JP2012530028A - 自己洗浄表面 - Google Patents

Abstract

【課題】
自己洗浄表面と、疎水特性及び親水特性のうちの１つ又は複数を有する自己洗浄表面を形成する方法と、を提示する。
【解決手段】
自己洗浄表面と、疎水特性及び親水特性のうちの１つ又は複数を有する自己洗浄表面を形成する方法と、が提示される。自己洗浄表面は、基材上に付される第１のナノ粒子から形成された第１の層を備える。次いで第１のナノ粒子に付着する第２のナノ粒子の第２の層が第１の層上に形成される。
【選択図】図７

Description

本明細書で説明される実施形態は、自己洗浄表面に関する。より具体的には、実施形態は、水及び他の汚染物質をはじき、及び／又は光触媒作用を有する自己洗浄表面に関する。

スイレンと称されることも多いハスの葉は、乾燥した状態ときれいな状態を保つ能力を持つものとしてよく知られている。水がハスの葉に落ちると、水は転がって葉の表面から離れる。水が葉の表面を転がり落ちるときに、同時に葉の表面を「洗う」ことができる。そのため、ハスの葉は、水と汚染物質の両方をはじくという利点を有する。

ハスの葉は、肉眼ではワックスがかかっているように見えることがあるが、その表面には微小隆起があり、これが水と汚染物質をはじく能力をハスの葉に付与している。これらの特性により、ハスの葉は、水と汚染物質の両方をはじく。しかし、類似の性質を持つ表面を形成又は作製する機能は、よくわかっていない。

自己洗浄表面を形成するために使用することができる基材を例示する図である。 膨張状態の体積変化材料でコーティングされたナノ粒子の一例を示す図である。 体積変化材料からの水損失の効果を現した後の図２Ａに例示されているナノ粒子を示す図である。 基材に付されたコーティング済みナノ粒子の一例を示す図である。 基材に付されたコーティング済みナノ粒子の上面図である。 コーティング済みナノ粒子の外殻が体積を減らされるか、又は取り除かれた後の表面を示す、また外殻が基材上のナノ粒子間に間隔をあけうることを例示する上面図である。 ナノ粒子が異なるパターンで、又は非対称的に、基材上に配列されうることを例示する図である。 追加のナノ粒子が自己洗浄表面に付けられている自己洗浄表面の一実施形態を例示する図である。 自己洗浄表面を形成するための方法の例示的な一実施形態の流れ図である。

以下の詳細な説明では、詳細な説明の一部をなす、添付の図面が参照される。図面中の類似の符合は、典型的には、文脈上別のものを示していない限り類似のコンポーネントを明示する。詳細な説明、図面、及び請求項で説明されている例示的な実施形態は、制限することを意図されていない。他の実施形態も利用することができ、また本明細書に提示されている発明対象の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他の変更を加えることができる。本明細書で一般的に説明され、また図に例示されているような本開示の態様は、さまざまな異なる構成によるさまざまな配置、置換、組合せ、分離、設計が可能であり、すべて本明細書において明示的に企図されることが容易に理解されよう。

本明細書に記載されている実施形態は、表面に関するものであり、またさまざまな性質を付与するか、あるいはいくつかの特性を持つように構成された表面を形成又は作成するための方法に関するものである。単なる例であるが、表面は、疎水性及び／又は親水性とすることができる。その結果、実施形態は、撥水性、汚染物質をはじく性質、防汚性など、又はこれらの組合せの性質を持ちうる表面に関する。一般に、これらの表面は、本明細書では自己洗浄表面と称される。その結果、自己洗浄表面は、これらの特性又は性質を有する表面であるものとしてよい。

本明細書に記載されている実施形態は、疎水性又は超疎水性表面にさらに関係する。これらの実施形態では、水は表面と９０度を超える、１５０度を超える、１６０度を超える、９０から１７０〜１８０度の範囲内の、約９０度から約１７５度までの範囲内などの大きさの接触角を有するものとしてよい。接触角は、疎水性又は超疎水性を付与する十分な大きさであるものとしてよい。それと同時に、いくつかの実施形態では、表面は親水性又は少なくとも部分的に親水性を有するものとすることができる。

表面の実施形態の疎水性の態様は、表面に自己洗浄性を付与するために使用することができ、一例では撥水性、及び／又は汚染物質をはじく性質を有する表面を構成する。表面の実施形態の親水性の態様も自己洗浄性を有することができる。表面の親水性の態様は、表面に含まれる適切なナノ粒子が媒介する水からの光触媒変換から発生しうる、反応性ラジカル（例えば、ＯＨラジカル）を使用して汚れなどの汚染物質を分解することができる。

図１は、表面が形成されうる基材１００の一例を示す図である。基材１００は、ガラス、又は金属、セラミックなどの他の材料から形成されうる。基材１００は、平坦なものであるか、又は湾曲した形状、角張った形状などを含む異なる形状を有することができる。その結果得られる表面は、親水性及び／又は疎水性を有し、及び／又は他の汚染物質をはじくものとしてよいので、この表面は、建設、製造（例えば、自動車）、及び他の用途で使用することができるか、あるいはこれらの用途で使用される材料に適用することができる。基材１００の形状は、これらの用途に適合させることも可能である。いくつかの場合において、基材１００は剛体であってよいが、基材１００は、いくつかの実施形態では柔軟性を有していてもよい。それに加えて、基材１００は、自己洗浄表面を上に形成する前に任意の形状を取りうる。

図２Ａは、膨張状態にある体積変化材料でコーティングされたナノ粒子１１４の一例を示している。ナノ粒子１１４は、基材１００などの基材上に表面を形成するために使用することができる。ナノ粒子１１４は、ケイ素又は他の半導体材料又は二酸化ケイ素ＳｉＯ₂などの酸化された材料を含む、さまざまな材料から形成されうる。図２Ａでは、ナノ粒子１１４は、コーティングされるか、又は外殻１１２で覆われ、コーティングされたナノ粒子１１０を形成している。

外殻１１２は、ポリマー殻、例えばヒドロゲルから形成されうる。ヒドロゲルは、水を吸収し、水の吸収により体積を大きく変化させうる任意の材料でよい。一実施形態では、ヒドロゲルは水を吸収して、そのサイズを少なくとも約５０体積％、あるいは少なくとも約７５体積％、さらには少なくとも約１００体積％以上増大することさえできる。体積の増大は、加減することができ、いくつかの例では、表面を形成する前に決定できる。以下でさらに詳しく説明するように、体積の増大は、基材１００などの基材に付されたときにナノ粒子１１４の間の所望の間隔に応じて決定されうる。

ヒドロゲルは、典型的には、水が分散媒であるコロイド状ゲルを形成することができる不水溶性高分子材料である。ヒドロゲルに含まれうる材料の例として、限定はしないが、ポリビニルアルコール、及びポリアクリル酸ナトリウムなどのアクリレートが挙げられる。一実施形態では、ヒドロゲルは感熱性を有するものとすることができる。感熱性ヒドロゲルは、温度に依存する吸水能力を有する（つまり、水損失の効果の出現は特定の温度範囲において実質的に非線形である）。好適な感熱ヒドロゲルの一例として、限定はしないが、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）が挙げられる。一実施形態では、感熱性ヒドロゲルは、約１５℃から約３０℃までの範囲内の、あるいは約２０℃から約２５℃までの範囲内の、水損失の効果を現す。

図２Ｂは、体積変化材料からの水損失が開始した後のナノ粒子１１４を示す図である。図２Ｂにおいて、コーティング済みナノ粒子１１０の体積の変化は、水が外殻１１２から放出されるときに発生し、コーティング済みナノ粒子１１０は、膨張状態から縮小状態に変化する。ヒドロゲル又は他の体積変化材料の体積が減少するに従って、ヒドロゲルの外殻１１２は、著しく縮小するか、又はさらにはナノ粒子１１４から完全に取り除かれることさえありうる。よって、図２Ａに例示されているナノ粒子１１４は、外殻１１２からの水損失が発生する温度又は温度範囲より低い温度で、ヒドロゲルでコーティングされ、コーティング済みナノ粒子１１０を形成することができる。以下で説明するように、温度が上昇するにつれ、水損失が発生し、ナノ粒子１１４が基材１００上に残る。ナノ粒子１１４は、外殻１１２の寸法に応じて基材１００上に間隔をあけて配置されうる。

図３は、基材１００などの基材に付されたコーティング済みナノ粒子１１０の一例を示している。図３は、基材１００上に堆積させたコーティング済みナノ粒子１１０の斜視図でもある。コーティング済みナノ粒子１１０は、例えば、スプレーするか、又は基材１００を溶液もしくは混合液中に浸漬することによって堆積させるか塗布することができる。基材１１０上にコーティング済みナノ粒子１１０をスプレーするか、又は他の何らかの方法で置くことによって、撥水性、汚染物質をはじく、光触媒性、疎水性、親水性、防汚性などの性質、又はこれらを組み合わせた性質のものとしてよい自己洗浄表面１２０を形成するプロセスを開始する。

図４Ａ及び４Ｂは、図３の自己洗浄表面１２０の上面図を例示している。より具体的には、図４Ａは、基材１００に付されたコーティング済みナノ粒子１１０の上面図を例示している。図４Ｂは、コーティング済みナノ粒子１１０の外殻が体積を減らすか、又は取り除かれた後の表面１２０の上面図を例示している。図４Ｂは、これらの外殻により基材上のナノ粒子間に間隔をあけることができることも示している。

図４Ａは、コーティング済みナノ粒子１１０が基材１００にスプレーされるか、又は他の何らかの形で付された後の表面１２０を例示している。この例では、外殻１１２は、基材１００上のナノ粒子１１４の間隔をあける。基材１００上のナノ粒子１１４の間隔をあけることで、自己洗浄表面１２０の疎水性を高めることができる。

外殻１１２の寸法は、ナノ粒子１１４間の間隔を定める。その結果、間隔の寸法は、外殻１１２の寸法及び／又は体積を制御することによって制御されうる。外殻１１２の寸法は、例えば、ヒドロゲルの水の量を制御することによって制御することができる。外殻１１２の体積又は寸法、さらにはいくつかの実施形態ではナノ粒子１１４のサイズを制御することによって、自己洗浄表面１２０の疎水性を設定することができる。

一実施形態では、ナノ粒子１１４のサイズは、約２００ナノメートルから約２ミクロンまでの範囲内とすることができる。外殻１１２の厚さ（水を吸収した後の）は、約２００ナノメートルから約１ミクロンまでの範囲とすることができる。表面１２０では、ナノ粒子１１４のサイズは、表面１２０上のナノ粒子１１４のすべてについて実質的に一定であるものとしてよい。あるいは、表面１２０上のナノ粒子１１４のサイズは変化してもよい。

図４Ｂは、外殻１１２が取り除かれた後もナノ粒子１１４は間隔をあけたままであり、ナノ粒子１１４は基材１００上に残されることを例示している。図４Ｂは、ナノ粒子１１４が基材１００上に一定のパターン１３０で配列されていることをさらに例示している。この例では、寸法１２２及び１２４は、同じであっても異なっていてもよい。一実施形態では、ヒドロゲル殻１１２が取り除かれるか、又は縮んだ後に基材１００上に堆積されるナノ粒子１１４のパターン１３０は、基材１００上に付されたときに外殻１１２が配列する仕方によって決定されうる。その結果、パターン１３０は、対称的な態様を有するだけでなく、非対称な態様をも有することができる。そのため、パターン１３０は、対称的であるか、又は非対称的であるか、又はその組合せであるものとしてよい。さらに、パターン１３０は、外殻１１２の寸法が変化するとともに変化しうる。

図５は、ナノ粒子１１４が異なるパターンで、又は非対称的に、基材上１００に配列されうることを例示している。言い換えると、ナノ粒子１１４のパターン１３０は、可変であり、幾何学的に、対称的に、非対称的に、ランダムなど、又はこれらの組合せで配列されうる。例えば、パターン１３０は、正方形、矩形、六角形、八角形、三角形などの形状のものとすることができる。それに加えて、パターン１３０は、コーティング済みナノ粒子１１０が基材上に付されるか、又はスプレーされるか、又は他の何らかの方法で堆積されるときに制御されるか、又は部分的に制御されるものとしてよい。例えば、異なる寸法のコーティング済みナノ粒子１１０を使用すると、結果として、パターン１３０はナノ粒子１１０が実質的に同じ寸法を有する状況と異なることになる可能性がある。すでに述べているように、パターン１３０はランダムであるか、又は部分的にランダムであってよい。例えば、ナノ粒子１１４間の距離も、さまざまな外殻の寸法も変わることがあるため変化しうる。

コーティング済みナノ粒子１１０が基材１００に付された後、表面１２０又はコーティング済みナノ粒子１１０を乾燥させ、及び／又は焼成する。コーティング済みナノ粒子１１０を乾燥させることで、外殻１１２を取り除く（例えば、水損失の開始を起こす）か、又は外殻１１２の体積を実質的に減らすことができる。コーティング済みナノ粒子１１０を乾燥させるか、又は表面１２０を焼成することによっても、ナノ粒子１１４を基材１００に貼り付けるか、又は部分的に貼り付けることができる。いったん基材１００に貼り付けるか、付着させてしまうと、ナノ粒子１１４は容易には取り除けない。コーティング済みナノ粒子１１０を乾燥させ、及び／又は焼成した後、表面１２０は、基材１００に貼り付けられ間隔をあけたナノ粒子１１４を含む。

ナノ粒子１１４を基材１００に付すこの態様では、表面１２０に疎水性を付与することができる。

図６は、追加のナノ粒子が自己洗浄表面に付されている自己洗浄表面の一実施形態を例示している。ナノ粒子１１４を基材１００に貼り付けた後、基材１００に付着されるか、又は他の何らかの方法で連結されているナノ粒子１１４に混合物を付すことができる。

混合物は、ナノ粒子１１４よりサイズが典型的には小さいナノ粒子１４２を含みうる。混合物中のナノ粒子１４２は、二酸化チタン（ＴｉＯ₂）ナノ粒子とすることができるが、これは例に過ぎない。混合物中のナノ粒子１４２は、光触媒性又は防汚性を有するものとすることができる。ナノ粒子１４２を表面１２０上にスプレーするか、又は表面１２０を混合物中に浸漬するか、又は他の方法で付すことができる。混合物は、一例では、コロイド混合物であってよい。

一例では、ゾル−ナノ粒子混合物のスピンコーティングを使用して、ナノ粒子１４２を表面１２０上に付すことができる。混合物は、ナノ粒子１４２を表面１２０上に分散させた状態を保つ十分な粘度を有することができる。粘度が十分であれば、ナノ粒子１４２は、表面１２０の上に、またナノ粒子１１４上に実質的に均一に分散されたままとなる。一実施形態では、ポリマーを混合物中に加えて、混合物の粘度を高め、表面１２０上、及び／又はナノ粒子１１４上のナノ粒子１４２の一様な分布を増強することができる。

ナノ粒子１４２は、いくつかの実施形態では、ランダムなパターンでナノ粒子１１４に付着するか、又は間隔をあけて配置されることができる。すでに示されているように、ナノ粒子１４２は、ナノ粒子１１４に付着したときに実質的に一様に分散させることができる。

混合物中のナノ粒子１４２は、ナノ粒子１１４上のナノ粒子１４２の密度を決定する密度を有するものとしてよい。

ナノ粒子１４２のサイズは、約５ナノメートルから約２００ナノメートルまでの範囲内とすることができる。いくつかの実施形態では、ナノ粒子１４２は、典型的には、ナノ粒子１１４よりサイズが小さい。

ナノ粒子１４２は、ナノ粒子１１４上にナノロッド又は突起部を形成することができる。この例では、ナノ粒子１１４は、第１の層を基材１００上に形成し、ナノ粒子１４２は、本明細書に記載されているように第１の層上に形成された第２の層を形成する。

ナノ粒子１４２が、ＴｉＯ₂から形成されるか、又は水からの光触媒変換を可能にしうる他の材料から形成された場合、ナノ粒子１４２は、親水性を表面１４０に付与することができ、これはナノ粒子１４２を付した後の表面１２０の一例である。そのため、ナノ粒子１１４の第１の層は、表面１４０に疎水性又は疎水特性を付与し、ナノ粒子１４２の第２の層は、表面１４０に親水性を付与しうる。

その結果、表面１４０は、自己洗浄特性（例えば、防汚性、撥水性、及び汚染物質をはじく性質）を有することができる。水及び他の汚染物質は、疎水性の態様を介してはじくことができ、及び／又は例えば、ナノ粒子１４２を形成するために使用されるＴｉＯ₂によって媒介される水からの光触媒変換から生成される反応性ラジカルを使用して汚染物質を分解することができる。

次いで、表面１４０は、図６に例示されているように、二度目に焼成され、自己洗浄特性を持つ表面１４０を完成する。図６に示されているように、表面１４０を焼成することでナノ粒子１４２を表面１４０内のナノ粒子１１４に貼り付けることができる。より具体的には、図６は、ナノ粒子１１４に連結又は付着したナノ粒子１４２を例示している。いくつかの実施形態では、混合物は、基材１００の表面上にＴｉＯ₂などの材料の層１４４を残すことができる。

図７は、自己洗浄表面を形成するための方法の例示的な一実施形態の流れ図である。ブロック１６０から始めて、二酸化ケイ素ナノ粒子などの第１のナノ粒子をヒドロゲルなどの体積変化材料内にコーティングする。ナノ粒子をコーティングすることで、ナノ粒子を体積変化材料の外殻内に入れる。次いで、ブロック１６２において、コーティングされたナノ粒子を基材に付す。コーティング済みナノ粒子が基材に付されると、それらの外殻により、ナノ粒子が基材上に間隔をあけて配置される。

この間隔が、自己洗浄表面に微小隆起を効果的に持たせる有利な働きをし、表面に疎水性を付与することができる。

ブロック１６４で、表面を乾燥させ、及び／又は焼成する。表面を乾燥させることで、体積変化材料に体積の変化を生じさせることができる。例えば、いくつかのヒドロゲルでは、水が放出され、外殻がそのサイズを縮め、及び／又は表面から取り除かれるか、又はいくつかの実施形態ではナノ粒子から取り除かれる。

プロセスのこの段階で表面を焼成することにより、ナノ粒子を基材に永久的に貼り付けるか、付着させることができる。

ブロック１６６で、ナノ粒子が一実施形態では焼成することによって基材に付着した後、異なるナノ粒子を含む混合物又は溶液を表面に付す。第２のナノ粒子を含む、溶液又は混合物を付して、第２の層を自己洗浄表面上に形成する。第２のナノ粒子は、典型的には、第１のナノ粒子よりも小さい。第２のナノ粒子は、第１のナノ粒子に付着し、これにより、第１のナノ粒子のそれぞれは上に配置されている倍数個の第２のナノ粒子を有することができる。例えば、それぞれの二酸化ケイ素ナノ粒子は、上に配置された複数の二酸化チタン粒子を有することができる。第２のナノ粒子は、第１のナノ粒子の表面上に小さなナノロッド又は他の構造隆起を効果的に形成する。

ブロック１６８で、溶液又は混合物が付された後、表面を二度目に焼成して自己洗浄表面を仕上げる。第２のナノ粒子は、二酸化チタンから形成することができ、親水性を付与することができる。その結果、自己洗浄表面は、疎水性及び／又は親水性の両方を有し、水と汚染物質をはじくだけでなく、二酸化チタンナノ粒子によって媒介される水からの光触媒変換から生成される、ＯＨラジカルなどの反応性ラジカルを使用して汚染物質を分解することができる。第２のナノ粒子はドープ及び／又は非ドープとすることができる。

したがって、自己洗浄表面は、一実施形態では、水及び／又は汚染物質をはじく二酸化チタンナノ粒子を載せた自己洗浄表面を構成する。

当業者であれば、このプロセス及び他のプロセスならびに本明細書で開示されている方法に関して、これらのプロセス及び方法で実行される機能は、異なる順序で実施することができることを理解するであろう。さらに、概要を述べたステップ及び動作は、例としてのみ提示されており、これらのステップ及び動作のいくつかは、開示されている実施形態の本質から逸脱することなく、任意選択であるか、さらに少ないステップ及び動作にまとめられるか、又はステップ及び動作を加えて拡大することができる。

本開示は、さまざまな態様を例示するものとして意図されている、本出願において説明されている特定の実施形態に関して限定されない。多くの修正ならびに変更は、当業者には明らかなように、本明細書の精神及び範囲から逸脱することなく行うことができる。本開示の範囲内で機能的に同等の方法及び装置は、本明細書に列挙されているものに加えて、当業者には前記の説明から明らかであろう。このような修正形態及び変更形態は、添付の請求項の範囲内にあることが意図されている。本開示は、添付の請求項の対象である等価物の全範囲とともに、添付の請求項の用語に関してのみ限定されるものとする。本開示は、もちろん変化しうる、特定の方法、試薬、化合物組成物、又は生体系に限定されない。また、本明細書で使用されている用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、限定的であることを意図されていないことは理解されるべきである。

本明細書における実質的に複数形及び／又は単数形の語の使用に関して、当業者であれば、背景状況及び／又はアプリケーションに応じて適切に、複数形を単数形に、及び／又は単数形を複数形に変えることができる。さまざまな単数形／複数形の置き換えは、本明細書ではわかりやすくするために明示的に述べる場合がある。

当業者であれば、一般に、本明細書で使用されている、また特に添付の請求項（例えば、添付の請求項の本文）で使用されている言い回しは、「制約のない」言い回し（例えば、「含むこと」という言い回しは、「限定はしないが、含むこと」と解釈すべきであり、「有する」という言い回しは、「少なくとも有する」と解釈すべきであり、「含む」という言い回しは、「限定はしないが、含む」と解釈すべきである、など）として一般的に意図されていることを理解されるであろう。さらに、当業者であれば、導入される請求項列挙の特定の数が意図されている場合、そのような意図は、請求項内で明示的に記載され、そのような列挙がない場合は、そのような意図は存在しないことを理解するであろう。例えば、理解の助けとして、以下の添付の請求項に、導入句「少なくとも１つの」及び「１つ又は複数の」の使用を含めて請求項列挙を導入することができる。しかし、英語原文において、このような語句を使用したとしても、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」による請求項列挙の導入によって、たとえその請求項が導入句「１つ又は複数の」又は「少なくとも１つの」、及び「ａ」又は「ａｎ」などの不定冠詞を含むとしても、そのような導入される請求項列挙を含む特定の請求項がそのような列挙を１つしか含まない実施形態に制限されることを意味すると解釈すべきではなく（例えば、「ａ」及び／又は「ａｎ」は、「少なくとも１つの」又は「１つ又は複数の」を意味すると解釈されるべきである）、請求項列挙を導入するために使用される定冠詞の使用についても同じことが成り立つ。それに加えて、特定の数の導入される請求項列挙が明示的に記載されるとしても、当業者であれば、そのような列挙は、少なくとも記載されている数を意味するものと解釈すべきであることを理解するであろう（例えば、他に修飾子を付けない「２つの列挙」という飾りのない列挙は、少なくとも２つの列挙、又は２つ以上の列挙を意味する）。さらに、「Ａ、Ｂ、及びＣなどのうちの少なくとも１つ」に類似の慣例的言い回しが使用される場合、一般的に、このような構文は、当業者がこの慣例的言い回しを理解するという意味で意図されたものである（例えば、「Ａ、Ｂ、及びＣのうちの少なくとも１つを有するシステム」は、限定はしないが、Ａだけ、Ｂだけ、Ｃだけ、Ａ及びＢを一緒に、Ａ及びＣを一緒に、Ｂ及びＣを一緒に、及び／又はＡ、Ｂ、及びＣを一緒に、などを有するシステムを含む）。「Ａ、Ｂ、又はＣなどのうちの少なくとも１つ」に類似の慣例的言い回しが使用される場合、一般的に、このような構文は、当業者がこの慣例的言い回しを理解するという意味で意図されたものである（例えば、「Ａ、Ｂ、又はＣのうちの少なくとも１つを有するシステム」は、限定はしないが、Ａだけ、Ｂだけ、Ｃだけ、Ａ及びＢを一緒に、Ａ及びＣを一緒に、Ｂ及びＣを一緒に、及び／又はＡ、Ｂ、及びＣを一緒に、などを有するシステムを含む）。さらに、当業者であれば、説明中であろうと、請求項中であろうと、図面中であろうと２つ以上の代替語を示す実質的に任意の離接語又は語句は、複数の語のうちの１つ、複数の語いずれか、又は両方の語を含む可能性を企図するものと理解されるべきであることを理解するであろう。例えば、語句「Ａ又はＢ」は、「Ａ」又は「Ｂ」又は「Ａ及びＢ」の可能性を含むと理解される。

それに加えて、本開示の特徴又は態様がマーカッシュグループに関して説明されている場合、本開示は、これにより、マーカッシュグループの個別のメンバー又はメンバーのサブグループに関しても説明されることは当業者であれば理解するであろう。

当業者であれば理解するように、書面による明細書を提示することに関してなど、あらゆる目的について、本明細書で開示されているすべての範囲は、あらゆる可能な部分範囲及びそれらの部分範囲の組合せを包含する。リストされている範囲は、同じ範囲を少なくとも２等分、３等分、４等分、５等分、１０等分などに分割することを十分に記述し、またそのように分割することを可能にする範囲であると容易に理解できる。非限定的な例として、本明細書に記載されているそれぞれの範囲は、下３分の１、中３分の１、及び上３分の１などに容易に分割できる。当業者であれば理解するように、「最大〜まで」、「少なくとも」、及び同様の語句などのすべての言い回しは、記載されている数を含み、上で説明したようにその後いくつかの部分範囲に分割することができる範囲を指す。最後に、当業者であれば理解するように、範囲はそれぞれの個別のメンバーを含む。したがって、例えば、１〜３個のセルを持つ１つのグループは、１、２、又は３個のセルを持ついくつかのグループを指す。同様に、１〜５個のセルを持つ１つのグループは、１、２、３、４、又は５個のセルを持ついくつかのグループを指す。

上記の説明から、本開示のさまざまな実施形態が例示することを目的として本明細書において説明されていること、また本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなくさまざまな修正を加えることができることが理解されるであろう。したがって、本明細書で開示されているさまざまな実施形態は、制限することを意図しておらず、真の範囲及び趣旨は以下の請求項によって示される。

Claims (21)

1. 自己洗浄表面を形成するための方法であって、
   第１のナノ粒子を、前記第１のナノ粒子の少なくとも大部分がそれぞれ外殻内に入れられるようにコーティングすることと、
   前記コーディングされた第１のナノ粒子を基材に付すことであって、前記外殻が前記基材に付された前記第１のナノ粒子同士の間に間隔を設けることと、
   前記外殻の少なくとも一部を取り除くことと、
   第２のナノ粒子を含む混合物を前記基材の前記表面上の前記間隔をあけた第１のナノ粒子に付することと、
   前記表面を焼成して自己洗浄表面を構成することと、
   を含む方法。
2. 前記第１のナノ粒子がＳｉＯ₂を含み、第２のナノ粒子がＴｉＯ₂を含む請求項１に記載の方法。
3. 第１のナノ粒子を、前記ナノ粒子の少なくとも大部分がそれぞれ外殻内に入れられるようにコーティングすることが、少なくとも温度に応じて体積変化を生じる材料で前記第１のナノ粒子をコーティングすることを含む請求項１に記載の方法。
4. 前記体積変化を生じる材料が、ヒドロゲルを含む請求項３に記載の方法。
5. コーティングされた第１のナノ粒子を基材に付することが、前記コーティングされた第１のナノ粒子を前記基材にスプレーすることを含む請求項１に記載の方法。
6. 前記基材が、ガラス、セラミック、又は金属のうちの少なくとも１つを含む請求項５に記載の方法。
7. 前記外殻を取り除くことが、前記コーティングされた第１のナノ粒子を乾燥させて前記外殻を取り除き、前記第１のナノ粒子が前記外殻の寸法に応じて前記基材上に間隔をあけて配置されるようにすることをさらに含む請求項１に記載の方法。
8. 混合物を付することが、ＴｉＯ₂混合物を前記第１のナノ粒子に付することをさらに含み、前記第２のナノ粒子が、ＴｉＯ₂ナノ粒子を含み、前記ＴｉＯ₂混合物は、ドープ又は非ドープの一方である請求項１に記載の方法。
9. 前記ＴｉＯ₂ナノ粒子が、ＳｉＯ₂ナノ粒子に付着して、ＴｉＯ₂光触媒ナノ粒子を載せた表面を形成する請求項８に記載の方法。
10. 前記第１のナノ粒子が、前記自己洗浄表面に疎水性を付与し、前記第２のナノ粒子が、前記自己洗浄表面に親水性を付与する請求項１に記載の方法。
11. 基材と、
    前記基材上に配置された複数の第１のナノ粒子から形成された第１の層であって、前記第１のナノ粒子が前記基材上に間隔をあけて配置され、微小隆起を形成する、第１の層と、
    前記第１の層に付され、前記第１のナノ粒子に付着する複数の第２のナノ粒子から形成された第２の層であって、前記第２のナノ粒子は前記微小隆起上にナノロッドを形成する、第２の層と、
    を備える自己洗浄表面。
12. 前記第１のナノ粒子がＳｉＯ₂粒子を含み、第２のナノ粒子がＴｉＯ₂粒子を含む請求項１１に記載の自己洗浄表面。
13. 前記基材が、ガラス、セラミック、又は金属のうちの少なくとも１つを含む請求項１１に記載の自己洗浄表面。
14. 前記複数の第１のナノ粒子が、前記第１のナノ粒子をポリマー殻内に入れることによって間隔をあけられ、前記ポリマー殻が、前記複数の第２のナノ粒子が前記複数の第１のナノ粒子に付される前に取り除かれる請求項１１に記載の自己洗浄表面。
15. 前記ポリマー殻が、ヒドロゲルを含み、前記ポリマー殻が、乾燥させることによって取り除かれる請求項１１に記載の自己洗浄表面。
16. 前記自己洗浄表面構造を焼成して前記自己洗浄表面を仕上げ、前記第１のナノ粒子が前記自己洗浄表面に少なくとも疎水性を付与し、前記第２のナノ粒子が親水性を付与する請求項１１に記載の自己洗浄表面。
17. 前記第２のナノ粒子によって媒介される水からの光触媒変換から生成される反応性ラジカルを使用して汚染物質を分解する請求項１１に記載の自己洗浄表面。
18. 少なくとも部分的に疎水性であり、約９０度から約１７５度までの範囲の接触角を有する請求項１１に記載の自己洗浄表面。
19. 水及び汚染物質をはじく自己洗浄表面を形成するための方法であって、
    第１のナノ粒子を基材上に間隔をあけて配置することと、
    前記表面上の前記第１のナノ粒子を焼成して、前記第１のナノ粒子を前記基材に固定することと、
    第２のナノ粒子を含む混合物を前記第１のナノ粒子に付して表面構造を形成することと、
    前記表面構造を焼成し、前記表面構造が、少なくとも前記第１のナノ粒子で水をはじき、少なくとも前記第２のナノ粒子で汚染物質を分解するように構成することと、
    を含む方法。
20. 前記表面構造が、疎水性であり、約９０度から約１７５度までの範囲の接触角を有する請求項１９に記載の方法。
21. 第１のナノ粒子を間隔をあけて配置することは、
    前記第１のナノ粒子をポリマー殻でコーティングすることと、
    前記コーディングされた第１のナノ粒子を前記基材に付することと、
    前記第１のナノ粒子が前記ポリマー殻のサイズに応じて間隔をあけて配置されるように前記ポリマー殻を少なくとも部分的に取り除くことと、
    をさらに含む請求項２０に記載の方法。

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