehrere Flächen des Substrats selbstreinigende Schichten mit jeweils verschiedenen Blazewinkeln enthalten.
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Alle Figuren zeigen Anordnungen gemäß wenigstens einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
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Ausführliche Beschreibung
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Bestandteil der Beschreibung bilden. In den Zeichnungen werden jeweils ähnliche Bezugszeichen verwendet, um einander entsprechende Komponenten zu bezeichnen. Die hier veranschaulichten Ausführungsformen sind nicht einschränkend aufzufassen. Es können auch andere Ausführungsformen realisiert werden und verschiedene Änderungen an den hier beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird. Es ist zu beachten, dass die hier beschriebenen und in den Zeichnungen gezeigten Einheiten innerhalb des Erfindungsumfangs auch anders angeordnet, kombiniert oder ersetzt werden können und auf verschiedenste Weise konfiguriert sein können.
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Die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigen ein selbstreinigendes Material, das ein Substrat mit einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche enthält. Eine selbstreinigende Schicht kann auf der ersten Fläche des Substrats angeordnet sein. Ein Beugungsgitter kann auf einer freiliegenden Fläche der selbstreinigenden Schicht ausgebildet sein, wobei die Absorption eines auf die freiliegende Fläche einfallenden Lichts durch die selbstreinigende Schicht durch das Beugungsgitter in Übereinstimmung mit einer Blazebedingung in Entsprechung zu dem Beugungsgitter erhöht werden kann.
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Es wird ein selbstreinigendes Material angegeben, das ein Beugungsgitter verwendet, das die lichtinduzierten selbstreinigenden Eigenschaften des selbstreinigenden Materials verstärken kann. 1 ist eine Querschnittansicht, die ein beispielhaftes selbstreinigendes Material 10 zeigt, das in Übereinstimmung mit wenigstens einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angeordnet ist. Das selbstreinigende Material 10 enthält ein Substrat 100 und eine selbstreinigende Schicht 110 mit einem Beugungsgitter 105, die auf einer Fläche 310 des Substrats 100 angeordnet ist. Das Beugungsgitter 105 kann in der selbstreinigenden Schicht 110 unter Verwendung von Techniken wie etwa einem mechanischen Schraffieren oder einer holografischen Aufzeichnung ausgebildet werden. Es wird hier auf eine detaillierte Erläuterung der Ausbildung der Beugungsgitter verzichtet. Außerdem kann das Beugungsgitter auch auf andere Weise ausgebildet werden.
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Die selbstreinigende Schicht 110 kann aus einem Material ausgebildet werden, das selbstreinigende Eigenschaften aufweist, wenn es einem Licht mit einer bestimmten Wellenlänge ausgesetzt wird. Die selbstreinigende Schicht 110 kann zum Beispiel photokatalytische, lichtinduzierte hydrophile oder lichtinduzierte hydrophobe Eigenschaften aufgrund der Absorption von Photonen bei einer entsprechenden Wellenlänge des auf die selbstreinigende Schicht 110 einfallenden Lichts aufweisen. Zum Beispiel können die selbstreinigenden Eigenschaften einiger selbstreinigender Materialien wie etwa Titandioxid (TiO2) in Reaktion auf Licht im ultravioletten Bereich des elektromagnetischen Spektrums gesteigert oder aktiviert werden, während andere selbstreinigende Materialien wie etwa ein mit Nickel dotiertes Indiumtantalat (In(1-x)NixTaO4) auf Licht im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums reagieren können. Die Aktivierung oder Steigerung der photokatalytischen, lichtinduzierten hydrophilen oder lichtinduzierten hydrophoben selbstreinigenden Eigenschaften der selbstreinigenden Schicht 110 kann hier auch als eine Zustandsänderung der selbstreinigenden Schicht 110 bezeichnet werden. In einigen Ausführungsformen kann die Zustandsänderung auch einen Wechsel von einer selbstreinigenden Eigenschaft zu einer anderen selbstreinigenden Eigenschaft umfassen. Der Einfall und die resultierende Absorption des Lichts kann auch verursachen, dass die selbstreinigende Schicht 110 mehr als eine dieser Eigenschaften aufweist. Zum Beispiel kann die selbstreinigende Schicht 110 sowohl photokatalytisch als auch hydrophil werden, was durch die weitere Offenbarung verdeutlicht wird.
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In einigen Ausführungsformen kann das Beugungsgitter 105 ein geblazetes Beugungsgitter sein, das einen Blazewinkel 20 aufweist und die Lichtabsorption der selbstreinigenden Schicht 110 steigert, wodurch potentiell die selbstreinigenden Eigenschaften der selbstreinigenden Schicht 110 gesteigert oder aktiviert werden. Der Blazewinkel 20 kann mit Bezug auf eine Achse 22 definiert werden, die im Wesentlichen parallel zu der Fläche 310 des Substrats 100 ist.
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Das Substrat 100 kann aus einem beliebigen Grundmaterial bestehen, für das selbstreinigende Eigenschaften gewünscht werden. Zum Beispiel kann das Substrate aus Glas, einem Metall, einem Verbundstoff oder einem anderen Baumaterial bestehen. Die selbstreinigende Schicht 110 kann aus einem beliebigen Material ausgebildet sein, das selbstreinigende Eigenschaften aufweist, wobei es sich beispielsweise um Titandioxid (TiO2), ein mit Nickel dotiertes Indiumtantalat (In(1-x)NixTaO4) oder ein selbstreinigendes Metall bzw. eine selbstreinigende Metalllegierung handeln kann. In einigen Ausführungsformen kann die selbstreinigende Schicht 110 ein vorgeformter Film sein, der auf dem Substrat angebracht ist. In einigen Ausführungsformen kann die selbstreinigende Schicht 100 unter Verwendung von herkömmlichen Techniken wie etwa einer chemischen Gasphasenabscheidung (CVD), einer Verdampfung oder einer Zerstäubung auf dem Substrat 100 aufgetragen werden. Es wird hier auf detaillierte Erläuterungen zu der Auftragung der selbstreinigenden Schicht 110 verzichtet. Außerdem kann die selbstreinigende Schicht 110 auch auf andere Weise aufgetragen werden. In einigen Ausführungsformen kann die selbstreinigende Schicht 110 in Bezug auf das Substrat 100 transparent sein und den Konturen des Substrats 100 entsprechen, sodass die selbstreinigende Schicht 110 kaum von dem Substrat zu unterscheiden ist. Außerdem kann das Substrat 100 eine selbstreinigende Schicht 110 auf einer oder mehreren Flächen des Substrats 100 aufweisen.
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In der vorliegenden Offenbarung kann das selbstreinigende Material 100 den Aufbau des Substrats 100 in Kombination mit der selbstreinigenden Schicht 110 aufweisen. Das Substrat 100 alleine muss nicht unbedingt selbstreinigende Eigenschaften aufweisen, wobei aber die hier als selbstreinigend bezeichneten Substrate 100 in ihrer Kombination mit einer selbstreinigenden Schicht 110 selbstreinigend wirken, sodass also die selbstreinigenden Eigenschaften durch den kombinierten Aufbau vorgesehen werden. Zum Beispiel kann hier ein Glassubstrat mit einer Schicht aus TiO2 einfach als selbstreinigendes Glas bezeichnet werden. In einigen Ausführungsformen kann das Substrat 100 unter Umständen auch ohne die selbstreinigende Schicht 110 selbstreinigende Eigenschaften aufweisen (d. h. das Substrat selbst aus einem selbstreinigenden Material ausgebildet sein), wobei das Beugungsgitter 105 auf dem Substrat 100 (unter Verwendung der weiter unten beschriebenen Techniken) ausgebildet ist, um die selbstreinigenden Eigenschaften des Substrats 100 zu steigern oder zu ändern.
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2 ist eine Querschnittansicht eines beispielhaften selbstreinigenden Materials 12, das in Übereinstimmung mit wenigstens einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angeordnet ist, wobei das Substrat 200 selbst aus einem selbstreinigenden Material bestehen kann und das Beugungsgitter 105 direkt in dem Substrat 200 ausgebildet sein kann. Weil das Substrat 200 selbst aus einem Material mit lichtinduzierten selbstreinigenden Eigenschaften besteht, ist keine separate selbstreinigende Schicht (kein zusätzliches Material mit selbstreinigenden Eigenschaften) erforderlich, wobei das Beugungsgitter 105 direkt auf der Fläche des Substrats 200 ausgebildet werden kann, um die selbstreinigenden Eigenschaften des Substrats 200 zu steigern.
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In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können die selbstreinigenden Materialien 10 in einer kontrollierten oder unkontrollierten Umwelt verwendet werden. Eine kontrollierte Umwelt ist allgemein ein Raum (wie z. B. ein Innenraum oder ein auf andere Weise geschlossener Raum), der eine Kontrolle und Stabilisierung von Umweltparametern ermöglicht und keinen Wetterbedingungen oder anderen veränderlichen Bedingungen ausgesetzt ist. Umweltparameter sind etwa die Temperatur, die Feuchtigkeit und die Beleuchtung. Im Gegensatz dazu ist eine unkontrollierte Umwelt allgemein ein Raum (wie z. B. im Freien), in dem die Umweltparameter nicht kontrolliert werden können und in dem die Oberflächen Wetterbedingungen ausgesetzt sein können. In einigen Ausführungsformen kann eine Fläche des selbstreinigenden Materials 10 einer kontrollierten Umwelt ausgesetzt sein, während die andere Fläche des selbstreinigenden Materials 10 einer unkontrollierten Umwelt ausgesetzt sein kann. Zum Beispiel kann bei einem selbstreinigenden Fenster (nicht gezeigt) eine Fläche des Fensters einer Außenfläche sein, während die andere Fläche eine Innenfläche sein kann.
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Einfallendes Licht (nachfolgend auch einfach als Licht bezeichnet) ist eine elektromagnetische Strahlung im sichtbaren, ultravioletten und infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums, das auf eine Fläche des selbstreinigenden Materials 10 einfällt. Das Einwirken von Licht auf eine Fläche kann auch als Beleuchtung der betreffenden Fläche bezeichnet werden. Die Beleuchtungseigenschaften für eine Fläche werden durch den Einfallswinkel des einfallenden Lichts, die Intensität des einfallenden Lichts, die Wellenlängenverteilung des einfallenden Lichts und die Intensitätsverteilung des einfallenden Lichts in Abhängigkeit von der Wellenlänge bestimmt.
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Der Einfallswinkel des einfallenden Lichts kann von einer Achse senkrecht (d. h. normal) zu der Fläche des selbstreinigenden Materials gemessen werden. Ein Einfallswinkel von null (d. h. ein normaler Einfallswinkel) stellt eine Beleuchtungsbedingung dar, in der das einfallende Licht senkrecht auf die Fläche des selbstreinigenden Materials 110 einfällt. Unter einem streifenden Einfall ist eine Beleuchtung des selbstreinigenden Materials mit einem Einfallswinkel von annähernd 90 Grad (d. h. beinahe parallel zu der Fläche des selbstreinigenden Materials) zu verstehen. Weil das auf das selbstreinigende Material einfallende Licht unter Umständen nicht exakt kollimiert oder kollinear ist, bezieht sich der Einfallswinkel auf den Winkel mit der höchsten Gesamtintensität des die Fläche beleuchtenden Lichts. Zum Beispiel neigt die Beleuchtung einer Fläche durch direktes Sonnenlicht zu einer höheren Gesamtintensität als ein von anderen Objekten auf die Fläche gestreutes Sonnenlicht, sodass der Einfallswinkel unter Verwendung des von der Sonne einfallenden Lichts gemessen wird.
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Für die vorliegende Offenbarung ist zu beachten, dass die Beleuchtung (auch als Lichteinfall bezeichnet) auf die Fläche des selbstreinigenden Materials 10 von der Umwelt abhängen kann. In einer unkontrollierten Umwelt wie etwa im Freien können die Beleuchtungseigenschaften variabel sein, d. h. von der Tageszeit, von der Jahreszeit, von der Nähe zu natürlichen oder zivilisationsbedingten Objekten, vom Breitengrad usw. abhängen, weil die von der Sonne kommende elektromagnetische Strahlung auf der Erdoberfläche von diesen Variablen abhängig ist. Umgekehrt können in einer kontrollierten Umwelt wie etwa in einem Innenraum mit einer gleichbleibenden Beleuchtung die Beleuchtungseigenschaften allgemein von dem Typ und der Positionierung der Leuchten abhängig sein, wobei hier kaum Variationen mit Ausnahme des Ein-/Ausschaltens der Beleuchtung, der Verwendung eines Dimmers oder einer Veränderung der Leistung der Leuchtmittel usw. gegeben sind.
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3 ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines selbstreinigenden Materials 10, das einem beispielhaften Lichteinfall ausgesetzt ist und in Übereinstimmung mit wenigstens einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angeordnet ist. Das selbstreinigende Material 10 umfasst ein Substrat 100 und eine selbstreinigende Schicht 110. Ähnlich wie bei dem Beispiel von 1 ist das Beugungsgitter 105 in der selbstreinigenden Schicht 110 ausgebildet. Die Eigenschaften des Beugungsgitters 105 werden durch den Blazewinkel 20, den Gitterabstand 140 (auch als Gitterperiode bezeichnet) und/oder die Amplitude 150 bestimmt. Das auf das selbstreinigende Material 10 mit einem Einfallswinkel 30 einfallende Licht 130 kann durch die selbstreinigende Schicht 110 absorbiert werden, um die selbstreinigenden Eigenschaften der selbstreinigenden Schicht 110 zu aktivieren. Der Einfallswinkel 30 des einfallenden Lichts 130 kann mit Bezug auf eine Achse 315 senkrecht (d. h. normal) zu der Fläche 310 des Substrats 100 des selbstreinigenden Materials 10 gemessen werden. In einigen Ausführungsformen können die selbstreinigenden Eigenschaften der selbstreinigenden Schicht 110 gesteigert werden, wenn sich der Einfallswinkel 30 dem Blazewinkel 20 annähert, weil die Wellenlänge des die selbstreinigenden Eigenschaften aktivierenden einfallenden Lichts 130 effizienter durch das Beugungsgitter 105 in die selbstreinigende Schicht 110 gekoppelt werden kann als die anderen Wellenlängen. Zum Beispiel kann der Blazewinkel 20 derart gewählt werden, dass Wellenlängen im ultravioletten (UV) Bereich des elektromagnetischen Spektrums effizienter durch die selbstreinigende Schicht 110 absorbiert werden als die Wellenlängen des sichtbaren Lichts. Wenn in einigen Ausführungsformen der Einfallswinkel 30 nicht mit dem Blazewinkel 20 abgestimmt ist, kann die Absorption des einfallenden Lichts 130 durch die selbstreinigende Schicht 110 nicht ausreichen, um die lichtinduzierten selbstreinigenden Eigenschaften der selbstreinigenden Schicht 110 zu aktivieren.
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4 ist eine Querschnittansicht, die ein beispielhaftes selbstreinigendes Material 10 zeigt, das einen Blazewinkel 20 für ein beinahe normal einfallendes Licht 130 aufweist und in Übereinstimmung mit wenigstens einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angeordnet ist. Der oben beschriebene Blazewinkel 20 entspricht dem Beugungsgitter 105 der selbstreinigenden Schicht 110. Bei einer Beleuchtungsbedingung mit einem senkrecht (d. h. normal) oder beinahe senkrecht zu der Fläche 310 des Substrats 100 einfallenden Licht 130 können die selbstreinigenden Eigenschaften der selbstreinigenden Schicht 110 für niedrige Werte des Blazewinkels 30 gesteigert werden, bei denen das einfallende Licht 130 beinahe senkrecht zu der Fläche des den Blazewinkels 20 bildenden Beugungsgitters 105 sein kann. Zum Beispiel kann eine selbstreinigende Keramikfliese in einer im Wesentlichen horizontalen Ausrichtung etwa auf einem Boden oder auf einer anderen horizontalen Fläche verwendet werden. Bei Lichtquellen wie etwa der Sonne im Freien oder Deckenleuchten in Innenräumen ist der Einfallswinkel des die Fläche der Fliese beleuchtenden Lichts beinahe normal zu der Fläche. Ein selbstreinigendes Material 10 mit einem kleinen Blazewinkel 20 kann also effiziente selbstreinigende Eigenschaften vorsehen.
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5 ist eine Querschnittansicht, die ein beispielhaftes selbstreinigendes Material zeigt, das einen Blazewinkel 20 für einen streifenden Einfall des Lichts 130 aufweist und gemäß wenigstens einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angeordnet ist. Der oben beschriebene Blazewinkel 20 entspricht dem Beugungsgitter 105 der selbstreinigenden Schicht 110. Bei einer Beleuchtungsbedingung, in der das einfallende Licht 130 im wesentlichen parallel zu der Fläche 310 des Substrats 100 ist (d. h. bei einem streifenden Einfall bzw. einem großen Einfallswinkel), können die selbstreinigenden Eigenschaften der selbstreinigenden Schicht 110 bei größeren Werten des Blazewinkels 20 gesteigert werden, bei denen das einfallende Licht 130 beinahe senkrecht zu den Flächen des den Blazewinkel 20 bildenden Beugungsgitters 105 sein kann. Zum Beispiel kann bei einer selbstreinigenden Keramikfliese, die mit einer vertikalen Ausrichtung wie etwa an einer Wand verwendet wird, unter denselben Beleuchtungsbedingungen wie zuvor mit Bezug auf das Beispiel von 4 beschrieben der Einfallswinkel 20 des die Fläche beleuchtenden Lichts groß sein und sich einem streifenden Einfall annähern. Ein selbstreinigendes Material 10 mit einem großen Blazewinkel 30 kann effiziente selbstreinigende Eigenschaften für die selbstreinigende Keramikfliese mit einer vertikalen Ausrichtung vorsehen.
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7 ist eine Querschnittansicht, die ein beispielhaftes selbstreinigendes Material 10 zeigt, das gemäß wenigstens einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angeordnet ist, wobei mehrere Flächen 730, 740 des Substrats 100 eine selbstreinigende Schicht 110, 210 enthalten. Die selbstreinigende Schicht 110 kann auf einer ersten Fläche 730 des Substrats 100 ausgebildet sein und umfasst ein erstes Beugungsgitter 105. Die selbstreinigende Schicht 210 kann auf einer zweiten Fläche 740 des Substrats 100 ausgebildet sein und umfasst ein zweites Beugungsgitter 705. Die Flächen 730, 740 sind in 7 parallel auf gegenüberliegenden Seiten des Substrats 100 gezeigt, wobei die Erfindung jedoch nicht hierauf beschränkt ist. Zum Beispiel können bei einem würfelförmigen Substrat zwei benachbarte Flächen des Würfels mit einer selbstreinigenden Schicht versehen sein (z. B. weist ein Block aus einem Baumaterial für eine Ecke zwei benachbarte Außenseiten auf). Entsprechend können einige Ausführungsformen ein selbstreinigendes Material 10 enthalten, bei dem mehr als zwei Flächen des Substrats eine selbstreinigende Schicht aufweisen.
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Wie weiterhin in 7 gezeigt, können die selbstreinigenden Schichten 110, 210 aus demselben Material bestehen oder kann alternativ hierzu die selbstreinigende Schicht 110 aus einem anderen Material bestehen als die selbstreinigende Schicht 210. In einigen Ausführungsformen können die selbstreinigenden Schichten 110, 210 auf der Basis des Umwelttyps oder der für die Flächen 730, 740 gewünschten selbstreinigende Eigenschaften des selbstreinigenden Materials 10 gewählt werden. Zum Beispiel kann eine Fläche des selbstreinigenden Materials 10 einer kontrollierten Umwelt ausgesetzt sein, während eine andere Fläche des selbstreinigenden Materials einer unkontrollierten Umwelt ausgesetzt sein kann. In der kontrollierten Umwelt können photokatalytische Eigenschaften verwendet werden, um die Oberflächen zu desinfizieren, während in der unkontrollierten Umwelt hydrophile Eigenschaften verwendet werden können, um die Oberfläche rein zu halten.
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8 ist eine Querschnittansicht, die ein selbstreinigendes Material 10 zeigt, das gemäß wenigstens einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angeordnet ist, wobei mehrere Flächen 830, 840 des Substrats 100 eine selbstreinigende Schicht 110, 810 enthalten, die Beugungsgitter 105, 805 mit Blazewinkeln 630, 640 aufweisen. Die selbstreinigende Schicht 110 kann auf einer ersten Fläche 830 des Substrats 100 ausgebildet sein und kann ein Beugungsgitter 105 mit einem ersten Blazewinkel 630, einem ersten Abstand 650 und einer ersten Amplitude 655 enthalten. Die selbstreinigende Schicht 810 kann auf einer zweiten Fläche 840 des Substrats 100 ausgebildet sein und kann ein Bezugungsgitter 805 mit einem zweiten Blazewinkel 640, einem zweiten Abstand 660 und einer zweiten Amplitude 665 aufweisen. Wie zuvor mit Bezug auf 7 erläutert, müssen die Flächen 830, 840 nicht wie in 8 gezeigt parallel auf gegenüberliegenden Seiten des Substrats 10 vorgesehen sein. Außerdem können einige Ausführungsformen ein selbstreinigendes Material 10 enthalten, in dem mehr als zwei Flächen des Substrats eine selbstreinigende Schicht aufweisen können.
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Wie weiterhin in 8 gezeigt, können die selbstreinigenden Schichten 110, 810 aus demselben Material bestehen oder kann alternativ hierzu die selbstreinigende Schicht 110 aus einem anderen Material bestehen als die selbstreinigende Schicht 810. Die Blazewinkel 630, 640 sowie die anderen Eigenschaften wie etwa die Abstände 650, 660 und die Amplituden 655, 665 der Beugungsgitter 105, 805 können auf der Basis der erwarteten oder wahrscheinlichsten Beleuchtungsbedingungen der entsprechenden Flächen gewählt werden. So kann zum Beispiel in der Ausführungsform von 8 der Blazewinkel 630 für die erste selbstreinigende Schicht 110 wesentlich größer sein als der Blazewinkel 640 für die zweite selbstreinigende Schicht 810. Entsprechend kann die Amplitude 655 für das erste Beugungsgitter 105 anders sein als die Amplitude 665 für das zweite Beugungsgitter 805. In 8 kann die zweite Fläche 840 des selbstreinigenden Materials 10 gewöhnlich durch ein Licht 680 mit einem normalen Einfallswinkel beleuchtet werden, sodass ein kleiner Blazewinkel 840 verwendet wird. Dagegen kann die zweite Fläche 830 des selbstreinigenden Materials 10 mit einem streifenden Einfallswinkel beleuchtet werden, sodass ein großer Blazewinkel 830 verwendet wird. Zum Beispiel kann bei einem selbstreinigenden Material mit einer vertikalen Ausrichtung (wie etwa bei einem selbstreinigenden Glas in einem Fenster) die direkte Beleuchtung der Außenfläche des Fensters durch das Sonnenlicht als eine streifende Beleuchtung (mit einem großen Einfallswinkel) betrachtet werden, während die Beleuchtung der Innenseite des Fensters durch die im Innenraum vorgesehenen Leuchten einen viel kleineren Einfallswinkel aufweisen kann.
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6 ist eine Querschnittansicht, die ein selbstreinigendes Material 10 zeigt, das gemäß wenigstens einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angeordnet ist und ein Phasengitter verwendet. Das selbstreinigende Material 10 kann ein Substrat 100 und wenigstens eine selbstreinigende Schicht 110 enthalten. In einigen Ausführungsformen kann ein Phasengitter 300 in der selbstreinigenden Schicht 110 ausgebildet sein, sodass die Fläche 420 der selbstreinigenden Schicht 110 im Wesentlichen planar sein kann (wenn das Substrat im Wesentlichen planar ist) oder im Wesentlichen der Fläche 310 des Substrats 100 entsprechen kann (wenn das Substrat nicht planar ist). Die Eigenschaften des Phasengitters 300 wie etwa der Gitterabstand 140 können ausgewählt werden, um das auf die Fläche des selbstreinigenden Materials 10 einfallende Licht effizienter zu koppeln, und können angeordnet werden, um die selbstreinigenden Eigenschaften der selbstreinigenden Schicht 110 zu steigern.
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Der hier beschriebene Gegenstand wird gelegentlich derart veranschaulicht, dass verschiedene Komponenten in anderen Komponenten enthalten oder mit denselben verbunden sind. Es ist zu beachten, dass die hier beschriebenen Architekturen lediglich beispielhaft aufzufassen sind und dass auch viele andere Architekturen implementiert werden können, um dieselbe Funktion zu erzielen. In einem konzeptuellen Sinn kann eine beliebige Anordnung von Komponenten effektiv miteinander assoziiert werden, um die gewünschte Funktion zu erzielen. Dementsprechend können zwei beliebige Komponenten, die miteinander kombiniert sind, um eine bestimmte Funktion zu erfüllen, als derart „miteinander assoziiert” betrachtet werden, dass die gewünschte Funktion unabhängig von den Architekturen oder den verwendeten Zwischenkomponenten erfüllt wird. Weiterhin können zwei beliebige, derart assoziierte Komponenten als „operativ verbunden” oder „operativ gekoppelt” für die Erfüllung einer gewünschten Funktion betrachtet werden. Und zwei beliebige Komponenten, die derart assoziiert werden können, können als „operativ koppelbar” für die Erfüllung der gewünschten Funktion betrachtet werden. Beispiele für operativ koppelbare Komponenten sind Komponenten, die physikalisch, drahtlos und/oder logisch miteinander interagieren können.
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Was die Verwendung der Singular- und/oder Pluralformen von Einheiten in der vorliegenden Beschreibung betrifft, sollte dem Fachmann deutlich sein, dass in verschiedenen Kontexten und/oder Anwendungen zwischen den Singular- und Pluralformen gewechselt werden kann. Gelegentlich wird auch ausdrücklich auf den möglichen Wechsel zwischen den Singular- und Pluralformen aufmerksam gemacht.
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Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass die hier verwendete Terminologie insbesondere in den angehängten Ansprüchen allgemein in einem weiten Sinne zu interpretieren ist (z. B. ist die Formulierung „enthält” allgemein als „enthält, aber ist nicht beschränkt auf” zu interpretieren und ist die Formulierung „aufweist” als „weist wenigstens auf” zu interpretieren, usw). Weiterhin sollte der Fachmann beachten, dass in den Ansprüchen nur dann von einer bestimmten Anzahl von Elementen auszugehen ist, wenn diese ausdrücklich angegeben ist. Wenn keine Mengenangaben gemacht werden, ist die Menge der Elemente nicht näher eingeschränkt. Zum Beispiel können in den beigefügten Ansprüchen die Formulierungen „wenigstens ein” oder „ein oder mehr” verwendet werden. Das bedeutet aber nicht, dass bei der Verwendung von unbestimmten Artikeln an anderen Stellen nur von einer einzelnen Einheit auszugehen ist (d. h. auch die Verwendung des unbestimmten Artikels ist als „wenigstens ein” oder „ein oder mehr” zu interpretieren). Dasselbe gilt für bestimmte Artikel. Und auch wenn eine bestimmte Anzahl genannt wird, sollte dem Fachmann deutlich sein, dass diese Anzahl als Mindestanzahl zu interpretieren ist (wenn also von „zwei” Einheiten gesprochen wird, ist dies als „mindestens zwei” Einheiten oder „zwei oder mehr” Einheiten zu interpretieren). Und wenn die Formulierung „A, B und/oder C” gewählt ist, ist dies der allgemeinen Konvention folgend derart zu interpretieren, dass zum Beispiel „ein System mit A, B und/oder C” jeweils ein System mit nur A, nur B, nur C, A und B, A und C, B und C, oder A, B und C sein kann. Und wenn die Formulierung „A, B und/oder C” gewählt ist, ist dies der allgemeinen Konvention folgend ebenfalls derart zu interpretieren, dass zum Beispiel „ein System mit A, B und/oder C” jeweils ein System mit nur A, nur B, nur C, A und B, A und C, B und C, oder A, B und C sein kann. Weiterhin sollte der Fachmann beachten, dass bei einer Nebeneinanderstellung von zwei alternativen Einheiten in der Beschreibung, in den Ansprüchen und in den Zeichnungen jeweils davon auszugehen ist, dass entweder nur eine der Einheiten oder beide Einheiten vorgesehen sein können. So ist die Phrase „A oder B” derart zu verstehen, dass nur A, nur B oder aber A und B vorgesehen sein können.
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Vorstehend wurden verschiedene bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, wobei dem Fachmann deutlich sein sollte, dass auch viele verschiedene alternative und/oder äquivalente Ausführungsformen oder Implementierungen anstelle der beschriebenen Ausführungsformen gewählt werden können, um die Zielsetzung zu erreichen, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird. Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass die Ausführungsformen der Offenbarung auf viele verschiedene Weisen implementiert werden können. Die vorliegende Anmeldung deckt beliebige Adaptionen oder Variationen der hier beschriebenen Ausführungsformen ab. Die möglichen Ausführungsformen der Offenbarung werden nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente begrenzt.
