TW201838940A - 自撐無機薄片、物件及製造此物件的方法 - Google Patents

自撐無機薄片、物件及製造此物件的方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201838940A
TW201838940A TW106144362A TW106144362A TW201838940A TW 201838940 A TW201838940 A TW 201838940A TW 106144362 A TW106144362 A TW 106144362A TW 106144362 A TW106144362 A TW 106144362A TW 201838940 A TW201838940 A TW 201838940A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
self
sheet
inorganic
supporting
sintered
Prior art date
Application number
TW106144362A
Other languages
English (en)
Inventor
威廉彼得 艾迪亞哥
丹尼爾羅伯特 鮑頓
珍妮佛艾內拉 海列
凱因斯愛德華 海蒂娜
保歐凱利 詹森
Original Assignee
美商康寧公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商康寧公司 filed Critical 美商康寧公司
Publication of TW201838940A publication Critical patent/TW201838940A/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/14—Other methods of shaping glass by gas- or vapour- phase reaction processes
    • C03B19/1446—Means for after-treatment or catching of worked reactant gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/06—Other methods of shaping glass by sintering, e.g. by cold isostatic pressing of powders and subsequent sintering, by hot pressing of powders, by sintering slurries or dispersions not undergoing a liquid phase reaction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/16—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed
    • B05B7/22—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/02—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by spraying
    • B05D1/12—Applying particulate materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/06—Other methods of shaping glass by sintering, e.g. by cold isostatic pressing of powders and subsequent sintering, by hot pressing of powders, by sintering slurries or dispersions not undergoing a liquid phase reaction
    • C03B19/066—Other methods of shaping glass by sintering, e.g. by cold isostatic pressing of powders and subsequent sintering, by hot pressing of powders, by sintering slurries or dispersions not undergoing a liquid phase reaction for the production of quartz or fused silica articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/14—Other methods of shaping glass by gas- or vapour- phase reaction processes
    • C03B19/1484—Means for supporting, rotating or translating the article being formed
    • C03B19/1492—Deposition substrates, e.g. targets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/02—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/62218—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products obtaining ceramic films, e.g. by using temporary supports
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/0038—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by superficial sintering or bonding of particulate matter
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/04—Coating
    • C08J7/06—Coating with compositions not containing macromolecular substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/22—Expanded, porous or hollow particles
    • C08K7/24—Expanded, porous or hollow particles inorganic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00—Use of pretreated ingredients
    • C08K9/04—Ingredients treated with organic substances
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/16—Arrangements for supplying liquids or other fluent material
    • B05B5/1691—Apparatus to be carried on or by a person or with a container fixed to the discharge device
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00793—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as filters or diaphragms

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

一種製造自撐無機薄片的方法包括：靜電地沉積乾無機粉末於表面上以在表面上形成無機層；及燒結得到的無機層 以形成自撐燒結的無機薄片。方法可額外地包括諸如自表面隔開自撐燒結的無機薄片、選擇性以耦合劑接觸隔開的燒結無機薄片、在接觸或不接觸耦合劑的情況下以聚合物滲透隔開的燒結無機薄片、或上述之組合。亦揭露以此方法製造的薄片物件。

Description

自撐無機薄片、物件及製造此物件的方法
本申請案根據專利法主張2016年12月19日申請的第62/436,130號美國臨時申請案的優先權，將其內容以其整體參考方式引為依據與併入本文中。
本申請案與2015年2月9日申請且名稱為「SPINEL SLURRY AND CASTING PROCESS」的第62/113830號美國臨時申請案相關且共同地被擁有與共同未決的，第62/113830號美國臨時申請案提及陶瓷與聚合物複合物與製造與使用複合物的方法。將第62/113830號美國臨時申請案的內容以參考方式併入但本揭露內容並不主張其之優先權。
將文中提到的各個出版物或專利文件的整個揭露內容以參考方式併入。
揭露內容關於製造多孔或緻密玻璃或陶瓷薄片的方法。
先前技術的缺點仍然存在。本發明計畫解決上述缺點與/或提供先前技術的改善。
在實施例中，揭露內容提供燒結的或未燒結的自撐無機薄片物件。
在實施例中，揭露內容提供製造自撐燒結的無機薄片的方法，包括： 靜電地沉積乾無機粉末於表面上，以形成無機層於表面上； 燒結得到的無機層以形成自撐燒結的無機薄片。
在實施例中，揭露內容提供製造燒結的或未燒結的自撐無機薄片的方法，方法可進一步包括諸如自表面隔開燒結的或未燒結的薄片、燒結、以耦合劑接觸薄片、以聚合物滲透自撐燒結的無機薄片或上述之組合。
將參照圖示(如有)詳細描述揭露內容的多個實施例。參照多個實施例並不限制發明的範疇，發明的範疇僅受限於隨附申請專利範圍的範疇。此外，此說明書中提出的任何實例非為限制性，且僅提出所請發明的多個可能實施例的某些實施例。
在實施例中，揭露的製造與使用方法提供一個或多個優點或態樣，包括諸如下文所論述的。申請專利範圍任一者中記載的特徵或態樣通常可適用於發明的所有方面。可將任何一個請求項中的任何記載的單一或多個特徵或態樣結合或置換為任何其他請求項或申請專利範圍中任何其他記載的特徵或態樣。
定義
「自撐」或類似詞彙指的是可自沉積表面移除並能夠靠自己(即，不具有額外支撐)立在自己的側邊或邊緣(即，獨立站立)的薄片。自撐薄片可經物理上或機械上處置並可接受進一步處理而不裂開或導入缺陷且無需基板的支撐。形成的薄片可接著經燒結、壓實或兩者，並接著自基板釋放以產生獨立站立的薄片。可用耦合劑處理自撐薄片。在具有或不具有耦合劑處理的情況下，以聚合物滲透自撐薄片。
「複合物」或類似詞彙指的是多孔無機相與佔據無機相的多孔空間的聚合物相。
「耦合-聚合物-薄片」或類似詞彙指的是在以聚合物填充無機相的多孔空間之前已經以耦合劑預處理的複合物。
「可撓」、「撓性」或類似詞彙指的是不破損的最小彎曲半徑，例如10 mm至1000 cm的彎曲半徑，諸如小於約1000 cm、小於約100 cm或甚至小於約50 cm，彎曲半徑包括中間數值與範圍。
「多孔」、「孔隙率」或類似詞彙指的是習用的空隙空間，且可為例如0.1至80%與20至60%孔隙率，孔隙率包括中間數值與範圍。「多孔」或類似詞彙指的是具有大於0%孔隙率(例如，0.01至60%孔隙率)的薄片，孔隙率包括中間數值與範圍。
「緻密」或類似詞彙指的是具有低於1缺陷/1 m2 或例如具有90至95%光透射或更高光透射的薄片。
「壓實」、「壓實的」與類似詞彙指的是高度燒結與「緻密」的薄片物件，例如具有低於1缺陷/m2 或例如具有90至95%光透射或更高或為密封的。
「預燒結」、「預燒結的」與類似詞彙指的是部分燒結至薄片強到足以處置並進行進一步處理而不導入缺陷的程度。
「包括」或類似詞彙意指包含但不限於，亦即，包容的而非獨佔的。
「表面」、「沉積表面」或類似詞彙指的是接收靜電地沉積之顆粒的支撐件。表面可為例如平面的(即，平坦)、彎曲的、具輪廓的或上述之組合。
「約」修飾諸如組合物中成分的量、濃度、體積、處理溫度、處理時間、產量、流速、壓力、黏度等等數值與上述之範圍或描述揭露內容的實施例所用的部件的尺寸等數值與上述之範圍，指的是可能發生於下方過程中的數值量的變化，諸如：用於製備材料、組合物、複合物、濃縮物、零部件、製造的物件或使用配方的典型量測與處置步驟；該等步驟中的無意錯誤；用於執行方法的起始材料或成分的製造、來源或純度中的差異；等等因素。詞彙「約」亦包含由於具有特定初始濃度或混合物的組合物或配方的老化而有所差異的數量，以及由於具有特定初始濃度或混合物的組合物或配方的混合或處理而有所差異的數量。
「選擇性」或「選擇性地」意指後續描述的事件或情況可發生或可不發生，且描述內容包括事件或情況發生的例子與事件或情況不發生的例子。
除非另有明示，否則本文所用的不定冠詞「一」與其對應的定冠詞「該」意指至少一者或者一或多個。
可使用熟悉技術人士習知的縮寫，諸如，「h」或「hrs」指的是小時或數個小時，「g」或「gm」指的是克，「mL」指的是毫升，「rt」指的是室溫，「nm」指的是奈米等等縮寫。
部件、成分、添加物、尺寸、條件、時間等態樣所揭露的特定數值與較佳數值與上述之範圍僅用於描述；上述各者並未排除其他界定數值或界定範圍中的其他數值。揭露內容的組合物與方法可包括本文所述的任何數值或數值的任何組合、特定數值、更特定數值與較佳數值，包括明示或暗示的中間數值與範圍。
WO2013177029 (US 9,199,870)提到卷到卷玻璃煙粒沉積與燒結處理形成高表面品質玻璃薄片。玻璃薄片形成涉及提供玻璃煙粒顆粒、沉積第一部分的玻璃煙粒顆粒於沉積表面上以形成支撐的煙粒層、靜電地吸引與聚集第二部分的玻璃煙粒顆粒至帶電板的表面上、自沉積表面移除煙粒層以形成煙粒薄片、並加熱煙粒薄片的至少一部分以燒結玻璃煙粒顆粒以形成玻璃薄片。
WO2010059896提到在拉引過程中使用靜電學以塗覆玻璃基板，更明確地，提到在拉引(諸如，融合拉引或纖維拉引過程)玻璃基板時塗覆玻璃基板的方法。塗層為亦可為透明的導電塗層。導電薄膜塗覆的玻璃基板可用於諸如顯示器裝置、太陽能電池應用與其他應用中。
Bao已經提及藉由靜電粉末塗覆產生二氧化鋯膜的處理。接著藉由添加奈米粉末、二氧化鋯懸浮物來修飾此膜以產生薄、緻密膜塗層於多孔基板上(參見 Bao等人，2005，Dense YSZ electrolyte films prepared by modified electrostatic powder coating，Solid State Ionics 176：669-674)。
Balachadran已經提及用來產生均勻ZrO2 與SiC薄膜塗層的靜電噴灑製程(參見W. Balachadran等人，Electrospray of fine droplets of ceramic suspensions for thin-film preparation，Journal of Electrostatics. 50：249-263，2001)。
Yu已經提及使用靜電學利用包含金屬氧化物粉末的濕懸浮物來製造多孔陶瓷膜(參見Y. Yu等人，Highly Porous Spongelike Ceramic Films with Bimodal Pore Structure Prepared by Electrostatic Spray Deposition TechniqueAerosol Science and Technology 39：276–281，2005)。
形成平坦且均勻的薄金屬氧化物自撐薄片提出的挑戰包括例如薄片可在燒結後變扭曲或具有因為不均勻收縮導致的差均勻性，而不均勻收縮由諸如生胚中的密度變化或熔爐中的溫度可變化性所導致。
在實施例中，揭露內容提供自撐、多孔或緻密、玻璃或陶瓷薄片。
在實施例中，揭露內容提供製造自撐多孔或緻密、玻璃或陶瓷薄片的方法。
在實施例中，揭露內容提供利用靜電噴灑沉積技術製造薄玻璃或陶瓷、自撐薄片或層的方法。
在實施例中，揭露內容提供製造自撐燒結的無機薄片或層的方法，包括： 靜電地沉積乾無機粉末於表面上以形成無機層於表面上；及 燒結得到無機層以形成自撐燒結的無機薄片。
在實施例中，揭露內容提供製造自撐金屬氧化物薄片的方法，包括： 靜電地沉積乾金屬氧化物粉末於表面上以形成金屬氧化物薄片或層；及 燒結得到金屬氧化物薄片或層以形成自撐燒結的金屬氧化物薄片層。
在實施例中，自撐燒結的無機薄片可為例如40至100%緻密。
在實施例中，自撐燒結的無機薄片可為例如60至0%多孔。
在實施例中，自撐燒結的無機薄片可為例如40至100%緻密與60至0%多孔。
在實施例中，乾無機粉末可為例如玻璃、金屬氧化物、金屬碳化物、金屬氮化物等材料或上述之混合物的至少一者的來源。
在實施例中，方法可進一步包括例如在燒結前自表面隔開無機層以提供自撐無機薄片或自撐金屬氧化物薄片。
在實施例中，方法可進一步包括例如在燒結後自表面隔開燒結的無機薄片以提供自撐燒結的無機薄片。
在實施例中，方法可進一步包括例如在靜電地沉積乾無機粉末之前流體化與靜電地充電乾無機粉末。
在實施例中，方法可進一步包括例如以至少一個聚合物滲透自撐燒結的無機薄片。在實施例中，至少一個聚合物可選自例如聚合物熔體(polymer melt)、可交聯聚合物(諸如熱固、熱塑、熱或UV可固化的聚合物)等等聚合物或上述之組合的至少一者。在實施例中，至少一個聚合物的折射率相同於或相似於自撐無機薄片的折射率。
在實施例中，方法可進一步包括例如以耦合劑接觸自撐無機薄片並接著以聚合物滲透耦合劑接觸的自撐無機薄片。耦合劑與廣泛使用的耦合化學品為技術中所已知的(參見例如Silane Coupling agents，1991，第二版，E.P. Plueddemann, Springer, ISBN-10： 0306434733)，並為可購得的(例如，Dow Chemical，Sibond，Gelest (gelest.com))。一個耦合劑實例為下式的甲基丙烯酸3-(三乙氧基矽烷基)丙酯：，此化合物或其之水解三羥等效物可在Si端上與無機表面部分體反應，並接著在烯烴端(即，有機官能基)上與滲透的聚合物反應。耦合劑可在有機材料(即，滲透的聚合物)與無機材料(即，多孔薄片)之間達成共價鍵。另一個耦合劑實例為下式的苯乙烯乙基三甲氧基矽烷： ， 此化合物或其之水解三羥等效物可用於例如苯乙烯單體的自由基引發聚合作用以在多孔無機薄片中產生耦合的聚苯乙烯。
以耦合劑接觸自撐無機薄片的優點在於諸如：增容無機薄片的空隙表面以接收並選擇性地鍵結於滲透的聚合物；提供滲透聚合物的較大滲透與均勻的分散；並提供增強強度、耐用性與效用性質給得到的耦合劑接觸過、聚合物滲透過的自撐薄片物件(「耦合-聚合物-薄片」或「複合物」)。耦合-聚合物-薄片物件或複合物物件與製造方法可用於顯示器應用(例如，其中指數匹配至多孔薄片或多孔基板的滲透聚合物)，複合物物件(即，無機與有機複合物)可具有例如3 mm彎曲半徑並可通過10 cm筆跌落試驗。複合物物件與製造複合物物件的方法亦可用於微電子(例如，PCB)應用，其中複合物必須具有例如1 x 10-4 的低耗損正切、高達例如280℃的承受溫度，並具有可承受例如銅通孔鑽孔的斷裂韌性與強度且不具有污點或破損。
在實施例中，方法可進一步包括例如化學強化自撐燒結的無機薄片，如離子交換等方法。
在實施例中，方法可進一步包括例如以靜電沉積、排除靜電沉積或上述之組合選擇性裝飾自撐燒結或未燒結的無機薄片的表面。
在實施例中，方法可進一步包括例如以功能性塗層(例如，用於達成光學性質的聚合物)塗覆自撐無機薄片。
在實施例中，方法可進一步包括例如靜電地沉積一個或多個乾無機粉末層於自撐燒結或未燒結的無機薄片上以形成一個或多個第二層，並燒結自撐無機薄片上得到的一個或多個第二層以形成具有複數個自撐無機薄片的物件。在實施例中，一個或多個第二層可具有選自密度、孔隙率或上述之組合的至少一個性質不同於自撐燒結的無機薄片的性質。
在實施例中，自撐燒結的無機薄片可具有例如10至300微米的厚度。
在實施例中，可在例如1000至1700 ℃下且0分至1天的固持時間完成燒結。
在實施例中，可藉由例如靜電地噴灑乾無機粉末於帶鑄造聚合物表面上來完成靜電地沉積乾無機粉末於表面上。可在燒結過程中移除聚合物，且聚合物非為最終自撐燒結的無機薄片物件的部分。在實施例中，可輕易地藉由例如改變數量、條件、速率等等變數來控制或改變例如乾粉末靜電噴灑過程中得到的薄片物件的密度、孔隙率、厚度或上述之組合。在實施例中，沉積表面可為例如帶鑄造聚合物。
在實施例中，乾無機粉末可包括例如羥化二氧化矽的至少一者、二氧化矽煙粒的至少一者或羥化二氧化矽(諸如，二氧化矽膠、膠態二氧化矽等羥化二氧化矽)的至少一者與二氧化矽煙粒的至少一者的混合物。在實施例中，羥化二氧化矽在被沉積之前可經乾式噴灑(即，在被靜電地噴灑之前經乾式噴灑以最小化或排除液體內容物)。
在實施例中，在燒結後或燒結時的自撐生無機薄片可具有在x、y或z方向軸或維度的至少一者中大於3相對%的線性收縮性質。
在實施例中，得到的靜電地沉積之無機來源粉末薄片可經進一步加熱處理以得到在任一方向或維度中具有例如大於3相對%、大於4相對%與大於5相對%(包括中間數值與範圍，例如3至6%)的線性收縮的薄片。得到的加熱薄片的線性收縮性質在冷卻至周遭溫度時提供改善的機械性質，此允許薄片獨立站立。
在實施例中，薄片物件在燒結後在x-方向與y-方向中的收縮係低的，例如0.1至7相對%。在實施例中，在燒結後z-方向中的收縮可顯著較大，例如3至30相對%，例如5至25相對%，包括中間數值與範圍，此各向異性收縮可產生具有異常低扭曲的薄片物件。在實施例中，若藉由例如改變靜電沉積製程或其他程序修飾來降低薄片物件的目標孔隙率，燒結時薄片物件在x方向與y方向中的收縮可提高至例如7相對%至10至30相對%。
在實施例中，x、y或z方向軸的至少一者具有最大的相對線性收縮為面外z軸。
在實施例中，粉末中的顆粒較佳地可具有例如低於約100的介電常數以固持靜電電荷。
在實施例中，自撐燒結的無機薄片可具有例如1.1至低於4的介電常數，介電常數包括中間數值與範圍。
在實施例中，自撐燒結的無機薄片可具有例如75%至99%的可見光穿透性質，例如95%或更高的光穿透，光穿透性質包括中間數值與範圍。
在實施例中，自撐燒結的無機薄片可具有相當大的撓性並可具有5至低於1000 mm的彎曲半徑，彎曲半徑包括中間數值與範圍。
在實施例中，選擇用於靜電沉積的粉末較佳地可經流體化並可保有靜電電荷。
在實施例中，挑選的無機粉末可具有例如在大氣壓力與重力下低於10 cm/s且較佳地低於1 cm/s的終端速度，此允許相對容易的分散，且此終端速度可有利於最小化聚結。
在實施例中，挑選的無機粉末可例如5至10000 nm(更佳為20至500 nm、甚至更佳為30至200 nm，例如100 nm)的小顆粒所構成，包括中間數值與範圍，此小尺寸顆粒可促進較大的薄片強度性質且亦可提高孔隙率。在實施例中，無機粉末的顆粒可具有例如約1 m2 /g至約380 m2 /g(更佳為10至200 m2 /g，例如22 m2 /g)的表面積，表面積包括中間數值與範圍。
在實施例中，噴灑的薄片在噴灑後較佳地附著至基板以能夠方便手動或機械傳送沉積之薄片至燒結熔爐。在實施例中，取決於所選的材料，可在1000至1700 ℃下與0分鐘至1天的固持時間完成燒結。在示範性實例中，在1150至1400℃下且沒有固持時間燒結熔融二氧化矽，氧化鋁需要較高溫度與較長的固持時間，而相較於純熔融二氧化矽，摻雜二氧化鈦的二氧化矽玻璃可具有較冷的燒結溫度，例如1000至1200℃，例如1050 ℃。相較於陶瓷，玻璃通常可具有較短固持時間以最小化或避免玻璃去玻作用(即，結晶化)。在示範性玻璃實例中，燒結逐漸向上速率可為例如約5 ℃/分至10 ℃/分至尖峰溫度並接著冷卻。
在實施例中，粉末中的顆粒較佳為非顯著電傳導的。
在實施例中，粉末中的顆粒可具有例如大於102 ohm•cm的較佳電阻率。
在實施例中，顆粒的靜電噴灑沉積過程中的相對濕度可為例如20 ℃下較佳低於約75%，亦即例如，在大氣中低於約2%濕氣。
在實施例中，在特定實例中，樂見具有主要的z方向收縮(即，厚度或面外維度)並具有最小的x-y收縮以用於在壓實過程中最小化薄片的扭曲。在實施例中，由於z方向中的大電壓下降，靜電噴灑沉積有利於較大數目的顆粒-顆粒接觸於z方向中(相對於x-y方向中的那些接觸)。此態樣優點在於其促進有助於z方向的初步收縮且優先於x-y方向中的收縮。此選擇性z方向收縮態樣可最小化x-y扭曲並促成處理按比例放大至較大的薄片尺寸以製造例如多孔二氧化矽薄片。
在實施例中，靜電地沉積之顆粒至堅固基板的至少某些附著力係較佳的並可最小化壓實過程中的x-y收縮。在實施例中，靜電地沉積之顆粒至基板的附著力較佳係可移除的，即可逆的且非永久的。在實施例中，在燒結後可藉由例如加熱自基板移除得到的薄片。
在實施例中，Grafoil®為當二氧化矽被沉積且部分地壓實於基板上時可選擇的適當堅固或支撐可撓基板的實例。
在實施例中，使用揭露的方法並使用Grafoil®基板與二氧化矽顆粒來製備可撓性極高且可處置的多孔、平坦、自撐二氧化矽薄片。
可藉由例如Hg測孔術來確定開孔率，但此方法可能因為樣本的厚度或低重量而提供錯誤結果，且需要多個堆疊或層化薄片以滿足儀器的最小重量需求。確定孔隙率的其他方法可包括諸如：密度差異，例如量測樣本的尺寸與重量來計算樣本密度並與例如二氧化矽煙粒的理論密度數值相比較；及顯微鏡，即藉由掃描電子顯微鏡(SEM)的孔洞空間分析(參見諸如圖1與圖2)。
參照圖示，圖1顯示揭露內容的多孔二氧化矽微結構，由靜電噴灑沉積二氧化矽煙粒於Pt箔上並接著在1392℃下燒結所產生。
圖2顯示多孔二氧化矽微結構，由靜電噴灑沉積二氧化矽煙粒於Grafoil®上並接著在1392℃下燒結所產生。
圖3與圖4顯示平坦與可撓多孔二氧化矽自撐薄片的實例，由靜電噴灑沉積二氧化矽煙粒與1392℃下燒結所產生。
圖5顯示在氦中1392℃下燒結於Grafoil®上的二氧化矽煙粒，燒結的薄片具有大約100微米的厚度。
圖6顯示噴灑於Grafoil®上的二氧化矽煙粒。
圖7顯示在氦中1392℃下燒結於鉑箔上厚度大約100微米的二氧化矽煙粒。
圖8顯示利用混合有二氧化矽煙粒(21 m2 /g)的Daraclar®二氧化矽膠在Grafoil®上1400℃下燒結後的250微米多孔、自撐、二氧化矽薄片。
圖9顯示利用電暈槍以產生電場的靜電噴灑沉積設備的影像。圖9描繪基板附接至接地的不銹鋼板的設置。在燒結前與燒結後記錄靜電地噴灑於Grafoil®上且燒結至1400℃的二氧化矽煙粒(21 m2 /g)影像(未圖示)。影像證實x-y方向中例如0.1至7相對%的相當低收縮。在實施例中，自撐無機薄片燒結時可具有例如0.01至0.5%的線性收縮於x方向與y方向中，與例如3至6%或更高的線性收縮於z方向中。
圖10顯示在不銹鋼板上建立相反電荷的設置。負偏壓板以在具有電荷的顆粒與基板之間產生較大的壓降。此可用來改變得到的膜的厚度、密度或兩者。圖10顯示在基板後方或背側使用偏壓板的典型配置。鋁或相似導電板101具有附接的鉑或Grafoil®基板100。導電板101藉由高壓線111連接至可變高電壓DC功率供應器110負端，而高電壓功率供應器110的正端連接至地面。高電壓流體化與充電裝置105與噴嘴103產生指向負偏壓基板100的SiO2 顆粒102 (或其他相似組合物)的帶電流動，負偏壓基板100中的負電荷吸引帶正電荷的SiO2 或相似顆粒，而吸引力量與相對於地面的來自高電壓功率供應器的負電壓成正比。高電壓流體化與充電裝置105具有用於固持充電所用批次材料的儲存器104、調整流體化氣流的控制器107、調整充電電位的控制器106、AC功率接頭109與氣體入口接頭108。流體化氣體可為諸如空氣、N2 、Ar、He或其他惰性氣體與上述之組合。
在實施例中，導電板101可設以取決於顆粒的電荷而具有負偏壓或正偏壓(即，相反偏壓)。
圖11顯示多埠粉末電暈充電系統，其中流體化粉末210(例如，SiO2 )被輸送進入流體化粉末入口203，流體化粉末入口203接著輸送流體化粉末進入歧管207，歧管207由例如氧化鋁(Al2 O3 )的介電材料所製成且具有1.5 cm至3 cm的內徑，歧管207係設計用來避免對流體化粉末造成任何流動限制。流體化氣體可為上方提及的惰性材料，其平衡歧管內部的壓力，而均勻分佈的空間與流體化氣體與顆粒流動分散進入多個充電分散器管202 (由例如氧化鋁(Al2 O3 )的介電材料所製成)的一者。分散器管內徑可為例如1.5 mm至6.0 mm。歧管的各個末端上有用來密封歧管管件的蓋206。在各個分散器管中有薄實心且堅硬的線204，其可為由Pt、Pt/Rh、Ag或相似材料所製成的AWG 24-30。在各個分散器管的末端有錐形電極205(由與線204相同的導電材料所製成)，其造成流體化粉末分散於錐形圖案209中。取決於期望的流體化粉末分散角度，錐形的角度可為例如20至45角度。電暈線204通過歧管207的壁並連接至高電壓功率供應器201的負端，高電壓功率供應器201可產生1 kVDC至10 kVDC範圍中的高電壓，而電位經選擇以提供處理所需的最大充電效率。各個獨立的電暈線204的連接係由高電壓端子206所達成。流體化與分散顆粒209在各個分散器管中的流動係在10 slpm至50 slpm的範圍中。
圖12顯示由上方所圖示之具有流體化顆粒噴射接頭203的線上電暈充電頭207，線上電暈充電頭207在0.5 cm/s至10 cm/s的速率下平移213橫跨基板211的表面，並可搭配基板下方的偏壓板212使用以嚴格地吸引帶電顆粒至基板表面。平移213亦可為前後移動以例如在基板表面上建立帶電顆粒的多個層。在實施例中，線上電暈充電分配器頭207可為覆蓋正方形區域而非單一線的2D基質。在實施例中，獨立的流體化顆粒電暈充電分配器管可為例如「噴頭」的圓形配置，且基板可接著在噴頭下方旋轉以建立帶電粉末的層。在實施例中，可使用基板下方或後方的偏壓板來提高帶電顆粒於基板上的吸引與結合力量。
在實施例中，揭露的方法允許製備大的獨立站立薄片，例如尺寸約 10 cm x10 cm至約 100 cm x100 cm，且例如甚至大於1000 cm2 。亦可產生低於10 cm x 10 cm的小獨立站立薄片。
在實施例中，揭露的方法可製備例如緻密或多孔、玻璃或陶瓷的自撐薄片，以用於聚合物滲透的低介電耗損PCB板等微電子應用。
在實施例中，對聚合物折射率相當匹配無機自撐薄片折射率的顯示器應用而言，得到的聚合物填充複合物薄片可具有約92%或更高的光透射。
在實施例中，PCB板應用的較佳玻璃為二氧化矽或含有高二氧化矽(例如，大於85 wt%二氧化矽)的玻璃。在實施例中，更佳的玻璃係例如大於90 wt%二氧化矽且具有額外組成分，諸如二氧化鈦、硼、氧化鋁等組成分或上述之組合。
在實施例中，揭露內容提供具有例如低於1x10-4 的電耗損的低電耗損玻璃或陶瓷。在實施例中，較佳為低於約4的介電常數的具有低電耗損玻璃或陶瓷。
在實施例中，揭露內容提供具有例如大於75%的可見光透射性質的透明自撐薄片。
在實施例中，揭露內容提供可彎曲至例如5至低於100 mm的彎曲半徑而不破裂的透明自撐薄片，且較佳地薄片可彎曲至低於10 mm彎曲半徑而不破裂。在實施例中，揭露內容提供具有相較於未滲透的自撐薄片降低的彎曲半徑(例如1至8 mm，包括中間數值與範圍)與降低的筆跌落(例如9 cm或更低)的聚合物滲透的自撐薄片。
在實施例中，揭露的自撐薄片(諸如玻璃或玻璃陶瓷)可選擇性地藉由例如離子交換等方法而化學地強化。
在實施例中，揭露內容提供可用於陶瓷過濾器應用(例如，水過濾或CO2 捕獲)的自撐薄片、塗層或粉末的至少一者。過濾器可具有均勻或獨特多孔微結構。
在實施例中，揭露內容提供用於諸如絕緣層、抗腐蝕、保護基板層或達成特定表面品質的應用的金屬氧化物塗層。除了金屬氧化物以外，可製備金屬氮化物以用於具有改善抗刮性質的物件。
在實施例中，揭露內容可提供功能性塗層，諸如可用於例如顯示器或生命科學應用中的疏水性塗層或疏油性或抗油性塗層。
在實施例中，揭露內容可提供製造物件的方法，進一步包括例如導入圖案於玻璃或玻璃與聚合物積層的表面上。選擇性充電或接地預定圖案的某些部分以吸引帶電顆粒至期望塗層的位置，而接著不期望塗層的絕緣區域可允許在玻璃或玻璃與聚合物積層的表面上產生圖案。
在實施例中，揭露的製造方法可進一步提供多個方法以選擇性地改變顆粒沉積密度與得到的顆粒層厚度。
在實施例中，揭露的製造方法可包括例如靜電地噴灑第一材料(例如，二氧化矽煙粒)至某些期望的密度或孔隙率以形成第一層，接著在第一層的表面上靜電地噴灑相同或具有較大密度(即，較少孔隙率)的不同材料的第二層以形成更抗衝擊的塗覆層。此製造方法可有利於可具有多孔薄片(例如用於聚合物的滲透)並具有較硬的塗層或頂層(較大的抗衝擊性)的應用。若需要的話可在沉積第二層之前選擇性燒結第一層。
在實施例中，揭露的製造方法可包括例如靜電地噴灑第一材料(例如，二氧化矽煙粒)至某種期望的密度或孔隙率以形成第一層，接著在表面上靜電地噴灑相同或具有較小密度(即，較大孔隙率)的不同材料的第二層。若需要的話可在沉積第二層之前燒結第一層。
在實施例中，可透過混合具有不同尺寸或尺寸分佈的粉末來改變顆粒沉積密度與顆粒層厚度。作為實例，80%粗糙比上20%精細，其中例如為粗糙顆粒尺寸的五分之一(1/5)的精細顆粒可助於提高靜電噴灑過程中膜的裝填密度。特定比例可取決於組合物與實際顆粒形態學(例如，形狀)與尺寸。
在實施例中，可藉由例如施加相反電荷至鄰近用於沉積之基板的接地板來改變顆粒沉積密度與顆粒層厚度。板帶有相反電荷可提高帶電顆粒與基板之間的壓降。
在實施例中，可藉由例如使用多步驟處理來改變顆粒沉積密度與顆粒層厚度。在第一步驟中，粉末可經靜電地噴灑與預燒結。在第二步驟中，可在聚合物存在或不存在的情況下，將噴灑與預燒結的顆粒層浸於粉末懸浮物中。粉末懸浮物可包含相同的粉末，但具有不同的顆粒尺寸，或者粉末懸浮物可為完全不同類型的粉末。在後續步驟中，可移除任何存在的聚合物，並進一步加熱處理以浸沒顆粒膜進行燒結、強化或上述兩者。
在實施例中，在替代處理中，可選擇黏合劑聚合物並可為帶鑄物且作為基板，或者可將聚合物層或聚合物薄片附接至基板。上述黏合劑聚合物或聚合物層可包括任何適當的聚合物，諸如聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯酯、苯乙烯丙烯酸共聚物、纖維素醚、乙基纖維素等其他纖維素黏合劑或黏合劑之組合。黏合劑聚合物可被配置成非水性黏合劑、水性黏合劑或乳膠黏合劑配方。金屬氧化物或替代的顆粒粉末可接著被靜電地噴灑至下方聚合物上。接著可在燒結過程中移除(即，燒除)聚合物黏合劑或聚合物層。
在實施例中，可利用例如具有羥基的二氧化矽來改變顆粒粉末沉積密度與顆粒層厚度，具有羥基的二氧化矽例如自W. R Grace & Company商業上取得的Daraclar®二氧化矽膠，以50 vol%或更低的Daraclar®比上50 vol %或更高的主要顆粒表面積為22 m2 /g的純二氧化矽煙粒。儘管不受限於理論，但得到的自撐薄片的厚度可被提高例如2.5倍，而密度亦可被提高例如2倍，參見圖8。在實施例中，顆粒粉末沉積的密度與厚度亦取決於例如燒結溫度、孔隙率與收縮發生的程度。此外，Daraclar®的表面積係300至350 m2 /g，而二氧化矽煙粒的表面積係22 m2 /g，因此雙峰顆粒尺寸分佈可助於優異的顆粒裝填與改善的密度。
在實施例中，改變薄片的密度與孔隙率的另一方法係使用包括二氧化矽煙粒與膠態二氧化矽(例如，Ludox AS40)的混合物的組合物。該等材料可乾式噴灑在一起並接著可靜電地噴灑乾混合物。表1列出用於乾式噴灑所製備的漿料組合物，而漿料組合物具有提高塊體密度的鼓舞性結果，此可由視覺檢查得知(實際密度數據分析進行中)。Ludox膠態二氧化矽的顆粒尺寸為二氧化矽煙粒顆粒尺寸的三分之一(1/3)至二分之一(1/2)，此可負責形成的膜(即，靜電地噴灑)與得到的膜(即，燒結的薄片)中較佳的顆粒裝填。在乾式噴灑過程中實質上降低組合物中的水含量，而由來自膠態與煙粒來源兩者的二氧化矽所構成的乾團塊用於後續的靜電噴灑。 表1 乾式噴灑的二氧化矽漿料組合物
在實施例中，可使用燒結助劑。金屬氧化物粉末可摻雜例如硼與類似元素以在燒結過程中調整熱性質與產生黏性相。
在實施例中，可藉由例如在靜電地噴灑顆粒至基板上時加熱或冷卻基板來改變顆粒沉積密度與顆粒層厚度。
在實施例中，可藉由例如針對各個類型的粉末選擇適當的燒結時間與溫度或藉由改變燒結氛圍(N2 、氦等等)來改變顆粒沉積密度與顆粒層厚度。
在實施例中，靜電噴灑槍亦可在燒結步驟之前或在燒結步驟過程中送出帶電顆粒流進入熔爐並將其沉積於基板上。
在實施例中，可利用例如霧化液體來完成靜電噴灑沉積。取決於例如靶定性質與產物應用，霧化液體允許挑選且併入多個溶劑、黏合劑或分散劑。
在實施例中，本揭露內容的優點在於多個態樣，包括例如：
已經產生可撓、平坦且可處置的揭露獨立站立、自撐(諸如，小於250微米與小於100微米的厚度)、多孔薄片。
揭露獨立站立、自撐多孔薄片比起x-y方向中更有利於z方向中的初步收縮造成平坦性並最小化扭曲。此亦有利於製造多孔二氧化矽的放大處理。由於帶電顆粒被沉積時將均勻地分散橫跨基板，自撐薄片具有非常均勻的厚度。
可產生完全緻密自撐薄片。
可產生具有變化數量的孔隙率與多種預選厚度的自撐薄片。
由於x-y方向中的低收縮，可以產生「玻璃泡沫」。
本揭露方法製成的薄片比例如帶鑄造產生的多孔薄片更堅強。
靜電地噴灑的薄片可被加熱至高達例如1400至1450℃的溫度且仍然為多孔的。帶鑄造的薄片通常必須在較低溫度下燒結以達成相同的孔隙率，且不如具有相似孔隙率的靜電地噴灑薄片堅強。此有利於可用聚合物滲透的多孔自撐薄片的PCB與顯示器應用。
可以使用多個玻璃、金屬氧化物、氮化物與碳化物粉末，只要該等材料可保有靜電電荷並可在乾燥狀態下時被流體化。
靜電噴灑是一種乾粉末藉由壓縮氣體而流體化並接著藉由電場而帶電的技術。帶電顆粒被吸引至接地板。帶電顆粒將附著至基板，此基板可附接至接地板，或者帶電顆粒直接附著至接地板。靜電噴灑方法在導電或具有高介電常數的基板上執行良好。得到的中間薄片可接著被壓實以形成例如緻密或多孔玻璃薄片產物。可自基板移除超薄二氧化矽薄片(例如，厚度為10至250微米)。或者，可製成其他金屬氧化物或非金屬氧化物塗層。由於帶電顆粒被沉積時均勻地分散橫跨基板，產物薄片可為非常均勻的。均勻性的特徵可例如為具有在每1 cm2 規模單位面積中低於+/-10%變化的重量，與具有在每1 mm2 規模單位面積中低於+/-10%變化的重量。在實施例中，在1 cm2 規模與1 mm2 規模兩者上，產物薄片的較佳均勻性(即，同質性)可為例如低於+/-5%變化，且更加地均勻性變化係低於+/- 2.5%變化。
在實施例中，電沉積與燒結的薄片產物可具諸如10至400微米、20至400微米與30至395微米的厚度，包括中間數值與範圍，例如390微米。
在實施例中，靜電噴灑槍流體化且充電來源顆粒(例如，二氧化矽)，此顆粒接著被吸引至固定至板的基板，板係接地的或具有相反電荷(參見圖9)。在實施例中，可在基板上形成具有至少一預設厚度的自撐薄片，亦即，可在基板上形成多種厚度的薄片。
揭露的方法產生可具有高均勻性與低扭曲的薄片。在示範性實例中，低x-y維度收縮導致燒結過程中的較少扭曲；亦有因為帶電顆粒至基板的吸引力而在基板上均勻分散的顆粒，亦即，隨著沉積粉末的厚度提高，由於基板並得越來越絕緣，變得更難以達成均勻性；及不須使用有機溶劑或黏合劑。在實施例中，由於例如彎曲、扭曲或表面的不均勻性，不期望的「扭曲」可在自撐薄片的表面上以明顯的波動或波紋呈現，表面的不均勻性歸因於每單位面積或薄片厚度的重量差異或局部變化。
由於生胚帶(green tape)中的密度變化，帶鑄造通常具有燒結過程中非均勻收縮的問題。必須對帶鑄造體產生泥釉(slip)。由於帶必須鑄造於攜帶膜上，帶的乾燥過程中溶劑的蒸發在帶的各處並非一致的。乾燥為一側的且溶劑必須擴散通過帶而自外表面蒸發。此可造成非均勻的顆粒裝填。再者，在燒結過程中較佳地移除有機黏合劑、增塑劑、分散劑、與揮發或可燃的成分。乾粉末可被用於靜電噴灑，且處理不需要使用具有有機組成分與溶劑的泥釉。
在實施例中，揭露的方法可產生具有優異且可重複均勻性的無機薄片，且方法可排除例如與用於濕噴灑方法或帶鑄造方法的漿料相關的處理步驟。
在實施例中，揭露的方法可具有多種應用，包括諸如下方提及的那些應用。
在實施例中，揭露的方法提供玻璃或陶瓷超薄、自撐、無機薄片用於微電子、積體電路板(例如，印刷電路板)或封裝應用。可製造薄片並接著完全壓實或燒結成不同水平的孔隙率，以用於需要以例如用於製造聚合物-金屬氧化物複合物的聚合物與類似材料滲透的應用。此外，可產生提高孔隙率的層以製備例如92%透明、具有3 mm彎曲半徑且可在顯示器應用的10 cm筆跌落試驗下存活的薄片。可利用揭露的靜電噴灑來製造多孔無機基板，並接著以指數匹配的聚合物滲透得到的多孔無機基板。得到的複合物可滿足多種光學、機械與撓姓需求，例如具有滑溜表面且具有高抗刮性的多孔薄片。
用於陶瓷過濾器(諸如，水過濾器或CO2 捕獲)的薄片、塗層或粉末與該過濾器較佳可具有均勻或獨特的多孔微結構。
金屬氧化物塗層用於例如絕緣層、耐腐蝕、保護基板層等等以達成特定表面品質。除了金屬氧化物以外，可製造金屬氮化物以強化抗刮性性質。製作與使用疏水性或或疏油性/抗油性塗層於例如影像顯示器或生命科學應用。
在玻璃或玻璃-聚合物積層的表面上導入圖案。舉例而言，藉由選擇性充電或接地預定圖案的某些部分，帶電顆粒可被選擇性地吸引至期望塗層的地方，接著不期望塗層的絕緣區域允許在玻璃或玻璃-聚合物積層上產生圖案。
在實施例中，揭露的薄片物件產物可用於例如固體電解質應用，例如石榴石膜中。在實施例中，固體電解質可為例如密閉的、薄片厚度約20微米、導電性為1 x 10-4 S/cm、且燒結晶粒尺寸例如小於約5微米與約20微米，以用於較堅強的膜。
已經製備小於250微米厚(例如，100微米厚)且具有均勻孔洞尺寸分佈的多孔自撐薄片(參見圖1與圖2)。薄片在燒結後大約100微米、可撓、可被處置且非常平坦(參見圖3與圖4)。隨著二氧化矽顆粒塗層厚度提高，由於基板並得更加絕緣而使噴灑處理自我受限，且噴灑沉積變得較無效率與較不均勻。然而，可使用多個處理變數來改變例如金屬氧化物自撐薄片的孔隙率、密度與厚度。
用於製造薄自撐薄片的靜電噴灑電暈槍為自Redline Industries Limited取得的Redline EZ100 (100kV)型號。將二氧化矽粉末(約22 m2 /g)添加至附接至槍的容器並利用大約40 psi下的壓縮空氣加以流體化。沒有添加其他組成分至粉末。將此粉末運送通過噴嘴，霧化並暴露至電暈槍所產生的電場。Grafoil®或鉑表面基板被附接(例如，夾持)至不鏽鋼接地板。噴灑的帶電二氧化矽粉末被吸引至板並塗覆表面基板。由於粉末良好地附著至Grafoil®與Pt基板，即便在移除電場後，仍可輕易地將粉末塗覆的表面基板傳送至熔爐並在例如1390至1400 ℃下燒結。接著自基板釋放得到的燒結二氧化矽薄片，以例如小剃刀刀片在薄片下並自表面基板舉起薄片。釋放的二氧化矽薄片保持完整且無破裂。實例
下方實例根據上方一般程序演示揭露的物件與方法的製造、使用與分析。實例 1
藉由靜電噴灑製造自撐二氧化矽薄片的方法 再度參見圖式，圖9與圖10顯示可用於靜電噴灑的實驗設置。圖2、3、4、5與6中影像中顯示的薄片的組合物為主要顆粒表面積約22 m2 /g的純二氧化矽。並未添加其他組成分。
使用下方步驟來產生圖2、3、4、5與6中的自撐二氧化矽薄片。將壓縮空氣管線與電源線附接至靜電噴灑槍且將空氣壓力設定在約40至45 psi。以期望數量的二氧化矽煙粒粉末填充容器並將容器附接至靜電噴灑槍。將氯清潔過的Grafoil®附接至不鏽鋼板或相似的導電板。導電板係接地的。功率設定在100kV。
電暈槍對準導電板上的Grafoil®且拉下板機以流體化粉末並產生電場。將二氧化矽粉末噴灑至表面上直到達成期望厚度的二氧化矽薄片。自導電片小心地移除具有沉積之二氧化矽薄片的Grafoil®。另一片的Grafoil®放置在薄片的沉積二氧化矽側的頂部上。
將位於兩個Grafoil®表面之間的沉積二氧化矽薄片在氦氛圍中燒結至約1400℃燒結溫度的頂部浸泡。使用下方示範性循環：300℃/小時至300℃；500℃/小時至1400℃；無固持(no hold)；在500至200℃/小時或更快的熔爐冷卻速率下冷卻。藉由小心地放置尖銳邊緣(例如，剃刀刀片)於得到的二氧化矽薄片下方接著自Grafoil®薄片表面平緩地舉起自撐、獨立站立薄片，而自Grafoil®表面移除燒結的二氧化矽薄片。實例 2( 預言性的 )
藉由以耦合劑接觸多孔薄片物件來處理多孔薄片物件 耦合劑(例如，矽烷)接觸實例1的多孔薄片物件或類似物件以塗覆物件的內部表面、空隙等空隙空間。可藉由任何適當方法完成接觸，適當方法諸如浸塗、帶鑄造、槽模塗覆、靜電噴灑等塗覆方法。較佳的選擇，在接觸耦合劑之前，自多孔薄片的表面或自多孔薄片地塊體移除濕氣。以耦合劑接觸多孔無機基板與後續的聚合物滲透方法為技術中已知的(參見例如Bona等人，「Characterization of a polymer-infiltrated ceramic-network material」，Dent Mater. 2014 May；30(5)：564–569，提及聚合物-滲透-陶瓷-網絡(PICN)的製造與特徵)。實例 3( 預言性的 )
多孔薄片的聚合物滲透 以聚合物滲透多孔無機基板的方法係技術中已知的(參見例如WO 2011/005535A1，提及具有共-連續陶瓷與聚合物相的複合物，陶瓷相具有孔洞的互聯網絡與類構架結構的互聯網絡)。實例方法包括浸塗、帶鑄造、槽模塗覆、在具有受控氛圍(諸如，真空、氦、N2 、氬)的手套箱中滲透以在滲透之前移除濕氣與空氣。可施加真空與熱量於例如較高黏度的聚合物。對熱固性聚合物而言，例如藉由一個或多個上述方法滲透液體，接著固化以交聯孔洞中的聚合物。對熱塑性聚合物而言，可使用一個或多個上述方法。或者，可添加單體或低分子量寡聚物至熱塑性聚合物，例如可添加苯乙烯單體或寡聚物至聚苯乙烯以降低分子量與黏度。可以例如多孔薄片(諸如由實例1中的二氧化矽所製成，或由如實例2中以耦合劑處理之多孔二氧化矽薄片)完成聚合物滲透。實例 4( 預言性的 )
連續多孔薄片形成 揭露的方法可經修飾而以連續方式執行燒結與多孔玻璃、多孔陶瓷或多孔玻璃-陶瓷薄片形成。供給捲可提供攜帶基板或攜帶帶子，諸如石墨、鋼、玻璃等可撓且耐用攜帶原料。攜帶基板或攜帶帶子可經選擇性靜電地帶電以促進接收噴灑顆粒。供給捲攜帶基板或攜帶帶子靠近(即，上方、下方或側邊上)靜電噴灑槍通過，靜電噴灑槍輸送例如二氧化矽顆粒以形成連續薄層於攜帶基板或攜帶帶子上。攜帶基板或攜帶帶子上的二氧化矽層接著通過熔爐以壓實二氧化矽層。之後，收取捲接收攜帶基板或攜帶帶子上的壓實二氧化矽層並加以儲存或用於進一步處理。攜帶基板或攜帶帶子上的壓實二氧化矽層可在纏繞於收取捲上之前或之後選擇性吸收聚合物與固化。連續燒結的優點在於諸如：捲取處理的主要應力承受分量由攜帶基板所承擔，而非由產生的相當弱的陶瓷或玻璃(例如，二氧化矽)薄膜層所承擔；攜帶基板的高溫穩定性可促進陶瓷或玻璃薄膜層的壓實或結合；基板與噴灑且壓實的薄膜層與攜帶基板之間的附著釋放；產生的攜帶基板與薄膜層的撓性；與在攜帶基板被收取捲所收取之前或之後自攜帶物剝除得到的薄膜的能力。
已經參照多個特定實施例與技術來描述揭露內容。然而，應當理解有可能有仍位於揭露內容範圍中的多個變化與修飾。
100‧‧‧基板
101‧‧‧導電板
102‧‧‧SiO2顆粒
103‧‧‧噴嘴
104‧‧‧儲存器
105‧‧‧高電壓流體化與充電裝置
106‧‧‧調整充電電位的控制器
107‧‧‧調整流體化氣流的控制器
108‧‧‧氣體入口接頭
109‧‧‧AC功率接頭
110‧‧‧功率供應器
111‧‧‧高壓線
200‧‧‧多埠粉末電暈充電系統
201‧‧‧高電壓功率供應器
202‧‧‧充電分散器管
203‧‧‧流體化粉末入口
204‧‧‧電暈線
205‧‧‧錐形電極
206‧‧‧高電壓端子
207‧‧‧歧管
209‧‧‧錐形圖案
210‧‧‧流體化粉末
211‧‧‧基板
212‧‧‧偏壓板
213‧‧‧平移
揭露內容的實施例中：
圖1顯示揭露內容的示範性多孔二氧化矽微結構，由靜電噴灑沉積二氧化矽煙粒於Pt箔上並接著在1392℃下燒結所產生。
圖2顯示示範性獨特多孔二氧化矽微結構，由靜電噴灑沉積二氧化矽煙粒於Grafoil®表面上並接著在1392℃下燒結所產生。
圖3與圖4顯示平坦與可撓多孔二氧化矽自撐薄片的實例，由靜電噴灑沉積二氧化矽煙粒並接著在1392℃下燒結所產生。
圖5顯示在氦中燒結至1392℃後Grafoil®表面上厚度大約100微米的二氧化矽煙粒。
圖6顯示靜電地噴灑於Grafoil®表面上的二氧化矽煙粒。
圖7顯示在氦中燒結至1392℃後在鉑箔上靜電地沉積之厚度大約100微米的二氧化矽煙粒。
圖8顯示利用混合有二氧化矽煙粒(21 m2 /g)的Daraclar®二氧化矽膠在Grafoil®上燒結至1400℃後的250微米多孔、自撐、二氧化矽薄片。
圖9顯示靜電噴灑沉積設備的影像，設備利用電暈槍以產生電場且其中接收表面係接地的。
圖10顯示在例如不銹鋼板的接收表面上提供相反電荷的示意圖。
圖11顯示多埠粉末電暈充電系統。
圖12顯示具有流體化顆粒噴射接頭的線上電暈充電頭。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

Claims (10)

  1. 一種製造一自撐無機薄片的方法，包括： 靜電地沉積一乾無機粉末於一表面上，以形成一無機層於該表面上；及 燒結該得到的無機層以形成一自撐燒結的無機薄片。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該乾無機粉末係一玻璃、一金屬氧化物、一金屬碳化物、一金屬氮化物或上述之一混合物的至少一者的來源。
  3. 如請求項1所述之方法，進一步包括：在燒結之前，自該表面隔開該無機層以提供該燒結的自撐無機薄片。
  4. 如請求項1所述之方法，進一步包括：在燒結之後，自該表面隔開該燒結的無機薄片以提供該自撐燒結的無機薄片。
  5. 如請求項1所述之方法，進一步包括：在靜電地沉積該乾無機粉末之前，該乾無機粉末係經流體化與靜電地帶電。
  6. 如請求項1所述之方法，進一步包括：以至少一個聚合物滲透該自撐燒結的無機薄片。
  7. 如請求項6所述之方法，其中該至少一個聚合物係選自一聚合物熔體、一可交聯聚合物或上述之一組合的至少一者。
  8. 如請求項6所述之方法，其中該至少一個聚合物的一折射率相同於或相似於該自撐無機薄片的折射率。
  9. 如請求項1所述之方法，進一步包括：化學強化該自撐燒結的無機薄片。
  10. 如請求項1所述之方法，進一步包括：以數個顆粒的靜電沉積、排除數個顆粒的靜電沉積、或上述之一組合選擇性裝飾該自撐燒結的無機薄片的一表面。
TW106144362A 2016-12-19 2017-12-18 自撐無機薄片、物件及製造此物件的方法 TW201838940A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662436130P 2016-12-19 2016-12-19
US62/436,130 2016-12-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201838940A true TW201838940A (zh) 2018-11-01

Family

ID=61028169

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106144362A TW201838940A (zh) 2016-12-19 2017-12-18 自撐無機薄片、物件及製造此物件的方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20180170789A1 (zh)
EP (1) EP3555011A1 (zh)
JP (1) JP2020501885A (zh)
KR (1) KR20190099244A (zh)
CN (1) CN110114322A (zh)
TW (1) TW201838940A (zh)
WO (1) WO2018118475A1 (zh)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2315328A (en) * 1938-11-04 1943-03-30 Corning Glass Works High silica glass article
US4732887A (en) * 1984-10-12 1988-03-22 Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha Composite porous material, process for production and separation of metallic element
DE4015208C1 (zh) * 1990-05-11 1991-06-27 Mtu Muenchen Gmbh
US20010032482A1 (en) * 2000-03-08 2001-10-25 Hawtof Daniel W. Method and apparatus for constructing optical waveguide components using electrostatic gun
US20100126227A1 (en) 2008-11-24 2010-05-27 Curtis Robert Fekety Electrostatically depositing conductive films during glass draw
WO2011005535A1 (en) 2009-06-22 2011-01-13 Dow Global Technologies, Inc. Ceramic-polymer composites
EP3257792B1 (en) * 2011-03-31 2019-03-27 Nitta Corporation Belt
US9199870B2 (en) 2012-05-22 2015-12-01 Corning Incorporated Electrostatic method and apparatus to form low-particulate defect thin glass sheets

Also Published As

Publication number Publication date
CN110114322A (zh) 2019-08-09
EP3555011A1 (en) 2019-10-23
KR20190099244A (ko) 2019-08-26
WO2018118475A1 (en) 2018-06-28
JP2020501885A (ja) 2020-01-23
US20180170789A1 (en) 2018-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6953603B2 (en) Functional ceramic layers based on a support layer produced with crystalline nanoparticles
CN112321286A (zh) 一种多层多孔陶瓷材料及其制备方法
JP2002533576A (ja) 効果的にめっき付着を行うコロイド処理噴霧方法
JP2023510157A (ja) 電池用の高グリーン密度セラミック
JP2008243946A (ja) 導電性基板及びその製造方法
EP3118159B1 (en) Liquid composition for forming silica porous film and silica porous film formed from such liquid composition
CN108886011A (zh) 输送固定夹具
KR20190039946A (ko) 점착성 구조체
JP5529435B2 (ja) 多孔質シートの製造方法及び多孔質シート
TW201838940A (zh) 自撐無機薄片、物件及製造此物件的方法
JP6485628B2 (ja) 成膜方法及び成膜装置
Ning et al. Effect of powder structure on microstructure and electrical properties of plasma-sprayed 4.5 mol% YSZ coating
JP4963009B2 (ja) 透明性が改良された無機質膜−基板複合材料及びその製造方法
CN112931957B (zh) 用于气雾生成装置的感受器、气雾生成装置
Schubert et al. Analysis of the characteristics of thick-film NTC thermistor devices manufactured by screen-printing and firing technique and by room temperature aerosol deposition method (ADM)
WO2010011114A2 (ko) 세라믹 코팅막 형성 장치
Azuta et al. Water and oxygen permeability of silica thin films containing organic polymers coated on poly (ethylene terephtalate) substrate by the sol-gel method
JP3883646B2 (ja) 膜の形成方法と膜形成部品
JP2016108618A (ja) 成膜用原料粉体およびセラミックス膜
Kreethawate et al. Inner Surface Coating of Non-Conductive Tubular Substrate Using Electrophoretic Deposition
JP2018123011A (ja) 無機多孔質シートの製造方法
KR102195977B1 (ko) 에어로졸 증착 공정으로 제조된 ＺｎＯ, ＡＺＯ, ＩＴＯ 박막의 특성과 유연 내구성 향상 방법
JP3981737B2 (ja) 樹脂無機複合構造体の製造法及び樹脂無機複合膜構造体
CN115500563A (zh) 多孔陶瓷基体、陶瓷雾化芯及其制备方法
Shovon Micro-particle Entrainment From Density Mismatching Mixture by Dip Coating Process