TWI599271B - A device for coating nano-particles on a substrate and a method for manufacturing the same - Google Patents

Description

一種塗佈奈米微粒於基材的設備及其製造方法

本發明係有關於一種塗佈奈米微粒於基材的設備及其製造方法，其尤指一種電漿加工裝置對其設置於內部之至少一供料棒進行冷電漿加工，並於常溫常壓環境下將加工之混合物塗佈於一基材上，以對基材進行改質、鍍膜、消毒滅菌或毒性檢測之設備及其製造方法。

按，真空輝光電漿於早期即開始運用於半導體製程以及各式材料之處理，由於在真空環境中進行處理之技術需搭配昂貴的真空設備，因此受到諸多條件限制，且運用之產業領域有限而不具有競爭力。於此才有現今毋須於真空環境下進行作業之大氣輝光電漿，因透過該領域之專家研發而問世；其中大氣輝光電漿之應用範圍甚為廣泛，例如紙質、棉質、紡織品、金屬、玻璃、橡膠、塑膠或生醫科技等高分子材料之表面改質；氣體、液體或醫療器具之消毒滅菌；以及各類材料之鍍膜、清潔等皆可見其衍生運用。

大氣輝光電漿係藉由一電源供電於兩電極間以驅動一電場，使電場間之氣體因電離而崩潰解離產生活性氣體物質(即電漿)。另外依照電漿形式亦有區分多種電漿源設計，例如電暈放電(Corona discharge)、介電質放電(Dielectric barrier discharge)、噴射電漿(Plasma jet)等。

參閱第六圖，其為電暈放電示意圖。如圖所示，電源供應器7對陽極702以及陰極金屬線704通電，使得兩電極間的氣體被電離，並於尖端附近產生放電現象，即為所謂的電暈放電706。其中雖然電暈放電706能滿足低溫需求，然而因其須於高電壓高週波環境下進行、電漿密度較低以及電漿空間均勻性不佳(如圖中飄移區域708所示)等缺點，故僅能適合較低品質之材料處理需求。

另外，專利第I432228號係揭示一種微電漿產生裝置及其滅菌系統，其專利說明書於第6頁之先前技術第二段述及：「為了改善滅菌時對於處理物可能造成之傷害，以及降低真空低溫電漿機台購置成本，近來發展利用非熱性、常壓之介電阻障(dielectric barrier discharge，DBD)電漿進行滅菌，此種DBD電漿係在兩平面電極間產生電漿，其中一電極上覆以介電材質屏障，以避免產生非預期微電弧，DBD電漿可減少或避免高能量部分造成的影響，只要施加低能量即可獲得高反應性的物質達到滅菌效果。然而，上述DBD電漿仍有使用上的限制，此係因醫療器具大多數具有不規則的外型，但DBD電漿卻難以覆蓋上述醫療器具所有暴露的表面，或者難以作用至前述醫療器材上某些縫隙中所藏匿的細菌，因此，滅菌的成效受制於待處理物的幾何形狀。另一方面，藏匿而殘餘的細菌，通常處於潮濕環境，如：水溶液中，因此必須施用可確保水溶液中亦可達到完全滅菌效果之滅菌技術，但若採用DBD電漿在水溶液中進行滅菌，困難性則會大幅提升。」，乃已揭露介電質放電於相關製程作業中產生之缺失，於此不再贅述。

又，參閱第七圖，其為該微電漿產生裝置示意圖(同I432228號圖 1)。如圖所示，專利第I432228號所揭示之微電漿產生裝置及其滅菌系統，該微電漿產生裝置係於常溫下運作，並採用毛細管式中空內電極。且無須使用高瓦數產生電漿，微電漿產生裝置尺寸可縮小至筆型，並將反應氣體與電漿激發氣體分流供應。其中經由內電極傳輸之反應氣體如：氧氣，促使電漿激發物質組成發生變化，使電漿中含氧激發物質多樣性比例提高。並透過適當調整之反應氣體濃度、工作距離及處理時間，可使微電漿滅菌參數最佳化，以針對不同菌種，例如：大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、嗜熱桿菌等進行滅菌，即使該些細菌藏匿於液體環境中，仍可以達到完全滅菌的效果。

上述專利第I432228號之微電漿產生裝置及其滅菌系統，其所產生之電漿係為微量設置，且只針對菌種進行滅菌動作，並未揭示可對其他物質進行改質、鍍膜或清潔。又，電漿之生成態樣係取決於氣體種類更換，若對其他態樣性質之基材進行電漿塗佈作業，一來因電漿含量微少，係無法對大量或大面積之基材進行塗佈作業，不適合此類產業之大量生產；二來為了適配基材之態樣性質，若只針對氣體種類更換以變更電漿性質，在與基材的搭配上係有其限制與困難性。於此，遂有針對上述電漿產生裝置進行改良之必要性。

本發明之主要目的係提供一種塗佈奈米微粒於基材的設備及其製造方法，其係對電漿加工裝置通電以及導入一氣體進行冷電漿加工作業。並與電漿加工裝置內部設置之至少一供料棒進行反應而釋放複數奈米微粒，以將加工產生具電漿以及奈米微粒之一混合 物塗佈於基材上；藉此對基材進行改質、鍍膜、消毒滅菌或毒性量測。

本發明之次一目的係提供一種塗佈奈米微粒於基材的設備及其製造方法，其將電漿加工裝置對其內部之至少一供料棒進行冷電漿加工作業，並將加工完成之一混合物塗佈於基材上進行改質、鍍膜、消毒滅菌或毒性量測之製程。係可於一般常溫常壓環境下即可進行作業，毋須受限於真空環境以及適配真空環境所需之相關設施。

本發明之再一目的係提供一種塗佈奈米微粒於基材的設備及其製造方法，其中電漿加工裝置係可採陣列設置於基材上，基材係可設置於一加工平台上，加工平台可為一呈靜止或輸送狀態之一輸送帶；藉此設置達到自動化且高速化進行基材改質、鍍膜、消毒滅菌或毒性量測之大量生產化製程作業。

為了達到上述目的、功效所採用之技術手段，本發明係提供一種塗佈奈米微粒於基材的設備及其製造方法，其係提供一電漿加工裝置，並於電漿加工裝置之內部設置至少一供料棒。對電漿加工裝置通電以及導入一氣體以進行冷電漿加工作業，使得產生之電漿衝擊供料棒，進而進行反應並釋放複數奈米微粒。將電漿以及該些奈米微粒之混合物於電漿加工裝置之一出料口噴出，並塗佈於一基材上，以對基材進行改質、鍍膜、消毒滅菌或毒性檢測等製程作業。其中將混合物塗佈於基材之作業環境，係可於一般常溫常壓下進行，毋須限受限於真空環境中以及設置適配真空環境之相關設施。

1‧‧‧電漿加工裝置

102‧‧‧入氣口

104‧‧‧出料口

106‧‧‧電漿

108‧‧‧奈米微粒

20‧‧‧電極

40‧‧‧供料棒

60‧‧‧混合物

2‧‧‧電源供應裝置

202‧‧‧正極

204‧‧‧負極

3‧‧‧氣體裝置

4‧‧‧氣體流量控制器

5‧‧‧基材

502‧‧‧容置槽

504‧‧‧液體

6‧‧‧加工平台

7‧‧‧電源供應器

702‧‧‧陽極

704‧‧‧陰極金屬線

706‧‧‧電暈放電

708‧‧‧飄移區域

S1‧‧‧步驟

S2‧‧‧步驟

S3‧‧‧步驟

S4‧‧‧步驟

第一圖：其為本發明之第一實施例之塗佈奈米微粒於基材的製造方法之流程方塊圖；第二圖：其為本發明之第一實施例之塗佈奈米微粒於基材的設備示意圖；第三圖：其為本發明之第一實施例之塗佈奈米微粒於基材的設備作動圖；第四圖：其為本發明之第一實施例之塗佈奈米微粒於基材的設備之液體以及容置槽示意圖；第五圖：其為本發明之第二實施例之塗佈奈米微粒於基材的設備之陣列塗佈示意圖；第六圖：其為習知電暈放電示意圖；以及第七圖：其為習知微電漿產生裝置示意圖。

為使對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：參閱第一圖，其為本發明之第一實施例之塗佈奈米微粒於基材的製造方法之流程方塊圖。如圖所示，本發明為一種塗佈奈米微粒於基材的製造方法，其係包含以下步驟：步驟S1：提供一電漿加工裝置，用以進行冷電漿加工；步驟S2：將至少一供料棒設於該電漿加工裝置內；步驟S3：該電漿加工裝置通電及導入一氣體，使該電漿加工裝置進行冷電漿加工並產生電漿，該供料棒被該電漿衝擊而釋放複數奈米微粒，該電漿與該些奈米微粒混合而由該電漿加工裝置之一 出料口噴出，該出料口處係為常溫常壓；以及步驟S4：提供一基材，該基材係設於該出料口外相對之位置，該基材處係為常溫常壓，該電漿以及該些奈米微粒係塗佈於該基材上。

承接前述製造方法，並參閱第二圖以及第三圖，其為本發明之第一實施例之塗佈奈米微粒於基材的設備示意圖以及作動圖。如圖所示，當電漿加工裝置1欲進行冷電漿加工時，係藉由一電源供應裝置2對耦合於電漿加工裝置1之一正極202以及一負極204通電。以及從電漿加工裝置1設置之入氣口102，導入由一氣體裝置3供給之氣體進入電漿加工裝置1內。使得電漿加工裝置1內設置之一電極20與氣體作用進行冷電漿加工而產生電漿106。

其中，氣體裝置3之氣體供應可為一電漿激發氣體以及一反應氣體，該些氣體導入入氣口102之種類、流量以及時間可由一氣體流量控制器4進行調控。該氣體流量控制器4之一側連通氣體裝置3以接收供應之氣體，氣體流量控制器4之另一側連通入氣口102，以決定導入之氣體種類、流量以及時間等參數調節。

利用電漿加工裝置1作動產生之電漿106，對設置於電漿加工裝置1內之供料棒40衝擊而釋放複數奈米微粒108，該供料棒40係可以複數設置，可依該奈米微粒108量之需求而進行該供料棒40其彈性數量之設置。而後將電漿106與該些奈米微粒108於電漿加工裝置1之出料口104噴出，噴出之物質係為具有電漿106以及大量奈米微粒108之混合物60。

其中，供料棒40為金屬材料棒、合金材料棒、碳材料棒、高分子 材料、陶瓷或塑膠；奈米微粒108為金屬、氧化物、氮化物、碳化物、高分子材料、陶瓷或塑膠之微粒；然而，其他可作為與電漿106反應並釋放奈米微粒108，而塗佈於基材5上之物質皆可為之，並不以此為限。於此，奈米微粒108係取決於供料棒40之材料態樣變換，或者是氣體供應種類更換，而使得冷電漿加工產生之電漿106與供料棒40進行反應時，決定奈米微粒108之態樣性質。

於電漿加工裝置1外側且相對出料口104之位置設有一加工平台6，加工平台6係為一輸送帶，其可呈靜置狀態或者是輸動狀態。基材5係設於加工平台6上並相對出料口104之位置。將電漿加工裝置1進行冷電漿加工產生之奈米微粒108(或混合物60)塗佈於基材5上，使基材5具有金屬、氧化物、氮化物、碳化物、高分子材料、陶瓷或塑膠之奈米微粒108，以對基材5進行改質、鍍膜、消毒滅菌或者是毒性檢測。其中，位於出料口104處以及基材5(加工平台6)處係為常溫常壓之環境，亦即本發明之電漿加工裝置1對基材5進行塗佈作業時，係可於一般環境下進行，毋須於真空環境中或者是其他受限於基材5、電漿加工裝置1或適配於真空環境之相關設施之作業條件限制。

另外，塗佈之基材5態樣可為三態(即固態、液態以及氣態)之物質，例如棉物體、塑膠、紡織品、金屬、紙張、尿布、OK繃、液體或空氣等。亦即基材5之態樣不受限於某一特定狀態之物質，方可使用電漿加工裝置1執行奈米微粒108(或混合物60)塗佈作業。如此一來係有利於運用於各領域中各式各樣欲進行改質、鍍膜、消毒滅菌或者是毒性檢測之產品，以提升產品之主要或附加價 值。

參閱第四圖，其為本發明之第一實施例之塗佈奈米微粒於基材的設備之液體以及容置槽示意圖。如圖所示，本發明因其塗佈物之基材5態樣為一液體504，於此係將液體504置放於一容置槽502，以供電漿加工裝置1將冷電漿加工完成之奈米微粒108(或混合物60)於出料口104噴出，並塗佈於液體504上以對其進行改質、檢測或消毒滅菌等作業。

參閱第五圖，其為本發明之第二實施例之塗佈奈米微粒於基材的設備之陣列塗佈示意圖。如圖所示，本發明之電漿加工裝置1係可以採複數組合型態之陣列設置，並將該陣列設置之複數電漿加工裝置1呈相對基材5(加工平台6)之設置。其中陣列設置係有利於對大量或者是大面積基材5進行奈米微粒108(或混合物60)塗佈，以達到高速化製程作業。且本發明之塗佈作業係可於常溫常壓之環境下進行，同時亦不受基材5之態樣性質限制而無導致法對其進行完整塗佈。其係有別於傳統電漿加工裝置1於高溫高壓或是真空環境中進行電漿加工，並且受限於設備之尺寸大小或環境限制而無法陣列設置。再者就是受限於基材5之外觀形體或是態樣性質而增加對基材5進行完整塗佈作業之困難度。

綜合上述，本發明之塗佈奈米微粒於基材的設備及其製造方法，其係利用電漿加工裝置進行冷電漿加工，並將產生之電漿衝擊設置於電漿加工裝置內部之供料棒而釋放複數奈米微粒。而後再將電漿以及該些奈米微粒形成之混合物於電漿加工裝置之出料口噴出，以對相對於出料口之基材進行塗佈作業，進而使基材上附有相關材質之奈米微粒而具有改質、鍍膜、消毒滅菌或毒性檢測之 效。其中塗佈作業係可於常溫常壓下之環境進行，同時基材之態樣性質亦不受限制而可對其進行完整塗佈。另外亦可將電漿加工裝置採陣列設置以對大量或是大面積基材進行塗佈作業，同時將基材設置於加工平台(輸送帶)進行自動化塗佈製程以達高速化作業。

本發明確實已經達於突破性之結構，而具有改良之發明內容，同時又能夠達到產業上利用性與進步性，當符合專利法之規定，爰依法提出發明專利申請，懇請 鈞局審查委員授予合法專利權，至為感禱。

S1‧‧‧步驟

S2‧‧‧步驟

S3‧‧‧步驟

S4‧‧‧步驟

Claims (6)

1. 一種塗佈奈米微粒於基材的製造方法，其包含步驟：提供一電漿加工裝置，用以進行冷電漿加工；將至少一供料棒設於該電漿加工裝置內；該電漿加工裝置通電及導入一氣體，使該電漿加工裝置進行冷電漿加工並產生電漿，該供料棒被該電漿衝擊而釋放複數奈米微粒，該些奈米微粒由該電漿加工裝置之一出料口噴出，該出料口處係為常溫常壓；以及提供至少一基材，該基材係設於該出料口外相對之位置，該基材處係為常溫常壓，該些奈米微粒係塗佈於該基材上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之塗佈奈米微粒於基材的製造方法，其中該電漿加工裝置可採陣列設置，並呈相對該基材以塗佈之設置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之塗佈奈米微粒於基材的製造方法，其中該供料棒為金屬材料棒、合金材料棒、碳材料棒、高分子材料或陶瓷。
4. 如申請專利範圍第1項所述之塗佈奈米微粒於基材的製造方法，其中該些奈米微粒係為 金屬、氧化物、氮化物、碳化物、高分子材料或陶瓷之微粒。
5. 如申請專利範圍第1項所述之塗佈奈米微粒於基材的製造方法，其中該基材為棉物體、塑膠、紡織品、金屬、紙張或液體。
6. 如申請專利範圍第1項所述之塗佈奈米微粒於基材的製造方法，其中該基材係設於一加工平台上，該加工平台係呈靜置狀態或輸動狀態。