KR20160101114A - 결로 억제층, 이 층을 형성하는 방법, 및 결로 억제 디바이스 - Google Patents

결로 억제층, 이 층을 형성하는 방법, 및 결로 억제 디바이스 Download PDF

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사라 엠. 시몬
존 비. 주니어. 스텟슨
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록키드 마틴 코포레이션
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Abstract

결로 억제층은 전기 변형 액추에이터 필름, 및 상기 전기 변형 액추에이터 필름에 형성된 처리된 표면을 포함하고, 상기 처리된 표면은 복수의 채널을 포함한다. 본 발명의 다른 예시적인 측면은 결로 억제층을 형성하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 전기 변형 액추에이터 필름을 형성하는 단계, 및 상기 전기 변형 액추에이터 필름을 처리하여 상기 전기 변형 액추에이터 필름에 복수의 채널을 포함하는 처리된 표면을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

결로 억제층, 이 층을 형성하는 방법, 및 결로 억제 디바이스{CONDENSATION INHIBITING LAYER, METHOD OF FORMING THE LAYER, AND CONDENSATION INHIBITING DEVICE}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 본 명세서에 병합된 2013년 12월 20일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/919,682에 대한 우선권을 주장한다.
기술 분야
본 발명은 일반적으로 결로 억제층에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전기 변형 액추에이터 필름을 포함하는 결로 억제층에 관한 것이다.
많은 종래의 디바이스는 바람직하게는 결로(예를 들어, 물)와 성애(frost)가 없는 표면을 포함한다. 예를 들어, 미러의 표면에 결로 또는 성애는 미러에서 반사를 어렵게 하고, 유리 윈도우 또는 도어의 표면에 결로 또는 성애는 유리 윈도우 또는 도어의 투명도를 감소시킨다. 이러한 종래의 디바이스는, 예를 들어, 항공기, 자동차, 선박, 잠수함, 산업 장비, 농장 장비(예를 들어, 콤바인 combine), 냉장고(예를 들어, 상업적 냉장고), 냉동기(예를 들어, 상업적 냉동기), 및 빌딩 구조물(예를 들어, 집과 사무실 빌딩)을 포함하고, 안경과 보호 고글을 포함하지만 이들로 제한되지 않는 작은 제품에까지 연장된다.
도 1은 바람직하게는 결로와 성애가 없이 유지되어야 하는 표면을 가지는 물체(101)(예를 들어, 미러, 윈도우, 도어)를 포함하는 종래의 디바이스(100)를 도시한다. 문제는 공기 중 수분이 물체(101)의 표면에서 결로하여(예를 들어, 김서림(fog) 형성 또는 성애 형성) 물체(101)의 외관이나 또는 성능(예를 들어, 투명도)을 감소시킬 때 발생할 수 있다. 예를 들어, 이 표면이 표면의 온도보다 더 높은 온도의 공기에 노출되면, 공기 중 수분이 표면에서 결로할 수 있다.
예를 들어, 종래의 냉장고 도어 또는 냉동기 도어는 도어가 개방될 때(예를 들어, 특별히 습한 환경에서 개방될 때), 공기 중 수분이 도어의 표면에서 결로한다는 점에서 문제된다. 도어가 폐쇄될 때, 결로가 자연 증발하기 전에 여하튼 경감되거나 제거되지 않는 한, 상당한 시간 기간 동안 도어의 표면에 유지된다. 냉장고 또는 냉동기가 예를 들어 슈퍼마켓 매점(grocery store)에서 판매하기 위해 제품을 저장하는데 사용되는 경우, 고객이 도어를 통해 제품을 보는 것이 결로에 의해 방해받을 수 있어서, 고객이 냉장고에 저장된 제품에 실망하고 관심이 없을 수 있다.
여러 종래의 방법이 윈도우 또는 도어의 표면과 같은 표면에 결로와 성애를 억제하는데 사용된다. 예를 들어, 자동차의 리어 윈도우(rear window)는 윈도우를 가열하여 결로를 억제하는 와이어 가열 그리드를 포함할 수 있다. 자동차의 윈드실드는 윈드실드의 내부 표면으로 더운 공기를 불어넣어 윈드실드를 데워서 윈드실드에서 결로를 억제하는 성애 제거 장치를 포함할 수 있다.
다른 종래의 방법은 투명한 부재의 표면에 소수성 코팅(hydrophobic coating)을 도포하는 것이다. 이러한 소수성 코팅은, 예를 들어, 망간 산화물 폴리스티렌(MnO2/PS) 나노-복합물, 아연 산화물 폴리스티렌(ZnO/PS) 나노-복합물, 석출된 칼슘 탄산염, 탄소 나노튜브 구조물, 및 실리카 나노-코팅을 포함할 수 있다.
전술된 종래의 디바이스 및 방법의 상기 및 다른 예시적인 문제, 단점, 및 결점을 고려하여, 본 발명의 예시적인 측면은 결로 억제층에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전기 변형 액추에이터 필름을 포함하는 결로 억제층에 관한 것이다.
본 발명의 예시적인 측면은 전기 변형 액추에이터 필름, 및 상기 투명한 전기 변형 액추에이터 필름에 형성되고 복수의 채널을 포함하는 처리된 표면을 포함하는 결로 억제층에 관한 것이다.
본 발명의 다른 예시적인 측면은 결로 억제층을 형성하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 전기 변형 액추에이터 필름을 형성하는 단계를 형성하는 단계, 및 상기 전기 변형 액추에이터 필름을 처리하여 복수의 채널을 포함하는 처리된 표면을 상기 전기 변형 액추에이터 필름에 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 예시적인 측면은 전기 변형 액추에이터 필름, 및 상기 전기 변형 액추에이터 필름에 형성되고 복수의 채널을 포함하는 처리된 표면을 포함하는 결로 억제층을 포함하는 결로 억제 디바이스에 관한 것이다. 상기 디바이스는 상기 결로 억제층에 전기적으로 연결된 전극을 더 포함한다.
고유하고 신규한 특징에 의해, 본 발명은 표면의 선명도(예를 들어, 투명도)를 신뢰성 있게 달성하고 유지할 수 있고, 구입가능하고, 스케일러블하고, 저에너지이고, 낮은 유지보수이고 가스제거/배출물/오염물이 없는 결로 억제층 및 결로 억제 디바이스를 제공할 수 있다.
상기 및 다른 예시적인 목적, 측면 및 잇점은 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 이하의 상세한 설명으로부터 보다 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 바람직하게는 결로와 성애가 없이 유지되어야 하는 표면을 가지는 물체(101)를 포함하는 종래의 디바이스(100)를 도시하는 도면;
도 2a는 본 발명의 예시적인 측면에 따른 결로 억제층(200)의 평면도를 도시하는 도면;
도 2b는 본 발명의 예시적인 측면에 따른 결로 억제층(200)의 측면도를 도시하는 도면;
도 2c는 본 발명의 다른 예시적인 측면에 따른 복수의 채널(221)을 포함하는 처리된 표면(220)의 평면도;
도 2d는 본 발명의 예시적인 측면에 따른 결로 억제층(200)을 형성하는 방법(250)을 도시하는 도면;
도 3a는 본 발명의 예시적인 측면에 따른 복수의 채널(221)을 포함하는 처리된 표면(220)의 단면도;
도 3b는 본 발명의 다른 예시적인 측면에 따른 복수의 채널(221)을 포함하는 처리된 표면(220)의 단면도;
도 3c는 본 발명의 또 다른 예시적인 측면에 따른 복수의 채널(221)을 포함하는 처리된 표면(220)의 단면도;
도 4a는 본 발명의 예시적인 측면에 따른 결로 억제 디바이스(400)의 사시도;
도 4b는 본 발명의 예시적인 측면에 따른 결로 억제 디바이스(400)의 단면도;
도 5a는 본 발명의 예시적인 측면에 따른 결로 억제 디바이스(500)의 평면도;
도 5b는 본 발명의 예시적인 측면에 따른 결로 억제 디바이스(500)의 단면도;
도 5c는 본 발명의 다른 예시적인 측면에 따른 전극(522)의 일 배열을 도시하는 도면;
도 5d는 본 발명의 예시적인 측면에 따른 전극(522)의 다른 배열을 도시하는 도면;
도 5e는 본 발명의 예시적인 측면에 따른 전극(522)의 또 다른 배열을 도시하는 도면;
도 5f는 본 발명의 예시적인 측면에 따른 전극(522)의 또 다른 배열을 도시하는 도면;
도 5g는 본 발명의 예시적인 측면에 따라 투명한 재료로 형성된 전극(522)의 일 배열을 도시하는 도면;
도 6은 본 발명의 예시적인 측면에 따른 결로 억제 디바이스(500)의 동작 메커니즘을 도시하는 도면;
도 7은 본 발명의 다른 예시적인 측면에 따른 결로 억제 디바이스(700)를 도시하는 도면;
도 8은 본 발명의 예시적인 측면에 따른 결로 억제 디바이스(800)를 도시하는 도면;
도 9는 본 발명의 예시적인 측면에 따른 제어 회로(814)를 도시하는 도면; 및
도 10은 본 발명의 예시적인 측면에 따른 제조 공정(1000)을 도시하는 도면.
이제 도면을 참조하면, 도 2a 내지 도 10은 본 발명의 예시적인 측면의 일부를 도시한다.
전술된 것과 같은 표면에 결로와 성애를 억제 및/또는 제거하는 종래의 디바이스 및 방법에 따른 문제는 종종 제한된 효과를 제공한다는 것이다. 특히, 이러한 종래의 디바이스 및 방법은 종종 도어 또는 윈도우의 표면과 같은 표면의 선명도(예를 들어, 투명도)를 신뢰성 있게 달성하고 유지할 수 없다. 나아가, 이러한 종래의 디바이스 및 방법은 종종 값비싸고, 스케일러블하지 않고, 상당한 에너지와 유지보수를 요구한다.
따라서, 종래의 디바이스 및 방법에 비해 개선된 효과를 제공하는 결로를 억제 및/또는 제거하는 디바이스 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 측면은 투명한 부재의 표면과 같은 표면에 형성된 압전 액추에이터 또는 전기 변형 액추에이터 필름과 같은 액추에이터를 사용하는 것에 의해 이 표면에서 결로와 성애를 억제 및/또는 제거할 수 있다. 전기 전류 하에서, 액추에이터는 이동하여 (예를 들어, 압력-기반 전기 활성화에 의해 압축되어), 이 표면으로부터 결로(예를 들어, 김서림 또는 성애)를 억제 또는 제거하는 것을 지원할 수 있다. "전기 변형"이라는 용어는 전기장 인가시 형상이 변하는 (예를 들어, 압력-기반 전기 활성화에 의해 압축되는) 특성을 가지는 것을 의미하는 것으로 이해된다.
이 표면은 김서림과 성애가 없이 유지하는 것이 요구되는 임의의 표면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이 표면은 윈도우 또는 도어와 같은 투명한 부재의 표면을 포함할 수 있다. 이 표면은 미러 또는 다른 비-투명한 부재의 표면을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 측면은 종래의 디바이스 및 방법보다 더 효과적이고 효율적으로 결로를 억제하는 (예를 들어, 완화하거나, 제거하는 등) 디바이스 및 방법을 제공한다. 특히, 본 발명의 측면은, 구입가능하고, 스케일러블하고, 저에너지이고, 낮은 유지보수이고, 가스제거, 유출물 및 오염물이 없는 방식으로 윈도우 또는 도어와 같은 투명한 부재의 투명도(예를 들어, 선명도)를 신뢰성 있게 달성하고 유지할 수 있다.
본 발명의 측면은 전기 변형 액추에이터 필름의 효과를 개선시키는 전기 변형 액추에이터 필름에 처리된 표면을 포함할 수 있다. 특히, 처리된 표면은 전기 변형 액추에이터 필름으로부터 결로와 성애를 억제 및/또는 제거할 수 있는 복수의 채널을 포함할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 예시적인 측면에 따라 결로 억제층(200)을 포함하는 물체(O)(예를 들어, 미러, 윈도우, 도어 등)의 평면도를 도시하고, 도 2b는 본 발명의 예시적인 측면에 따라 결로 억제층(200)을 포함하는 물체(O)의 측면도를 도시한다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 결로 억제층(200)은, 물체(O)의 표면(S)에 형성된 전기 변형 액추에이터 필름(210), 및 전기 변형 액추에이터 필름(210)에 형성된 처리된 표면(220)을 포함하고, 처리된 표면(220)은 복수의 채널(221)을 포함한다. 투명한 전기 변형 액추에이터 필름(210)은 0.0004 mm 내지 약 0.005 mm 범위의 두께, 보다 바람직하게는 약 0.001 mm 내지 약 0.005 mm 범위의 두께를 구비할 수 있다.
전기 변형 액추에이터 필름(210)은, 예를 들어, 물체(O)가 미러인 경우, 층(200)은 미러의 반사율에 실질적으로 영향을 미치지 않고, 물체(O)가 투명한 도어 또는 윈도우(예를 들어, 반투명한 도어 또는 윈도우 밑면)인 경우, 층(200)은 투명한 도어 또는 윈도우의 투명도에 실질적으로 영향을 미치지 않도록 투명할 수 있다.
결로 억제층(200)은 층(200)에 걸쳐 인가되는 전압(예를 들어, 층에 걸쳐 y-방향으로 인가되는 전압)에 의해 층(200)이 작동될 수 있을 만큼 충분히 가요성이 있으면서 충분히 내구성이 있는 경도(hardness)(예를 들어, 강성(rigidity))를 구비할 수 있다.
처리된 표면(220)은 전기 변형 액추에이터 필름(210)과 동일한 재료를 포함할 수 있다. 특히, 처리된 표면(220)은 전기 변형 액추에이터 필름(210)의 표면을 포함할 수 있다. 대안적으로, 처리된 표면(220)은 전기 변형 액추에이터 필름(210)의 재료와는 상이한 재료를 포함할 수 있다.
처리된 표면(220)은 또한 투명할 수 있다. 예를 들어, 물체(O)가 투명한 윈도우 또는 도어인 경우, 전기 변형 액추에이터 필름(210)과 처리된 표면(220)은 윈도우 또는 도어의 투명도에 실질적으로 영향을 미치지 않도록 투명할 수 있다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 복수의 채널(221)(예를 들어, 수직 그루브)은 전기 변형 액추에이터 필름(210)의 상부 에지(top edge)로부터 전기 변형 액추에이터 필름(210)의 바텀 에지(bottom edge)로 연장될 수 있다. 채널(221)은 물(예를 들어, 물 액적(water droplet))을 아래쪽으로 (예를 들어 중력 방향으로) 물을 제거(reject)하는 최소 중력 에너지 경로를 제공하는 것에 의해 도 2a에서 z-방향으로 물이 이동하는 것을 지원할 수 있다. 제거 드레인(rejection drain)은 채널(221)의 바텀에 형성되어 결로 액체를 수집할 수 있다.
복수의 채널(221)은 액체 흐름에서 드래그를 감소시킬 수 있는 (예를 들어, 층류 흐름의 드래그를 감소시킬 수 있는) 예를 들어, 마이크로패터닝된 초소수성 표면(micropatterned superhydrophobic surface)을 포함할 수 있다. 초소수성 표면은 표면 토폴로지에서 피크(peak)들 사이에 전단(shear)이 없는 공기-물 인터페이스를 지지할 수 있는 마이크로스케일 또는 나노스케일의 소수성 특징부(hydrophobic feature)를 포함한다. 입자 이미지 유속계(particle image velocimetry)와 압력 강하 측정을 사용하여 상당한 슬립 속도, 전단 응력, 및 50%에 접근하는 드래그의 감소에 대응하는 압력 강하의 감소를 관찰할 수 있다. 주어진 레이놀즈 수(Reynolds number)에서, 드래그 감소는 층류 흐름에서와 같이 특징부의 사이즈와 간격이 증가함에 따라 증가하는 것으로 발견된다. 드래그의 감소가 시작하는 것은 점성 서브층의 두께가 초소수성 마이크로특징부의 스케일에 접근하는 임계 레이놀즈 수에서 일어날 수 있고, 성능은 점성 서브층의 높이가 더 감소함에 따라 증가할 수 있다.
결로 억제층(200)이 물체(O)의 표면(S) 전체에 형성된 것으로 도 2a 및 도 2b에 도시되어 있으나, 층(200)은 응용에 따라 표면(S)의 일부에만 형성될 수 있다. 층(200)이 형성되는 표면(S)의 양은 응용에 따라 상이하다. 예를 들어, 물체(O)가 시야 부분(viewing portion)과 비-시야 부분(즉, 투명한 것으로 유지되는 것이 반드시 필요한 것이 아닌 부분)을 포함하는 경우, 층(200)은 시야 부분에 대해서만 표면(S)에 형성될 수 있고, 비-시야 부분에 대해서는 표면(S)에 형성되지 않을 수 있다.
도 2c는 본 발명의 또 다른 예시적인 측면에 따른 복수의 채널(221)을 포함하는 처리된 표면(220)의 평면도를 도시한다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 복수의 채널(221)은 전기 변형 액추에이터 필름(210)의 z-방향으로 전체 길이에 걸쳐 반드시 연장되어야 하는 것은 아니지만, 전기 변형 액추에이터 필름(210)의 측면 에지(210a, 210b)로 각져 있을 수 있다. 이 경우에, 그루브(229a, 229b)는 전기 변형 액추에이터 필름(210)의 측면 에지(210a, 210b)를 따라 형성되어, 채널(221)에서 물이 그루브(229a, 229b)에서 아래쪽으로 (예를 들어, 중력 방향으로) 흘러서 물체(O)로부터 제거될 수 있다.
도 2d는 본 발명의 예시적인 측면에 따른 결로 억제층(200)을 형성하는 방법(250)을 도시한다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 방법(250)은 전기 변형 액추에이터 필름(210)을 형성하는 단계(252), 및 이 전기 변형 액추에이터 필름(210)을 처리하여 복수의 채널(221)을 포함하는 처리된 표면(220)을 이 전기 변형 액추에이터 필름(210)에 형성하는 단계(254)를 포함할 수 있다. 전기 변형 액추에이터 필름(210)을 형성하는 단계(252)는 기판(예를 들어, 미러, 또는 투명한 윈도우 또는 도어)에 압전 재료를 액체 주조(liquid casting)하는 단계, 및 압전 재료에 (예를 들어, 약 10 kW/m2 내지 약 40 kW/m2 범위의) 적외선 광을 조사하여 압전 재료를 전기 변형 액추에이터 필름(210)(예를 들어, 기판에 접합된 불침투성 소수성 라미나(hydrophobic lamina))으로 변형시키는 단계를 포함할 수 있다. 전기 변형 액추에이터 필름을 처리하는 단계(254)는 선택된 크기와 방향을 갖는 레이저 방출광(laser emission)을 전기 변형 액추에이터 필름(210)에 인가하여 복수의 채널(221)을 포함하는 처리된 표면(220)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 예시적인 측면에 따른 복수의 채널(221)을 포함하는 처리된 표면(220)의 단면도를 도시한다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 처리된 표면(220)은 처리된 표면(220)의 재료에 의해 형성된 복수의 리지(ridge)(227)를 포함할 수 있다. 복수의 리지(227)(예를 들어, 상승된 부분)는 복수의 채널(221)(예를 들어, 리세스된 부분)과 교대로 형성되어 복수의 채널(221)을 분리시킬 수 있다.
복수의 채널(221) 중 하나의 채널은 약 0.005 mm 내지 약 0.05 mm 범위의 깊이(d)를 포함할 수 있다. 복수의 채널(221) 중 하나의 채널은 또한 약 0.05 mm 내지 약 10 mm 범위의 폭(w)을 구비할 수 있다. 복수의 채널(221)은 균일한 깊이와 폭을 더 구비하거나, 또는 이 깊이와 폭은 복수의 채널(221)에 걸쳐 변할 수 있다.
처리된 표면(220)은 도 3a에 도시된 바와 같이 전기 변형 액추에이터 필름(210)과는 별개의 층으로 형성되거나, 또는 도 3b에 도시된 바와 같이 전기 변형 액추에이터 필름(210)과 동일한 층일 수 있다. 즉, 전기 변형 액추에이터 필름(210)의 표면은 처리되어 (예를 들어, 에칭, 가공 등에 의해 패터닝되어) 처리된 표면(220)에 복수의 채널(221)을 형성할 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 채널(221)과 리지(227)는 처리된 표면(220)에 정현파 파형의 단면(예를 들어, 볼록한 형상과 오목한 형상이 교대하는 형상)을 한정할 수 있다. 교대로, 채널(221)과 리지(227)는 도 3b에 도시된 바와 같이 처리된 표면(220)에 삼각형 파형의 단면을 한정하거나, 또는 도 3c에 도시된 바와 같이 처리된 표면(220)에 사각형 파형의 단면을 한정할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 단지 예시적인 것으로 이해된다. 즉, 처리된 표면(220)의 형상은 도 3a 내지 도 3c에 도시된 형상으로 제한되지 않는다.
도 2a 내지 도 2c 및 도 3a 내지 도 3c에서 처리된 표면(220)은 전기 변형 액추에이터 필름(210)의 재료를 에칭(예를 들어, 화학적으로 에칭, 레이저 에칭 등)하는 것에 의해 또는 전기 변형 액추에이터 필름(210)의 재료를 기계적으로 처리하는 것에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 전기 변형 액추에이터 필름(210)이 초평활하고(supersmooth), 초강인하고(super tough), 초소수성인 실리카 폴리머(superhydrophobic silica polymer)로 형성된 경우, 처리된 표면(220)은 전기 변형 액추에이터 필름(210)에 적용된 레이저 에칭 공정으로 실리카 폴리머의 표면을 레이저 에칭하는 것에 의해 형성될 수 있다.
예를 들어, 레이저 에칭은 선택된 크기와 방향을 갖는 레이저 방출광을 필름(210)에 적용하여 필름(210)의 표면에 반투명한 수직 채널을 생성할 수 있고, 여기서 채널은 필름(210)에서 사람의 눈에 보이지 않아서, 원치 않는 결로 액체를 수직(이에 따라 최소 길이)으로 아래쪽으로 제거 드레인으로 전달하고 이 제거 드레인은 결로 액체를 수집한다.
즉, 에칭은 중력이 액적을 아래쪽 제거 드레인으로 이송시키는 것(gravitational advection)을 최대화할 수 있다. 특히, 에칭은 필름(210)의 표면(예를 들어, 처리된 표면(220))에 채널(221)을 형성할 수 있고, 채널(221)은 중력이 수분 액적을 아래쪽 제거 드레인으로 이송시키는 것을 최대화할 수 있다.
전기 변형 액추에이터 필름(예를 들어, 투명한 전기 변형 액추에이터 필름)
필름(210)은 필름(210)의 액체 조성물을 표면에 액체 주조하는 것에 의해 표면(예를 들어, 미러 또는 투명한 윈도우 또는 도어의 표면)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 액체 조성물은 표면에 증착되거나 또는 표면에 스프레이될 수 있다. 필름(210)의 액체 조성물은 처리되어, 액체 조성물을 경화시켜 필름(210)을 형성하고, 필름(210)을 표면에 접착할 수 있다.
예를 들어, 필름(210)의 액체 조성물은 (예를 들어, 약 10 kW/m2 내지 약 40 kW/m2 범위의) 적외선 광이 조사될 때, 액체 조성물은 반응하여 불침투성 소수성 라미나를 형성하도록 구성될 수 있다. 특히, 필름(210)의 액체 조성물은 적외선 유도된 반응에 의해 처리되어 필름(210)을 경화시켜 필름(210)을 표면에 내구성 있게 융합(amalgamate)시켜, 필름(210)이 식각, 클리닝 화학종에의 노출 등에 저항하면서 소수성이면서 여전히 반투명한 품질을 유지할 수 있다.
필름(210)의 액체 조성물을 표면에 액체 주조하는 것의 대안으로, 필름(210)은 이전에 형성되고 나서 차후에 "필-앤-스틱(peel and stick)" 공정으로 표면에 도포될 수 있다. 즉, 필름(210)의 조성물은 기판에 액체 주조되고, 처리(예를 들어, 경화)되고, 기판으로부터 제거되어 필름(210)의 시트(sheet)를 형성할 수 있다. 접착제가 필름(210)의 시트에 (또는 표면에) 도포될 수 있는데, 필름(210) 시트가 접착제 측을 아래로 하여 표면에 적용되어, 접착제가 필름(210)의 시트를 표면에 접착시킬 수 있다. 필요한 경우, 필름(210)의 시트는 필름의 시트를 표면에 적용하기 전에 또는 적용한 후에 표면에 맞도록 절단될 수 있다.
전기 변형 액추에이터 필름(210)은 예를 들어, 초평활하고, 초강인하고, 초소수성인 실리카 폴리머를 포함하여, 전기 변형 액추에이터 필름(210)이 유리 또는 상응하는 반투명한 기판과 같은 물체에 고정될 때, 필름(210)이 물체에서 형성되는 액체 물 액적의 접촉 각도를 최소화할 수 있다.
전기 변형 액추에이터 필름(210)은, 예를 들어, 전기 변형 폴리머 필름, 대면적 그래핀(large-area graphene: LAG) 필름, 또는 전기 변형 폴리머 필름과 LAG 필름의 일부 조합을 포함할 수 있다. 전기 변형 액추에이터 필름(210)은 또한 하나의 층(예를 들어, 하나의 재료) 또는 복수의 층(예를 들어, 복수의 상이한 재료)으로 형성될 수 있다.
투명한 전기 변형 액추에이터 필름(210)은, 예를 들어, 다우 코닝 실가드(Dow Corning Sylgard)
Figure pct00001
실리콘(예를 들어, Sylgard 182
Figure pct00002
또는 Sylgard 184
Figure pct00003
)으로 만들어진 실리콘 필름을 포함할 수 있다. 이 실리콘은 3.9 kg/ms의 점성을 가지는 매우 점성 유체이다. 실가드(Sylgard)는 2개의 성분, 즉: 베이스와 경화제로 공급된다. 테트라에틸 오쏘실리케이트(tetraethyl orthosilicate), 또는 플루오르화된 실란(fluorinated silane), (1H, 1H, 2H, 2H, 퍼플루오로옥틸 트리에톡시실란-시그마 알드리히(perfluorooctyl triethoxysilane-Sigma Aldrich) 또는 이와 유사한 것)의 형태의 가교제(cross linker)의 일반적인 비율은, 1 % 이하의 농도에서 결로 주석(tin) 촉매, 즉 디부틸 주석 디아세테이트(dibutyl tin diacetate) 또는 디부틸 주석 디아세테이트를 사용하여 베이스 폴리디메틸 실록산(PDMS) 폴리머 대 경화제의 비율이 20:1 이하이다. 혼합물은 도포 전에 가스가 제거되어 혼합 공정 동안 포획된 가스 버블을 제거을 수 있다.
따라서, 전기 변형 액추에이터 필름(210)이 실리콘 필름을 포함하는 경우, 필름(210)은 베이스와 경화제를 각각 약 10:1의 비율로 혼합하는 것에 의해 형성될 수 있다. 혼합 후, 실리콘은 경화 공정을 시작하도록 약 30분 동안 놓아두어, 혼합 동안 도입된 공기 버블을 누출시킨다. 혼합된 실리콘 폴리머는 표면(예를 들어, 미러, 또는 투명한 윈도우 또는 도어의 표면)에 확산 또는 스프레이되어 표면에 실질적으로 균일한 얇은 (예를 들어, 100 ㎛미만) 필름을 형성할 수 있다. 얇은 필름은 약 100℃ 내지 약 150℃ 범위의 온도에서 적어도 약 24 시간(hour) 동안 경화된다.
전기 변형 액추에이터 필름(210)은 또한 (예를 들어, 실리콘 필름에 더하여 또는 대신에) 초소수성이고, 투명하고, 접착성이 있고, 열적으로 안정적이고, 습기에 매우 내구성이 있는 실리카 졸(silica sol)을 포함할 수 있다. 실리카 졸은 단일 단계 졸-겔 공정(sol-gel process)에서 소수성 시약(hydrophobic reagent)으로서 비닐트리메톡시실란(vinyltrimethoxysilane: VTMS), 또는 플루오르화된 실란, 소수성제(hydrophobizing agent)로서 (1H, 1H, 2H, 2H, 퍼플루오로옥틸 트리에톡시실란-FTEOS)을 사용하여 형성될 수 있다. 특히, 실리카 졸은 테트라에틸 오쏘실리케이트(TEOS) 기반 실리카 필름과 같은 실리카 필름에 VTMS 또는 FTEOS를 포함하여, 실리카 필름을 초소수성(예를 들어, 정적인 물과 접촉 각도 ≥ 140°)으로 만드는 것에 의해 준비될 수 있다. 메틸화된 실리카(methylated silica), 스피넬(spinel)(Mg2AlO4), 및 이트리아(yttria)(Y2O3), 또는 알루미나(Al2O3), 사파이어와 같은 투명한 소수성 충전제가 실리카 졸에 소수성제로서 사용될 수도 있다.
전기 변형 액추에이터 필름(210)은 (예를 들어, 실리콘 필름에 더하여 또는 대신에) 비대칭적으로 표면이-변성된 그래핀 필름을 더 포함할 수 있다. 특히, 헥산(hexane)과 산소(O2) 플라즈마 처리가 그래핀 필름의 대향하는 측면들에 적용되어, 작동을 수행하는 비대칭 표면 특성, 즉 그리하여 비대칭 전기화학 응답을 유도할 수 있다.
그래핀 필름은, 예를 들어, 감소된 그래핀 산화물 콜로이드의 수성 현탁액(aqueous suspension)을 직접 필터링하는 것에 의해 형성될 수 있다. 그래핀 필름의 두께는, 자립적이고, 기계적으로 가요성이 있지만 강성(stiff)이 없는 그래핀 필름을 제공하도록 약 4 ㎛ 내지 약 5 ㎛ 범위일 수 있다.
헥산 플라즈마 처리는 표면 소수성을 개선하여, 표면의 전기화학 응답을 약화시키는 전해질 이온의 액세스가능성으로부터 그래핀 필름의 표면을 효과적으로 보호한다. 산소 플라즈마 처리된 표면은 매우 친수성이고, 플라즈마로-유도된 산소를-포함하는 그룹으로 인해 수성 매체에 용이하게 액세스가능할 수 있다.
그래핀 필름의 비대칭 표면 특성은 작동 거동을 수행하는 구동력을 생성하는 전기화학 응답의 구별 특성을 유도할 수 있다.
결로 억제 디바이스
다시 도면을 참조하면, 도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 예시적인 측면에 따른 결로 억제 디바이스(400)를 도시한다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 결로 억제 디바이스(400)는 물체(O)의 표면(예를 들어, 미러 또는 투명한 윈도우 또는 도어와 같은 표면)에 형성될 수 있는 전극(422)을 포함한다. 결로 억제 디바이스(400)는 전극(422)에 형성된 결로 억제층(200)(예를 들어, 투명한 결로 억제층)을 더 포함하고, 이 전극(422)은 결로 억제층(200)에 전기적으로 연결된다. 전술된 바와 같이, 결로 억제층(200)은 전기 변형 액추에이터 필름(210)(예를 들어, 투명한 전기 변형 액추에이터 필름), 및 이 전기 변형 액추에이터 필름(210)에 형성되고 복수의 채널(221)을 포함하는 처리된 표면(220)을 포함할 수 있다. 결로 억제 디바이스(400)는 결로 억제층(200)에 형성된 전극(423)(예를 들어, 접지 전극)을 더 포함할 수 있고, 이 결로 억제층(200)은 전극(422)과 전극(423) 사이에 형성된다.
결로 억제 디바이스(400)는 물체(O)의 단 하나의 에지(예를 들어, 측)에 형성된 하나 이상의 전극(422 및 423) 세트를 포함할 수 있다. 특히, 도 4a에 도시된 바와 같이, 결로 억제 디바이스(400)는 물체(O)의 대향하는 에지(예를 들어, 측)들에 형성된 2개의 전극(422 및 423) 세트를 포함할 수 있다. 그러나, 이것은 단지 예시적인 것일 뿐, 본 발명을 제한하는 것이 아니다.
나아가, 도 4a는 2개의 전극(422 및 423) 세트가 복수의 채널(221)의 연장 방향과 동일한 길이방향으로 형성되어 있는 것을 도시하지만, 이것은 단지 예시를 위한 것일 뿐이다. 즉, 전극(422 및 423) 세트는 (예를 들어, 복수의 채널(221)의 단부에서 물체(O)의 에지에 형성된) 복수의 채널(221)의 연장 방향에 수직인 방향으로 형성될 수 있다.
전극(422)은 결로 억제층(200)에 걸쳐 전기 전위를 인가하는 전압 소스(예를 들어, 전류 소스)에 연결될 수 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 전기 전위는 방향(D1)으로 (즉, 전극(422)으로부터 전극(423)으로) 결로 억제층(200)에 인가될 수 있다.
전압 소스는 전압을 결로 억제층(200)에 인가하여 결로 억제층(200)에 수축성의, 압전 작용에 의한 압축성 응답(contractive, piezoelectric constrictive response)을 생성할 수 있다. 결로 억제층(200)에서 수축성의, 압전 작용에 의한 압축성 응답은 전기 변형 액추에이터 필름에 결로 또는 성애가 형성되는 것을 억제하거나, 및/또는 결로 억제층(200)으로부터 물 또는 성애를 제거할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 물체(O)가 투명한 윈도우 또는 도어인 경우, 압전 작용에 의한 압축성 응답은 투명한 윈도우 또는 도어의 투명도를 유지할 수 있다.
특히, 전압 소스로부터 전압은 전극(422)에 의해 결로 억제층(200)에 인가된 펄스 전압일 수 있다. 펄스 전압은 결로 억제층(200)을 신속히 그리고 반복적으로 압축시키고 이완시켜, 리지(227)가 도 4b에 도시된 방향(D2)으로 진동하게 할 수 있다. 즉, 전압 펄스의 진폭, 전압 펄스의 기간, 및 전압 펄스들 사이의 기간은 리지(227)가 진동하도록 선택될 수 있다. 펄스 전압에 의해 리지(227)가 진동하면 작은 물 액적(WDs)이 (예를 들어, 도 2b에 도시된 y 방향으로) 흔들려서 리지(227)에서 떨어지게 하는데 충분한 힘이 생성될 수 있고 및/또는 작은 물 액적(WDs)이 방향(D3)으로 복수의 채널(221) 안으로 이동하게 할 수 있다.
작은 물 액적(WDs)은 복수의 채널(221)에서 합쳐져서 큰 물 액적(WDL)을 형성하는데, 이 큰 물 액적은 작은 물 액적(WDs)보다 더 용이하게 중력에 의해 그리고 리지(227)의 진동에 의해 아래쪽으로 (예를 들어, 도 2a에서 z 방향으로) 가압될 수 있다. 큰 물 액적(WDL)은 복수의 채널(221)의 단부에 있는 저장소에 수집될 수 있다.
특정 실시예에서, 전압 펄스의 진폭은 고전압 동작에서 최대 약 5000V DC일 수 있다. 전압을 단계화하는 특정 설계 기준이 고전압을 너무 성가시게 만든다면, 저전압이 제시될 수 있으나 이것은 더 오랫 동안 작동해야 할 수 있다. 나아가, 전압 펄스의 펄스 기간(즉, 전압 펄스의 시간 길이)은 약 0.001 초 내지 약 0.01 초 범위에 있을 수 있고, 전압 펄스 주파수(예를 들어, 전압 펄스들 사이의 시간 길이)는, 예를 들어, 약 1 시간(hour) 내지 약 4 시간(hour) 범위에 있을 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 예시적인 측면에 따른 결로 억제 디바이스(500)를 도시한다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 결로 억제 디바이스(500)는 결로 억제층(200)과 이 결로 억제층(200)에 전기적으로 연결된 전극(522)을 포함한다. 전술된 바와 같이, 결로 억제층(200)은 투명한 부재(T)에 형성된 전기 변형 액추에이터 필름(210)(예를 들어, 투명한 전기 변형 액추에이터 필름), 및 이 전기 변형 액추에이터 필름(210)에 형성되고 복수의 채널(221)을 포함하는 처리된 표면(220)을 포함할 수 있다.
전극(522)은 전기 전도성 라인(526)을 통해 전압 소스(507)에 연결되는 커넥터(525)를 포함할 수 있고, 이 전압 소스(507)는 전압(예를 들어, 펄스 전압)을 전도성 라인(526)을 통해 전극(522)에 인가한다. 전압 소스(507)는, 결로 억제층(200)에 걸쳐 인가되기 전에 DC 전압으로 (예를 들어, 전력 어댑터에 의해) 변환될 수 있는, 예를 들어, 표준 AC(예를 들어, 110V) 전력 공급원을 포함할 수 있다. 대안적으로, 전압 소스(507)는 배터리와 같은 DC 전력 공급원을 포함할 수 있다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 전극(522)은 투명한 부재(T)의 주변에 형성될 수 있다(예를 들어, 전극(522)은 투명한 부재(T)의 면과 통합될 수 있다). 대안적으로, 전극(522)은 투명한 부재(T)의 주변의 일부에 형성될 수 있다. 즉, 전극(522)은 투명한 부재(T)의 단 하나의 에지, 2개의 에지 또는 3개의 에지에 형성될 수 있다.
도 5b는 본 발명의 예시적인 측면에 따른 도 5a의 투명한 부재(T)의 단면도이다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 결로 억제층(200)은 투명한 부재(T)의 표면(T1)에 (예를 들어, 투명한 부재(T)의 반대쪽 표면(T2)에) 그리고 전극(522)에 형성될 수 있다. 결로 억제 디바이스(500)는 결로 억제층(200)에 형성되는 다른 전극(523)을 더 포함할 수 있고, 여기서 투명한 부재(T)의 주변에 있는 결로 억제층(200)의 일부는 전극(522, 523)들 사이에 샌드위치된다. 이 다른 전극(523)은 전극(522)과 유사한 형상을 구비할 수 있고, 전극(522)과 동일한 (또는 상이한) 재료로 형성될 수 있다. 이 다른 전극(523)은, 예를 들어, 접지 전위에 연결될 수 있다. 간략화를 위해, 이 다른 전극(523)은 다른 도면에는 도시되지 않을 수 있다.
전압 소스(507)에 의해 생성된 전압은 전극(522, 523)에 의해 결로 억제층(200)에 걸쳐 인가될 수 있다. 예를 들어, 도 2b를 참조하면, 전압은 결로 억제층(200)에 걸쳐 Y 방향으로 인가될 수 있다.
전극(522, 523)은 구리, 구리 합금, 또는 그래핀과 같은 얇은 전도성 재료 층을 포함할 수 있다. 결로 억제층(200)이 자유로이 팽창하고 수축하기 위하여, 전극(522, 523)은 결로 억제층(200)에 강성(stiffness)을 추가해서는 안된다. 즉, 전극(522, 523)은 결로 억제층(200)에 순응(compliant)하여야 한다. 예를 들어, 예시적인 측면에서, 전극(522, 523)은 적어도 결로 억제층(200)만큼 순응한다.
전극(522, 523)이 결로 억제층(200)에 순응하는 것을 보장하기 위해, 전극(522, 523)은 유연한 재료(예를 들어, 구리, 구리 합금, 또는 그래핀)로 형성되어야 하고, 전극(522, 523)이 결로 억제층(200)에 순응하는 것을 보장할 만큼 충분히 작은 두께를 구비하여야 한다. 예시적인 측면에서, 전극(522, 523)은 결로 억제층(200)의 두께 미만의 두께를 구비할 수 있다.
결로 억제층(200)에 의해 생성된 변형율(strain)은 두께가 증가함에 따라 일반적으로 감소하기 때문에, 결로 억제층(200)의 두께는 약 500 ㎛보다 더 커서는 안된다. 나아가, 생성된 변형율은 전극(522, 523)의 두께가 증가함에 따라 일반적으로 감소하기 때문에, 각 전극(522, 523)의 두께는 약 10 ㎛보다 더 커서는 안된다.
그러나, 전극(522)은 또한 전기 전류를 생성하여 결로 억제층(200)을 구동하기 때문에, 전극(522)은 필름에 최소량의 변형율(예를 들어, 결로 억제층(200)에 김서림 방지 및/또는 성애 방지 움직임을 제공하기에 충분한 양의 변형율)을 생성하기에 충분한 크기의 전기장을 생성하기에 충분한 두께를 구비하여야 한다.
일 특정 실시예에서, 전극(522)은 적어도 약 50mV/m의 전기장을 생성할 수 있고, (예를 들어, 도 2a 내지 도 2c, 도 3a 내지 도 3c 및 도 5a 내지 도 5b에서) 결로 억제층(200)은 적어도 약 20%의 변형율을 구비할 수 있다.
전극(522)은 하나 이상의 층으로 형성될 수 있고, 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다. 전극(522)의 재료는, 예를 들어, 폴리실리콘, 인듐 주석 산화물(ITO), 구리와 그 합금, 알루미늄과 그 합금, 금과 그래핀(대면적 그래핀(LAG))을 포함할 수 있다.
다른 특정 실시예에서, 전극(522)은 ITO 층, LAG 층 또는 복수의 LAG 층, 또는 ITO 층, LAG 층 및 다른 투명한 열전 재료 층의 일부 조합과 같은 투명한 전극을 포함할 수 있다.
예를 들어, 전극(522)은 약 1nm 내지 약 1O nm 범위의 두께를 가지는 LAG 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 금 전극은 약 6% 변형율에서 크랙이 생기는데 반해, LAG 전극은 적어도 약 25% 변형율을 생성할 수 있는 것으로 인해, LAG는 금(Au) 전극에 비해 바람직하다. 특히, LAG 층은 작은 두께(예를 들어, 약 1O nm 미만의 두께)를 구비하여 LAG 층이 투명할 수 있다. 따라서, 얇은 LAG 층을 포함하는 전극(522)은 투명한 부재(T)의 표면(T1)에서 더 많은 영역 위에 (예를 들어, 표면(T1)의 전체 위에) 형성될 수 있다.
도 5c는 본 발명의 또 다른 예시적인 측면에 따른 전극(522)을 도시한다.
도 5c에 도시된 바와 같이, 전극(522)은 투명한 부재(T)의 표면(T1)(예를 들어, 투명한 부재(T)의 반대쪽 표면(T2))에 형성될 수 있다. 도 5c에서, 전극(522)은 투명한 부재(T)의 표면(T1)과 물리적으로 접촉하는 것으로 도시되어 있으나, 전극(522)은 투명한 부재(T)의 표면(T1)과는 별개로 (예를 들어, 이 표면으로부터 이격되어) 배치될 수 있다.
전극(522)의 두께(t522)는 약 0.1 mm 내지 약 1 mm 범위에 있을 수 있다. 전극(523)의 두께(t523)는 또한 약 0.1 mm 내지 약 1 mm 범위에 있을 수 있다. 두께(t522)와 두께(t523)는 동일하거나, 또는 응용에 따라 상이할 수 있다. 전극(522)과 전극(523)의 두께는 균일하거나 또는 응용에 따라 변할 수 있다.
전극(522)의 길이(l522)는 약 0.1 mm 내지 약 1 mm 범위에 있을 수 있다. 전극(523)의 길이(l523)는 약 0.1 mm 내지 약 1 mm 범위에 있을 수 있다. 길이(l522)와 길이(l523)는 동일하거나, 또는 응용에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어, 전극(522)의 길이(l522)는 전극(523)의 길이(l523)를 초과하거나 그 미만일 수 있다.
특히, 전술된 바와 같이, 전극(522)이 LAG 또는 ITO와 같은 투명한 재료로 형성된 경우, 전극(522)은 전체 표면(T1) 위에 형성된 LAG 또는 ITO로 형성될 수 있다.
나아가, 전극(522)의 표면(S522)은 처리되어 (예를 들어, 화학적으로 또는 기계적으로 에칭되거나 또는 거칠게 된(roughened)) 표면(S522)의 영역을 증가시켜, 전극(522)과 결로 억제층(200) 사이의 인터페이스의 양을 증가시킬 수 있다. 이것으로 전압(예를 들어, 전기 전위)을 결로 억제층(200)에 인가하는 전극(522)의 능력을 개선시킬 수 있고, 전극(522)과 결로 억제층(200) 사이의 접착을 개선시킬 수 있다. 유사하게, 전극(523)의 표면(S523)은 처리되어 (예를 들어, 화학적으로 또는 기계적으로 에칭되거나 또는 거칠게 된) 표면(S523)의 영역을 증가시킬 수 있다.
도 5c에 도시된 바와 같이, 결로 억제층(200)은 전극(522)이 투명한 부재(T)와 결로 억제층(200) 사이에 형성되도록 전극(522)에 형성될 수 있다. 결로 억제층(200)은 전극(522)의 전체 길이와 물리적으로 접촉하거나, 또는 전극(522)의 일부분과만 접촉할 수 있다. 그러나, 전극(522)과 결로 억제층(200) 사이의 접촉의 양(예를 들어, 인터페이스의 영역)은 표면(T1)에서 결로를 억제시킬 만큼 결로 억제층(200)을 작동시키는데 충분하여야 한다(예를 들어, 결로 억제층(200)을 압축시키는데 충분하여야 한다).
도 5d 내지 도 5g는 본 발명의 예시적인 측면에 따른 전극(522 및 523)의 다른 배열을 도시한다.
도 5d에 도시된 바와 같이, 투명한 부재(T)는 전극(522)의 표면이 표면(T1)과 동일 높이에 형성되도록 하는 형상을 구비할 수 있다(예를 들어, 이런 형상을 가지도록 가공될 수 있다).
도 5e에 도시된 바와 같이, 전극(522)은 전극(522)과 결로 억제층(200) 사이에 접촉의 양을 증가시킬 수 있도록 (예를 들어, 더 많은 인터페이스 영역을 제공할 수 있도록) 결로 억제층(200)에 형성될 수 있다.
도 5f에 도시된 바와 같이, 결로 억제층(200a), 전극(522a), 및 전극(523a)을 포함하는 제1 결로 억제 디바이스(500a)는 투명한 부재(T)의 표면(T1)에 형성될 수 있고, 결로 억제층(200b), 전극(522b), 및 전극(523b)을 포함하는 제2 결로 억제 디바이스(500b)는 표면(T2)에 형성될 수 있다.
도 5g에 도시된 바와 같이, 전극(522)은 ITO 또는 LAG와 같은 투명한 재료를 포함할 수 있고, 이 경우에 전극(522)은 표면(T1)의 실질적으로 전체 위에 형성될 수 있다. 특히, 전극(522)은 투명한 부재(T)의 시야 부분(Tv)(예를 들어, 투명하게 유지되어야 하는 투명한 부재(T) 부분)에 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 예시적인 측면에 따른 결로 억제 디바이스(500)의 동작 메커니즘을 도시한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 전압 소스(507)는 결로에 압전 작용으로-유도되는 분쇄(atomization)를 수행하는데 사용되는 전압을 생성할 수 있다. 전압 소스(507)(예를 들어, 펄스 전압 소스)는 전기 전도성 라인(526)을 통해 전극(522) 위의 커넥터(525)에 전달되는 전압(예를 들어, 펄스 전압)을 생성할 수 있다.
층(200)은 전압 소스(507)로부터 입력되는 전압에 응답하여 압전 작용으로 압축될 수 있는 실리카 폴리머(예를 들어, 전기활성 폴리머)와 같은 압전 재료를 포함할 수 있다. 층(200)이 압축하면 수분(예를 들어, 수분 액적)을 분쇄하여 층(200)에서 수직으로 떨어지게 할 수 있다. 예를 들어, 수분 액적(690)은 도 2b에 도시된 y 방향으로 (예를 들어, 층(200)으로부터 멀어지는 방향으로 위쪽으로) 층(200)에 의해 다시 펄스 운동할 수 있다.
즉, 층(200)(예를 들어, 라미나)은 전극(522)(예를 들어, 주위 전기 전도체)에 연결될 수 있고, 전극(522)은 주파수의 임의의 함수로서 층(200)에 수축성의, 압전 작용에 의한 압축성 응답을 생성하는 주변 물질에 대해 전기 전위를 인가할 수 있다.
결로 억제 디바이스(500)의 특성은 투명한 부재(T)에 김서림이 없고 성애가 없는 것을 보장하고, 투명한 부재(T)가 투명하게 유지되는 것을 보장하도록 설계자에 의해 선택될 수 있다. 설계에서 고려되는 팩터는, 예를 들어, 투명한 부재(T)의 면적, 투명한 부재(T)의 두께, 투명한 부재(T)의 재료(예를 들어, 열 전도율), 및 투명한 부재(T)의 표면(T1 및 T2)(예를 들어, 도 5b 참조)에 대한 주변 조건(예를 들어, 온도, 습도 등)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 전극(522)과 층(200) 사이의 접촉 영역이 너무 작은 경우, 또는 전압 소스(507)에 의해 생성된 전압의 크기가 너무 작은 경우, 층(200)의 움직임(예를 들어, 층(200)의 진동)의 크기가 너무 작아서 결로를 억제할 수 없을 수 있다. 그 결과 전극(522)에 가장 가까운 층(200) 부분만이 투명하게 유지되고, 투명한 부재(T)의 중심 부분은 투명하게 되지 않을 수 있다(예를 들어, 김서림과 성애가 있을 수 있다).
한편, 전극(522)과 층(200) 사이의 접촉 영역이 너무 큰 경우, 또는 전압 소스(507)에 의해 생성된 전압의 크기가 너무 큰 경우, 디바이스(200)는 에너지를 낭비할 수 있고, 이에 층(200)의 수명을 감소시킬 수 있는데, 이는 층(200)의 수명은 전압이 층(200)에 인가되는 횟수와, 층(200)에 인가되는 전압의 크기(예를 들어, 전압 펄스의 진폭)에 좌우될 수 있기 때문이다.
결로 억제 디바이스(500)의 여러 특성은 특정 응용에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 대면적을 가지는 투명한 부재(T)는, 층(200)이 재료 "X"로 형성되고 두께(tf1)를 가질 것을 요구하고, 전극(522)이 전극(522)과 층(200) 사이에 접촉 영역(A1)에서 제1 두께(te1)를 가질 것을 요구할 수 있다. 반면, 작은 영역을 가지는 제2 투명한 부재(T)는, 층(200)이 재료 "Y"로 형성되고 두께(tf2 < tf1)를 가질 것을 요구하고, 전극(522)이 전극(522)과 층(200) 사이에 더 작은 접촉 영역(A2 < A1)에서 두께(te2 < te1)를 가질 것을 요구할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 예시적인 측면에 따른 결로 억제 디바이스(700)를 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 결로 억제 디바이스(700)는 냉장고 또는 냉동기와 같은 디바이스(790)의 일부분으로 형성될 수 있다. 디바이스(790)는 투명한 도어(795)를 포함할 수 있고, 결로 억제 디바이스(700)는 투명한 도어(795)로부터 결로와 성애를 억제 및/또는 제거하여 투명한 도어(795)의 투명도를 유지하도록 동작할 수 있다.
결로 억제 디바이스(700)는 도어(795)에 형성된 결로 억제층(200)을 포함한다. (예를 들어, 도어(795)에 형성된) 결로 억제층(200)은 전기 변형 액추에이터 필름(210)(예를 들어, 압전 특성을 가지는 실리카 폴리머를 포함하는 투명한 층), 및 이 투명한 전기 변형 액추에이터 필름(210)에 형성된 처리된 표면(220)(예를 들어, 복수의 채널 또는 표면 불규칙성)을 포함할 수 있다. 처리된 표면(220)은 복수의 채널(221)을 포함한다.
결로 억제 디바이스(700)는 또한 (예를 들어, 결로 억제층(200)의 주변과 도어(795)의 주변에 형성된) 결로 억제층(200)에 형성된 전극(522)과, 이 전극(522)에 전기적으로 연결된 전압 소스(707)를 포함한다. 전압 소스(707)는, 전압을 층(200)에 인가하여 층(200)을 이동(예를 들어, 압축)시켜, 예를 들어, 디바이스(790)에서 대류에 의해 더 잘 제거될 수 있는 분쇄된 수분 액적(690)을 형성하는 것에 의해 도어(795)에서 결로와 성애를 억제할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 결로 억제 디바이스(700)는 도어(795)를 디바이스(790)의 도어 프레임(797)에 연결하는 스프링이-장착된 힌지(707)(예를 들어, 복수의 스프링이-장착된 힌지)를 (전압 소스로서) 포함할 수 있다. 스프링이-장착된 힌지(707)는 도어(795)를 닫을 때 에너지를 생성할 수 있고, 이 에너지는 전극(522)에 의해 층(200)에 인가되어서, 압전 작용으로-유도되는 급격한 파동이 발생하여, 남아 있는 결로 액적을 수직 위쪽으로 디바이스(790)로 (예를 들어, 냉장고 안으로) 전달함으로써, 디바이스(790)의 도어(795)를 통한 시야가 원치 않는 결로 액적과 성애에 의해 방해되지 않게 할 수 있다.
결로 억제 디바이스(700)는 도어(795)를 닫을 때 스프링이-장착된 힌지(707)에 의해 생성된 에너지를 수집할 수 있는 제어 회로(714)를 더 포함할 수 있고, 도어가 폐쇄되면, 회로(714)는 수집된 에너지를 전극(522)으로 제어가능하게 방출할 수 있다. 특히, 회로(714)는 수집된 에너지를 펄스로 전극(522)으로 방출할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 결로 억제 디바이스(700)는 선택적으로 공기 흐름(799)을 생성하는 공기 흐름 소스(798)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(790)가 냉장고인 경우, 공기 흐름 소스(798)는 냉장고의 냉각 시스템의 팬(fan)을 포함할 수 있고, 공기 흐름(799)은 팬에 의해 생성된 캐비넷 내부 대류를 포함할 수 있다.
결로 억제층(200)이 압전 작용으로 압축되는 것으로 인해 수분 액적(690)이 결로 억제층(200)을 떠날 때, 수분 액적(690)은 디바이스(790)에서 공기 흐름(799)에 의해 처리된 표면(220)으로부터 멀어지는 방향으로 전달될 수 있다. 공기 흐름 소스(798)는, 주기적으로 또는 도어(795)가 폐쇄된 후, 공기 흐름(799)을 생성하도록 제어 회로(714)에 의해 제어될 수 있다.
따라서, 결로 억제 디바이스(700)는 하나 이상의 (예를 들어, 2개 또는 3개의 조합의) 동작에 의해 결로를 억제할 수 있다. 첫째, 결로 억제층(200)이 소수성일 수 있다. 둘째, 결로 억제층(200)은 액적을 아래쪽으로 제거하는 최소 중력 에너지 경로를 생성하는 복수의 채널(221)을 포함하는 처리된 표면(220)을 포함할 수 있다. 셋째, 결로 억제층(200)(예를 들어, 실리카 폴리머)의 고유한 압전 응답은 결로 억제층(200)을 작동시켜 처리된 표면(220)에서 결로를 격퇴(repel)할 수 있다. 예를 들어, 결로 억제층(200)은 전극(220)을 통해 펄스 운동하여(예를 들어, 도어가 닫힐 때 펄스 운동하여), 수분 액적(690)을 마이크로-분쇄하여 결로 억제층(200)으로부터 멀어지는 방향으로 (예를 들어, 냉장고 내부의 자유 대류 스트림으로) 그리고 수직 위쪽으로 변위시킬 수 있다. 앞서 제시된 방법의 수집 동작과 디바이스(700)의 재료는 함께 동작하여 결로 완화를 달성할 수 있다.
결로 억제층(200)은, 짧은 기간(즉, 전압 펄스의 시간 길이) 동안 층(200)을 반복적으로 압축시키고, 짧은 기간(예를 들어, 전압 펄스들 사이의 시간 길이) 동안 층(200)을 이완시키는 것에 의해 "펄스 운동할" 수 있는 것으로 이해된다. 펄스 전압은 결로 억제층(200)을 신속하고 반복적으로 압축시키고 이완시켜서, 이에 의해 결로 억제층(200)을 진동시켜 도어(795)로부터 결로와 성애를 억제 및/또는 제거할 수 있다.
센서
도 8은 본 발명의 예시적인 측면에 따른 결로 억제 디바이스(800)를 도시한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 결로 억제 디바이스(800)는 결로 억제층(200)과, 이 결로 억제층(200)에 연결된 전극(522)을 포함한다.
결로 억제 디바이스(800)는 결로 억제 디바이스(800)를 전력 공급원(예를 들어, 표준 AC 110 V의 전력 공급원)과 같은 전압 소스(예를 들어, 전압 소스(507))에 연결하는 전기 커넥터(815)를 더 포함할 수 있다. 결로 억제 디바이스(800)는 결로 억제층(200)에 걸쳐 전압을 인가하기 전에 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 전력 어댑터를 더 포함할 수 있다. 전기 커넥터(815)에 더하여 또는 그 대신에, 결로 억제 디바이스(800)는 배터리 연결을 포함하여, 결로 억제 디바이스(800)는 배터리(예를 들어, 재충전가능한 배터리)에 의해 전력 공급될 수 있다.
결로 억제 디바이스(800)는 결로 억제층(200)을 작동시키는데 사용되는 것과 동일한 전압 소스(507)에 의해 전력 공급될 수 있는 센서(813)를 더 포함한다. 센서(813)는 표면(T1)에서 물의 존재를 검출하고 검출 신호를 생성할 수 있다. 특히, 센서(813)는 투명한 부재(T)의 투명도를 감소시키는 성애 막이 형성되는 것을 검출할 수 있다.
센서(813)는 투명한 부재(T)에 고정될 수 있다. 특히, 센서(813)는 투명한 부재(T)의 외부 주변에 고정될 수 있고, 보다 상세하게는, (예를 들어, 투명한 부재(T)의 주변에 형성된) 투명한 부재(T)에 형성된 전극(522)에 고정될 수 있다.
대안적으로, 센서(813)는 투명한 부재(T)가 연결된 디바이스에 고정될 수 있다. 예를 들어, 투명한 부재(T)가 냉동기의 도어 또는 윈도우인 경우, 센서(813)는 냉동기의 도어 또는 윈도우의 프레임에 고정될 수 있다.
센서(813)는 표면(T1)에서 물(예를 들어, 결로 또는 성애)의 존재를 검출하는 임의의 유형의 센싱 유닛 또는 검출기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서(813)는 투명한 부재(T)의 투명도의 감소를 검출하는 것에 의해 물의 존재를 검출하는 광학 센서를 포함할 수 있다. 대안적으로, 성애가 형성되면 표면의 유전 상수가 변화되므로, 센서(813)는 표면(T1)의 유전 상수를 검출하는 것에 의해 물(예를 들어, 성애 또는 얼음)의 존재를 검출하는 유전 상수 센서를 포함할 수 있다.
결로 억제 디바이스(800)는 센서(813)로부터 검출 신호에 기초하여 결로 억제 디바이스(800)의 동작을 제어하는 제어 회로(814)(예를 들어, 마이크로제어기)를 더 포함할 수 있다. 검출 신호가 센서(813)가 표면(T1)에서 물의 존재를 검출하는 것을 나타내면, 제어 회로(814)는 전기 전류에 의해 투명한 전기 변형 액추에이터 필름(210)을 활성화시킬 수 있다(예를 들어, 필름(210)으로의 전기 전류를 증가시킬 수 있다). 검출 신호가 센서(813)가 표면(T1)에서 물의 존재를 검출하지 않는 것을 나타내면, 제어 회로(814)는 결로 억제 디바이스(800)로부터 멀어지는 방향으로 전기 전류를 재지향시킬 수 있다(예를 들어, 필름(210)으로의 전기 전류를 감소시킬 수 있다).
결로 억제 디바이스(800)는 결로 억제 디바이스(800)의 동작에 관한 정보를 디스플레이하는 디스플레이 유닛(816)을 더 포함할 수 있다. 디스플레이 유닛(826)은 디바이스(예를 들어, 냉장고, 냉동기) 내 상태(예를 들어, 온도, 습도)와 서비스 경고와 같은 다른 정보를 디스플레이할 수도 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 결로 억제 디바이스(800)는 결로 억제 디바이스(800)의 여러 요소를 포함하는 모듈(880)(예를 들어, 폴리머 또는 금속 케이스)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 모듈(880)은 센서(813), 제어 회로(814), 전기 커넥터(815), 및 디스플레이 유닛(816)을 포함할 수 있고, 이 모듈은 투명한 부재(T)에, 투명한 부재의 주변 프레임에, 또는 디바이스(예를 들어, 냉장고, 냉동기)의 어디엔가에 장착될 수 있다.
제어 회로
도 9는 본 발명의 예시적인 측면에 따른 제어 회로(814)를 도시한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제어 회로(814)는 결로 억제 디바이스(800)의 동작을 제어하는 마이크로제어기(891)를 포함할 수 있다. 제어 회로(814)는 전기 커넥터(815)에 연결될 수 있고, 결로 억제층(200)을 작동시키는데 사용되는 것과 동일한 전압 소스(예를 들어, 도 5a에서 전압 소스(507))에 의해 전기 커넥터(815)를 통해 전력 공급될 수 있다.
제어 회로(814)는, 결로 억제 디바이스(800)를 동작시키는 동작 파라미터와 프로그래밍 알고리즘을 저장하고 마이크로제어기(891)에 의해 액세스가능한 메모리 디바이스(892)(예를 들어, 랜덤 액세스 메모리(RAM))를 더 포함할 수 있다. 따라서, 마이크로제어기(891)는 메모리 디바이스(892)에 액세스하여 결로 억제 디바이스(800)의 동작을 제어할 수 있다.
제어 회로(814)는 마이크로제어기(891)에 의해 제어되는 전력 라우터(893)(예를 들어, 스위치)를 더 포함할 수 있다. 전력 라우터(893)는 결로 억제층(200)을 작동시키는 전압 소스(예를 들어, 도 5a에서 전압 소스(507))에 연결될 수 있고, 전압 소스로부터 전력을 결로 억제층(200)으로 라우팅하거나, 및/또는 결로 억제 디바이스(800)의 외부에 있는 디바이스 부분인 외부 구획(801)으로 라우팅하도록 마이크로제어기(891)에 의해 제어될 수 있다. 디바이스의 외부 구획(801)은, 예를 들어, 라이트, 팬, 응축기 등을 포함할 수 있다. 마이크로제어기(891)는 전력 라우터(893)를 제어하여 전력을 센서(813)로 라우팅하고, 전력을 디스플레이(816)로 라우팅할 수 있다.
제어 회로(814)는 또한 전력 라우터(893)를 사용하여 전기 전류 "펄스"를 결로 억제층(200)에 제공할 수 있다. 특히, 제어 회로(814)는 전기 전류의 짧은 반복 펄스를 결로 억제층(200)에 인가하여 결로 억제층(200)에 "진동" 효과를 제공하여 결로 억제층(200)이 결로(예를 들어, 물)와 성애를 격퇴하는 능력을 개선시킬 수 있다.
제어 회로(814)는 트랜시버/수신기(895)를 더 포함할 수 있고, 이 트랜시버/수신기는, 이 제어 회로(814)가 내부에서 동작하고 있는 디바이스의 제어기(803), 서버(804)(예를 들어, 매점 내 서버), 및 모바일 디바이스(805)와 무선으로 (또는 유선으로) 통신할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 특히 습한 날에, 매점 관리자가 매점의 냉동기의 도어에 결로가 형성되고 있는 것을 식별하면, 매점 관리자는 모바일 디바이스(예를 들어, 모바일폰)를 사용하여 송신기/수신기(895)를 통해 마이크로제어기(891)와 통신하여, 결로 억제층(200)의 설정을 조절할 수 있다.
이 특징에 의해 매점 관리자는 결로 억제층(200)의 동작을 편리하게 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 마이크로제어기(891)는 동작 데이터(예를 들어, 투명한 부재의 투명도, 에너지 소비 등)와 이력 데이터(예를 들어, 과거 30일 동안, 과거 6개월 동안 등에 걸친 동작 데이터)와 같은 데이터를 서버(804)에 통신(예를 들어, 주기적으로 통신)하고 서버(804)에 저장할 수 있다.
도 8에 더 도시된 바와 같이, 제어 회로(814)는 네트워크(806)(예를 들어, 인터넷)를 통해 원격 워크스테이션(807)(예를 들어, 퍼스널 컴퓨터)과 통신할 수 있다. 이것으로 원격 워크스테이션(807)과 제어 회로(814) 사이에 데이터를 공유할 수 있고, 제어 회로(814)를 워크스테이션(807)에 의해 원격으로 제어할 수 있고, 메모리 디바이스(892)에 저장된 동작 파라미터와 프로그래밍 알고리즘을 워크스테이션(807)에 의해 원격으로 조절하거나 설정할 수 있다.
본 발명의 측면은, 예를 들어, 윈도우 또는 도어와 같은 투명한 부재를 포함하는 임의의 디바이스(예를 들어, 항공기, 자동차, 선박, 잠수함, 산업 장비, 농장 장비, 냉장고, 냉동기 및 빌딩 구조물)에 사용될 수 있다.
예를 들어, 투명한 부재(T)가 냉동기의 도어인 경우, T1은 냉동기의 내부를 향하는 도어의 표면일 수 있고, T2는 냉동기의 외부를 향하는 도어의 표면일 수 있다. 한편, 투명한 부재(T)가 항공기 윈도우인 경우, T1은 항공기의 외부를 향하는 윈도우의 표면일 수 있고, T2는 항공기 내를 향하는 윈도우의 표면일 수 있다.
예를 들어, 슈퍼마켓 매점에 있는 냉동기의 도어는 투명하게 유지되어 소비자가 냉동기의 내용물을 볼 수 있게 하는 것이 중요하다. 그러나, 도어가 개방될 때, 냉동기의 외부 공기 중의 수분이 도어의 차가운 내부 표면에서 결로하여, 도어의 투명도를 감소시킬 수 있다. 이 경우에, 결로 억제 디바이스(800)는 결로 억제층(200)을 작동시켜 수분이 도어에서 결로를 형성하는 것을 억제하고 도어에서 이미 수집된 결로를 제거할 수 있다.
제조 공정
도 10은 본 발명의 예시적인 측면에 따른 결로 억제 디바이스를 제조하는 제조 공정(1000)을 도시한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제조 공정(1000)은 투명한 부재(T)를 전처리하는 전처리기(1001)를 포함한다. 전처리기(1001)는, 예를 들어, 표면(T1)을 클리닝하여 먼지, 용매 등을 제거할 수 있다. 전처리기(1001)는 또한 표면(T1)을 거칠게 하여 전극(522)과 표면(T1) 사이의 접착성을 개선시키거나, 또는 전기 변형 액추에이터 필름(210)과 표면(T1) 사이의 접착성을 개선시킬 수 있다.
제조 공정(1000)은 전극(522)을 투명한 부재(T)에 도포하는 전극 도포기(1002)를 더 포함한다. 일 측면에서, 전극 도포기(1002)는 투명한 부재(T)의 외부 주변에 미리 형성된 전극(522) 재료 시트(예를 들어, 폴리실리콘, ITO, 구리와 그 합금, 알루미늄과 그 합금, 금, 그래핀 등의 얇은 시트)를 가압한다. 대안적으로, 전극 도포기(1002)는 투명한 부재(T)에 전극(522) 재료를 증착할 수 있고, 재료를 경화시켜 투명한 부재(T)의 주변에 전극(522)을 형성할 수 있다. 전극 도포기(1002)는 전극(522)의 표면을 더 전처리하여(예를 들어, 거칠게 하여) 전극(522)과 전기 변형 액추에이터 필름(210) 사이의 접착성을 개선시킬 수 있다.
제조 공정(1000)은 전기 변형 액추에이터 필름(210)을 표면(T1)에 그리고 전극의 표면에 도포하는 액추에이터 필름 도포기(1004)를 더 포함한다. 일 측면에서, 액추에이터 필름 도포기(1004)는 전기 변형 액추에이터 필름(210)의 재료(예를 들어, 실리콘, LAG 등)를 액체 주조할 수 있다. 대안적으로, 액추에이터 필름 도포기(1004)는 표면(T1)과 전극(522)에 미리 형성된 전기 변형 액추에이터 필름(210)을 도포하고(예를 들어, 필-앤-스틱(peel-and-stick) 공정을 수행하고) 나서, 투명한 부재(T)의 외부 주변에 임의의 과도한 전기 변형 액추에이터 필름(210)을 제거(예를 들어, 트림(trim))할 수 있다.
제조 공정(1000)은 (예를 들어, 약 100℃ 내지 약 150℃ 범위의 온도에서) 액체 주조된 전기 변형 액추에이터 필름(210)을 경화시켜 내구성 있는 소수성 표면을 제공하는 경화 오븐(1006)을 더 포함할 수 있다. 대안적으로, 필-앤-스틱 공정이 액추에이터 필름 도포기(1004)에 사용되는 경우, 오븐(1006)을 전기 변형 액추에이터 필름(210)을 표면(T1)과 전극(522)에 가압하는 프레스 기계로 대체하여, 전기 변형 액추에이터 필름(210) 아래에 트랩된 임의의 공기 버블을 제거하여 전기 변형 액추에이터 필름(210)의 표면을 평활화하여 균일화 및 평탄화할 수 있다.
제조 공정(1000)은 복수의 채널(221)을 포함하는 처리된 표면(220)을 전기 변형 액추에이터 필름(210)에 형성할 수 있는 표면 처리기(1007)를 더 포함할 수 있다. 표면 처리기(1007)는, 예를 들어, 전기 변형 액추에이터 필름(210)을 레이저 에칭하여 복수의 채널(221)을 형성하는 레이저를 포함할 수 있다. 표면 처리기(1007)는 전기 변형 액추에이터 필름(210)을 화학적으로 에칭하여 복수의 채널(221)을 형성하는 화학적 에칭 디바이스를 더 포함할 수 있다.
제조 공정(1000)은 전극(523)을 결로 억제층(200)에 (예를 들어, 처리된 표면(220)에) 도포하여 전극(522, 523)들 사이에 결로 억제층(200)을 형성하는 전극 도포기(1008)를 더 포함할 수 있다. 일 측면에서, 전극 도포기(1008)는 전극(523)의 미리 형성된 재료 시트(예를 들어, 폴리실리콘, ITO, 구리와 그 합금, 알루미늄과 그 합금, 금, 그래핀 등의 얇은 시트)를 결로 억제층(200)에 가압하여 전극(523)을 형성한다. 대안적으로, 전극 도포기(1008)는 결로 억제층(200)에 전극(523) 재료를 증착하고 나서, 재료를 경화시켜 결로 억제층(200)에 전극(523)을 형성할 수 있다.
제조 공정(1000)은, 전처리기(1001), 전극 도포기(1002), 액추에이터 필름 도포기(1004), 경화 오븐(1006)(또는 프레스 기계), 표면 처리기(1007), 및 전극 도포기(1008)를 포함하는 제조 공정(1000)의 여러 요소를 제어하는 제어기(1010)를 더 포함할 수 있다. 제어기(1010)는 결로 억제 디바이스의 특정 응용에 기초하여 제조 공정(1000)의 요소를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기(1010)는, 투명한 부재(T)가 냉동기 도어인 경우 제1 설정을 가지고, 그리고 투명한 부재(T)가 항공기용 윈도우인 경우 (제1 설정과 상이한) 제2 설정을 가지게 제조 공정(1000)의 요소를 제어할 수 있다.
일부 도면은 투명한 부재(T)에 형성된 결로 억제 디바이스를 도시하지만, 미러와 같은 비-투명한 부재는 투명한 부재(T) 대신에 사용될 수 있는 것으로 이해된다.
고유한 특징과 신규한 특징에 의해, 본 발명은 표면의 선명도(예를 들어, 투명도)를 신뢰성 있게 달성하고 유지할 수 있고, 구입가능하고, 스케일러블하고, 저에너지이고, 낮은 유지보수이고 그리고 가스제거/유출물/오염물이 없는 결로 억제층 및 결로 억제 디바이스를 제공할 수 있다.
본 발명은 하나 이상의 실시예 측면에서 설명되었으나, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명은 첨부된 청구항의 사상과 범위 내에서 변형 실시될 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 구체적으로, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 명세서에 있는 도면은 단지 예시를 위한 것일 뿐, 본 발명의 방법 및 디바이스의 설계는 본 명세서에서 개시된 것으로 제한되지 않고, 본 발명의 사상과 범위 내에서 변형될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
나아가, 출원인의 의도는 모든 청구항의 요소들의 균등물을 포함하는 것이고, 본 출원의 임의의 청구항에 대한 보정은 보정된 청구항의 임의의 요소 또는 특징에 대한 균등물에의 관심 또는 권리를 포기하는 것으로 해석되어서는 안된다.

Claims (24)

  1. 결로 억제층으로서,
    전기 변형 액추에이터 필름; 및
    상기 전기 변형 액추에이터 필름에 형성된 처리된 표면을 포함하고, 상기 처리된 표면은 복수의 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 결로 억제층.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기 변형 액추에이터 필름은 투명한 표면에 형성된 투명한 전기 변형 액추에이터 필름을 포함하고, 상기 복수의 채널은 상기 투명한 전기 변형 액추에이터 필름의 에지(edge) 쪽으로 물을 지향시키는 방향성 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 결로 억제층.
  3. 제2항에 있어서, 상기 투명한 표면은 투명한 도어(door)를 포함하고, 상기 방향성 채널은 상기 도어의 바텀에서 상기 투명한 전기 변형 액추에이터 필름의 에지 쪽으로 물을 지향시키는 것을 특징으로 하는 결로 억제층.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전기 변형 액추에이터 필름은 전압 펄스에 의해 펄스 운동하여, 상기 전기 변형 액추에이터 필름에서 물이 결로하는 것을 억제하는 것과 상기 전기 변형 액추에이터 필름에서 결로된 물을 제거하는 것 중 적어도 하나를 달성하여, 상기 도어의 투명도를 유지하는 것을 특징으로 하는 결로 억제층.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전기 변형 액추에이터 필름은 전기 변형 폴리머 필름과 대면적 그래핀(large-area graphene: LAG) 필름 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 결로 억제층.
  6. 제1항에 있어서, 상기 복수의 채널 중 하나의 채널은 0.005 mm 내지 0.05 mm 범위의 깊이와, 0.05 mm 내지 10 mm 범위의 폭을 포함하는 것을 특징으로 하는 결로 억제층.
  7. 결로 억제층을 형성하는 방법으로서,
    전기 변형 액추에이터 필름을 형성하는 단계; 및
    상기 전기 변형 액추에이터 필름을 처리하여 복수의 채널을 포함하는 처리된 표면을 상기 전기 변형 액추에이터 필름에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 전기 변형 액추에이터 필름을 형성하는 단계는,
    압전 재료를 기판에 액체 주조(casting)하는 단계; 및
    상기 압전 재료에 적외선 광을 조사하여 상기 압전 재료를 상기 전기 변형 액추에이터 필름으로 변형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 전기 변형 액추에이터 필름을 처리하는 단계는 선택된 크기와 방향을 갖는 레이저 방출광을 상기 전기 변형 액추에이터 필름에 인가하여 상기 복수의 채널을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 전기 변형 액추에이터 필름은 투명한 전기 변형 액추에이터 필름을 포함하고, 상기 전기 변형 액추에이터 필름을 형성하는 단계는 상기 투명한 전기 변형 액추에이터 필름을 투명한 표면에 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 채널은 물을 상기 전기 변형 액추에이터 필름의 에지 쪽으로 지향시키는 방향성 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 결로 억제 디바이스로서,
    결로 억제층, 및
    상기 결로 억제층에 전기적으로 연결된 전극을 포함하고,
    상기 결로 억제층은,
    전기 변형 액추에이터 필름; 및
    상기 전기 변형 액추에이터 필름에 형성된 처리된 표면을 포함하고, 상기 처리된 표면은 복수의 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 결로 억제 디바이스.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전기 변형 액추에이터 필름은 투명한 표면에 형성된 투명한 전기 변형 액추에이터 필름을 포함하고,
    상기 복수의 채널은 물을 상기 투명한 전기 변형 액추에이터 필름의 에지 쪽으로 지향시키는 배향과 길이를 갖는 방향성 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 결로 억제 디바이스.
  13. 제12항에 있어서, 상기 투명한 표면은 투명한 도어를 포함하고, 상기 방향성 채널은 물을 상기 도어의 바텀에서 상기 투명한 전기 변형 액추에이터 필름의 에지 쪽으로 지향시키는 것을 특징으로 하는 결로 억제 디바이스.
  14. 제13항에 있어서, 상기 전극은 상기 투명한 도어의 주변에서 상기 결로 억제층에 형성되고, 펄스 전압을 수신하여 상기 결로 억제층에 수축성의, 압전 작용에 의한 압축성 응답(contractive, piezoelectric constrictive)을 생성하는 것을 특징으로 하는 결로 억제 디바이스.
  15. 제14항에 있어서, 상기 결로 억제층에서 상기 수축성의, 압전 작용에 의한 압축성 응답은, 상기 전기 변형 액추에이터 필름에서 물의 결로를 억제하는 것과, 상기 전기 변형 액추에이터 필름에서 결로된 물을 제거하는 것 중 적어도 하나를 달성하여, 상기 투명한 도어의 투명도를 유지하는 것을 특징으로 하는 결로 억제 디바이스.
  16. 제14항에 있어서, 상기 전압 소스는, 상기 전극에 형성되고 상기 투명한 도어를 통해 도어 프레임에 연결된 스프링이-장착된 힌지를 포함하고, 상기 전압 소스는 개방된 도어 형태로부터 폐쇄된 도어 형태로 전이에 응답하여 펄스 전압을 생성하는 것을 특징으로 하는 결로 억제 디바이스.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 결로 억제층으로부터 멀어지는 방향으로 수분을 전달하도록 지향된 공기 흐름 소스를 더 포함하는 결로 억제 디바이스.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 처리된 표면에서 물의 존재를 검출하고 검출 신호를 생성하는 센서를 더 포함하고, 상기 센서는,
    상기 투명한 전기 변형 액추에이터 필름의 투명도의 감소를 검출하는 것에 의해 물의 존재를 검출하는 광학 센서; 및
    상기 처리된 표면의 유전 상수를 검출하는 것에 의해 물의 존재를 검출하는 유전 상수 센서
    중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 결로 억제 디바이스.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 검출 신호에 기초하여 상기 결로 억제 디바이스의 동작을 제어하는 제어기를 더 포함하는 결로 억제 디바이스.
  20. 제19항에 있어서, 상기 검출 신호가 상기 센서가 상기 처리된 표면에서 물의 존재를 검출한 것을 나타내는 경우, 상기 제어기는 상기 전극으로부터 전압을 통해 상기 결로 억제층을 작동시키고,
    상기 검출 신호가 상기 센서가 상기 처리된 표면에서 물의 존재를 검출하지 못한 것을 나타내는 경우, 상기 제어기는 상기 전극의 전압을 상기 결로 억제층으로부터 멀어지는 방향으로 재지향시키는 것을 특징으로 하는 결로 억제 디바이스.
  21. 제11항에 있어서, 상기 전기 변형 액추에이터 필름은 비-투명한 표면에 형성된 투명한 전기 변형 액추에이터 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 결로 억제 디바이스.
  22. 제21항에 있어서, 상기 비-투명한 표면은 미러 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 결로 억제 디바이스.
  23. 제11항에 있어서, 상기 전기 변형 액추에이터 필름은 표면에 적용되는 미리 형성된 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 결로 억제 디바이스.
  24. 제14항에 있어서, 상기 펄스 전압은 상기 결로 억제층을 진동시키고, 상기 진동에 의해,
    물 액적이 상기 결로 억제층에서 떨어져 상기 결로 억제층으로부터 멀어지는 방향으로 이동하게 하는 것과;
    물 액적이 상기 결로 억제층으로부터 떨어져 상기 복수의 채널의 베이스로 이동하게 하는 것
    중 적어도 하나가 달성되는 것을 특징으로 하는 결로 억제 디바이스.
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