TWI695910B - 輻射散熱基板及其製備方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種輻射散熱基板及其製備方法。輻射散熱基板包含金屬基板以及設置於金屬基板上且厚度為0.5μm至10μm的幾丁聚醣層；其中，幾丁聚醣層放射8μm至13μm的輻射波段。

Description

輻射散熱基板及其製備方法
本發明係關於一種輻射散熱基板及其製備方法，特別是關於一種藉由沉積的幾丁聚醣層產生被動輻射冷卻效果的輻射散熱基板及其製備方法。
生活各處存在各式儀器、機械、管線等，因此無可避免地需要設置散熱元件，以維持合宜的操作溫度。因為輻射冷卻係使用輻射作為唯一的熱傳機制，具有以光速傳導、不需介質與耗能即可達到散熱效果的優點，且根據史蒂芬-波茲曼(Stefan-Boltzmann law)公式，可將外太空視為溫度僅3K的巨大的熱沈(heat sink)，而當外太空與地球物體進行熱交換時，輻射熱傳能量與溫度四次方成正比，能放射出高熱通量的輻射，使物體表面的溫度下降，達到散熱效果，因此應用輻射冷卻的基板極具發展潛力。
然而，其必須在太陽熱輻射波段處具有低放射率，且在大氣窗波段(8μm至13μm)處具備高放射率。目前，輻射散熱基板通常為具放射大氣窗波段輻射能力之塗層、或者結合一維光子晶體或超穎材料的結構。舉例而言，塗層可為聚乙烯層、氧化矽層等，以作為具有波長選擇性之紅外光放射層，然而其容易吸收其他波段的太陽輻射，而不易於日間使用。但若使用結合一維光子晶 體或超穎材料的結構，則因製程繁雜、需要額外塗佈奈米厚度之銀或鋁作為反射層等限制而降低泛用性。
因此，有必要發展一種能夠同時具有被動輻射冷卻效果、可於日間使用、製程簡單的輻射散熱基板。
鑒於上述問題，本發明之目的為提供一種輻射散熱基板及其製備方法，其藉由電泳沉積幾丁聚醣層於金屬基板上，而使得輻射散熱基板在太陽輻射波段處產生非吸收的特性，並在大氣窗波段產生高放射率之特性，來改善上述習知技術所產生的問題。
根據本發明之目的，提供一種輻射散熱基板之製備方法，其包含：配製幾丁聚醣溶液，幾丁聚醣溶液包含幾丁聚醣與溶劑，溶劑選自由水、C1-C4醇類、有機酸及無機酸所組成的群組中，且幾丁聚醣溶液之pH值小於7；提供金屬基板至容置有幾丁聚醣溶液的電泳槽中；於預定時間內施加電壓至金屬基板；以及以第一厚度電泳沉積由幾丁聚醣形成之幾丁聚醣層於金屬基板上，並獲得輻射散熱基板；其中，第一厚度為0.5μm至10μm。
較佳地，所述輻射散熱基板之製備方法更包含：在提供金屬基板至容置有幾丁聚醣溶液的電泳槽中之步驟前，以第二厚度蒸鍍黏著層於矽基板上，且蒸鍍金屬層於黏著層上，以形成金屬基板之步驟；其中，黏著層包含鉻或鈦，且第二厚度為10nm至50nm。
較佳地，幾丁聚醣的重量(g)與溶劑體積(mL)之比例為0.01：1000至20：1000。
較佳地，溶劑包含水與乙醇，且水與乙醇的體積比小於2：8。
較佳地，溶劑包含醋酸或鹽酸。
較佳地，電壓小於30V。
較佳地，預定時間小於5分鐘。
根據本發明之另一目的，提供一種輻射散熱基板，其包含：金屬基板以及設置於金屬基板上且厚度為0.5μm至10μm的幾丁聚醣層；其中，幾丁聚醣層放射8μm至13μm的輻射波段。
較佳地，金屬基板係包含矽基板、設置於矽基板上的金屬層、以及設置於矽基板與金屬層之間，係包含鉻或鈦，且厚度為10nm至50nm的黏著層。
本發明之輻射散熱基板及其製備方法具有下述優點：
(1)一般而言，金屬無論在太陽光輻射(0.28μm至4μm)或是大氣窗波段，皆具高反射率(reflectance，R)，故能反射入射太陽光輻射。相對地，金屬在大氣窗波段不具高放射率，故無法散熱。本發明之輻射散熱基板藉由金屬反射入射太陽光輻射，並藉由幾丁聚醣層大量放射大氣窗波段的輻射，以進行輻射冷卻，達到輻射散熱之目的。
(2)由於弱酸性的幾丁聚醣溶液在陰極表面會因電泳沉積而產生幾丁聚醣層，為了避免在矽基板上蒸鍍之金屬層的脫落，需要提高金屬層與矽基板之間的附著力，因此本發明之輻射散熱基板除了藉由徹底清潔矽基板的表面外，還進一步設置黏著層來增進附著力。
(3)本發明之輻射散熱基板即使在白天中，也能在不輸入能量的情形下，藉由透過放射大氣窗波段輻射來散熱，所以不會受到日間無法進行輻射冷卻的限制。因此本發明之輻射散熱基板能於夜間使用外，亦能於日間使用。 另外，本發明之輻射散熱基板可廣泛地用於各種裝置，例如：金屬管線、運輸載具、金屬製儲存槽與鐵皮屋頂等。
(4)由於本發明之輻射散熱基板選用天然之幾丁聚醣作為沉積的材料，因此具有生物相容性良好、無毒性、可分解性的優點，而不會對環境產生危害。另外，由於幾丁聚醣可自蝦、蟹殼等廢棄物中提取而得，故能夠減少廢棄物外，還賦予廢棄物更高的商業價值。
(5)相較於使用強鹼溶液才得以進行之塗佈法(coating)，本發明之輻射散熱基板之製備方法係採用水系的電泳沉積，故除了經電泳沉積後之沉積層較為穩固外，還具有減少環境危害、製程簡易、成本低廉等優點。同時，電泳沉積法亦具沉積面積大、不受基板形狀限制、不易產生皺摺、不易存在接觸熱阻等優點。
(6)本發明之輻射散熱基板之製備方法可藉由調整預定時間、電壓、幾丁聚醣溶液組分等的各種參數，相應地調整沉積後之幾丁聚醣層的特性。在本發明中，由於將溶劑中的一部份的水以乙醇取代，因此能夠避免電泳沉積產生氣泡，而導致幾丁聚醣層無法均勻塗佈之問題。
A:電流計
P:電源供應器
S:幾丁聚醣溶液
S11~S15:步驟
10:低密度聚乙烯薄膜
100:陰極
20:聚苯乙烯
200:陽極
30:熱電偶
40:幾丁聚醣層
50:金屬基板
60:斷熱板
第1圖係為本發明之輻射散熱基板之製備方法之一實施例之流程示意圖。
第2圖係為本發明之輻射散熱基板之製備方法之一實例之實驗設置圖。
第3圖係為本發明之輻射散熱基板之一實例之白金基板測試圖。
第4圖至第8圖係分別為本發明之輻射散熱基板之樣品的影像圖。
第9圖係為本發明之輻射散熱基板之百格附著力測試結果圖。
第10圖係為本發明之輻射散熱基板之橢圓偏光分析圖。
第11圖係為本發明之輻射散熱基板之表面粗度分析圖。
第12圖至第17圖係為本發明之輻射散熱基板之電流曲線圖。
第18圖至第24圖係分別為本發明之輻射散熱基板之輻射特性圖。
第25圖係為本發明之輻射散熱基板之輻射特性圖。
第26圖係為本發明之輻射散熱基板之輻射通量圖。
第27圖係為本發明之輻射散熱基板之溫度量測裝置圖。
第28圖係為本發明之輻射散熱基板之表面溫度分析圖。
第29圖係為本發明之輻射散熱基板之半球反射率分析圖。
第30圖係為本發明之輻射散熱基板之吸收率分析圖。
為使上述目的、技術特徵及實際實施後之效益更易於使本領域具通常知識者理解，將於下文中以實施例搭配圖式更詳細地說明。
參照第1圖，其係為本發明之輻射散熱基板之製備方法之一實施例之流程示意圖。
步驟S11中，配製可包含幾丁聚醣(chitosan，(C6H11O4N)n)與溶劑的幾丁聚醣溶液。幾丁聚醣係幾丁質(chitin)去乙醯化後之產物，而去乙醯化程度(degree of deacetylation)對於溶解度及溶液的性質影響甚鉅，其程度越高所表現之生物特性越明顯，且具有較大之溶解度，因此本案之幾丁 聚醣之去乙醯化程度可大於65%，較佳地大於70%，且幾丁聚醣溶液的pH值可小於7，以增進溶解度。
溶劑可包含水、C1-C4醇類、有機酸、無機酸或其組合。有機酸可包含醋酸，無機酸可包含鹽酸。溶劑可包含體積比小於2：8的水及乙醇。幾丁聚醣的重量(g)與溶劑的體積(mL)的比例為0.01：1000至20：1000。
步驟S12中，提供金屬基板至容置有幾丁聚醣溶液的電泳槽中。金屬基板可為不銹鋼基板、白金基板、或者適用於電泳沉積之任何金屬基板，其可為單層或多層結構。金屬基板可包含於設置金屬層於其表面上的任何基板，且設置金屬層之方式可為蒸鍍、或者所屬技術領域中具有通常知識者為習知的任何設置方式。金屬基板可包含矽基板、金屬層以及設置於矽基板及金屬層之間以增加附著力之黏著層，且設置黏著層之方式可為蒸鍍、或者所屬技術領域中具有通常知識者為習知的任何設置方式。黏著層可包含鉻或鈦，且其厚度可為10nm至50nm。
步驟S13中，於預定時間內施加電壓至金屬基板，以進行電泳沉積。電壓可小於30V且預定時間可為小於5分鐘，當預定時間大於5分鐘時，幾丁聚醣層之厚度過大，會產生吸收熱能的負面效果。
步驟S14與步驟S15中，以第一厚度電泳沉積作為電泳液之幾丁聚醣溶液，以沉積幾丁聚醣層於金屬基板上，並獲得輻射散熱基板。幾丁聚醣層可放射8μm至13μm的輻射波段。第一厚度可為0.5μm至10μm，當厚度小於0.5μm時，無法有效進行輻射散熱，而當厚度大於10μm時，會吸收過量熱能。第一厚度可不使反射率下降超過0.15。
以下，藉由本發明之實例進行詳細說明。
參照第2圖，其係為本發明之輻射散熱基板之製備方法之一實例之實驗設置圖。
如圖所示，利用直流電源供應器P提供固定的電壓，並接上電流計A來測量電流隨時間變化曲線，而電流由金屬基板，亦即陰極100與陽極200，進入並通過幾丁聚醣溶液S以形成迴路。當陰極100獲得電子時，陰極100會與幾丁聚醣溶液S的氫離子結合成氫氣，因此陰極100表面的幾丁聚醣溶液S會因為氫離子濃度下降，而使pH值上升。當pH值達到近中性的弱酸性，亦即pH約為6至6.5時，由於幾丁聚醣僅溶於酸性溶液之性質，幾丁聚醣溶液S內之幾丁聚醣析出並沉積於陰極100。
接續上述，選用面積為5cm×2cm的金屬基板。選用去乙醯化程度約為75%至85%，且分子量範圍為190000至310000g/mol的幾丁聚醣(購自西格瑪-奧瑞奇(Sigma-Aldrich))。選用以去離子水與鹽酸或醋酸配製而得之體積百分率濃度為1%的鹽酸與醋酸來調整pH值，分別配製重量百分濃度(g/mL)為0.06%、0.08%、0.1%與1%之幾丁聚醣溶液。
幾丁聚醣醋酸溶液以及幾丁聚醣鹽酸溶液
首先，秤取不同濃度及溶劑體積所需之幾丁聚醣粉末的重量，舉例而言，若欲配製之幾丁聚醣溶液的總體積為500mL時，0.06%、0.08%、0.1%與1%之幾丁聚醣溶液需分別秤取0.3g、0.4g、0.5g與5g的幾丁聚醣，並將其加入500mL之體積百分率濃度為1%的鹽酸或醋酸之酸性溶液中，放置於磁攪拌機上經過24hr直到充分攪拌均勻，以確保幾丁聚醣粉末完全溶解。因幾丁聚醣粉末與酸性溶液接觸時，表面會先行溶解形成一層膠狀物，阻礙粉末內部溶解，此現象可能導致幾丁聚醣粉末溶解不均勻，或增長攪拌幾丁聚醣溶液的時間。
幾丁聚醣醋酸乙醇溶液
由於使用水系溶劑進行電泳沉積法時，水會被解離而在陰極產生氫氣與在陽極產生氧氣。因此在水系溶劑中的通電電壓若大於1.229V，便會產生水電解反應，其所產生之氣體會影響沉積薄膜得均勻度與緻密度。因此選用乙醇取代溶劑中部分地去離子水。相比於施加脈衝電流或電壓之較為繁雜的方式，以乙醇取代去離子水能夠直接降低溶劑中的去離子水含量，因而能直接減少水電解反應的發生。因此本發明選用比例約為8：2的乙醇與水，乙醇體積為400mL，且乙醇的濃度為95%。去離子水與鹽酸或醋酸之總體積為100mL，幾丁聚醣之重量百分比濃度為0.06%，醋酸之體積百分比濃度為1%。
首先，秤取0.3g幾丁聚醣並加入100mL的體積百分率濃度為1%之醋酸溶液中，放置於磁攪拌機上經過24hr直到充分攪拌均勻，以確保幾丁聚醣粉末完全溶解。接著，再將幾丁聚醣醋酸溶液與400mL酒精混合並攪拌均勻，並放入超音波震盪器中15min，將配製過程中溶解在溶液中之空氣徹底去除。
金屬基板選擇
為了避免電泳沉積時，金屬基板的表面與弱酸性的幾丁聚醣溶液反應，而影響輻射散熱基板的性質，因此作為電極之金屬基板應具備耐蝕性，且不可隨著時間的持續而產生氧化反應，以避免表面生成氧化物或缺陷，而影響散熱性質的量測，另外，金屬基板還需具備高反射率，避免吸收過多太陽輻射熱，使散熱效果降低。
本發明選用厚度為0.3mm的經亮面處理之304不鏽鋼基板，以藉由較為平整與光滑的表面，降低表面粗糙度對於沉積薄膜均勻度之影響，並減少干涉效應的產生。另外，由於白金的化學性質穩定且應用廣泛，因此亦選用白 金基板。但是白金塊材成本過高，且實務上之應用亦主要為蒸鍍白金層於矽基板上，因此以蒸鍍白金層之矽基板作為白金基板。其中，蒸鍍白金層前要先決定厚度，避免影響到後續輻射性值之量測，其結果如第3圖所示。
參照第3圖，其係為本發明之輻射散熱基板之一實例之白金基板測試圖。如圖所示，無論白金層之厚度為0.1μm或1μm，穿透率皆接近於0，代表光無法穿透，因此選用白金層之厚度為0.12μm之矽基板作為金屬基板，以降低成本，並選用厚度為0.02μm的鉻作為黏著層來提高白金層與矽基板之附著力。
電泳沉積
接續上述，選用不同金屬基板、幾丁聚醣溶液、預定時間與電壓進行測試，其參數如表1所示。
Figure 107138663-A0305-02-0010-1
Figure 107138663-A0305-02-0011-2
參照第4圖，其係為本發明之輻射散熱基板之樣品的影像圖，第4圖(a)至(d)部份，依序分別代表樣品1至樣品4。如第4圖(a)至(c)所示，咖啡色部份代表氧化物，可知不鏽鋼基板有嚴重的氧化情形，且其氧化物可能增加不鏽鋼基板之輻射熱吸收，不利於輻射散熱，此外沉積過程中氣泡生成也較為劇烈，使沉積後為白色之幾丁聚醣難以附著。如第4圖(d)所示，調降電壓為1伏特(V)後，沒有產生明顯的腐蝕現象，幾丁聚醣層成功地沉積在不鏽鋼基板上，然而其分布不均，且表面極為粗糙。
參照第5圖，其係為本發明之輻射散熱基板之樣品的影像圖，第5圖(a)與(b)部份，依序分別代表樣品5與樣品6。如第5圖(a)部份所示，幾丁聚醣層之沉積分佈依然不甚均勻，推測原因有二，一為幾丁聚溶液濃度太高，沉積速度較快，二為使用鹽酸作為酸性溶液時，反應速度較快而產生大量氣泡，進而影響幾丁聚醣層之沉積附著。
如第5圖(b)所示，使用幾丁聚醣醋酸溶液製備而得之幾丁聚醣層的分布較使用幾丁聚醣鹽酸溶液製備時更為均勻，但表面仍為粗糙，且電泳沉 積之反應速度也較為緩慢，使得幾丁聚醣層之厚度明顯下降。1%幾丁聚醣醋酸溶液的黏度較高，因此幾丁聚醣醋酸溶液會殘留在樣品表面上，使表面更不均勻。幾丁聚醣在去質子化的過程中產生之氫氣會造成幾丁聚醣層之氣泡痕跡。幾丁聚醣醋酸溶液在不鏽鋼基板上進行電泳沉積時，沒有出現咖啡色氧化物。
接續上述，本發明中除了藉由添加乙醇取代去離子水，而利用降低去離子水比例來降低水電解效應外，降低電流密度也可以有效的增加沉積層之均勻性，因此本發明之電流大小皆控制在0.5mA以下。
參照第6圖，其係為本發明之輻射散熱基板之樣品的影像圖，其代表樣品7。如圖所示，不鏽鋼基板表面可以觀察到一層白色幾丁聚醣層，且均勻性也明顯提升，而沉積過程中亦無明顯氣泡生成，證實添加乙醇可以有效抑制電泳沉積過程之水電解反應。
參照第7圖，其係為本發明之輻射散熱基板之樣品的影像圖，其代表樣品8。如圖所示，隨著沉積時間增加，幾丁聚醣層上產生些許氣泡痕跡，然而與未添加乙醇之沉積樣品相比，氣泡數量降低。
參照第8圖，其係為本發明之輻射散熱基板之樣品的影像圖，第8圖(a)至(c)部份，依序分別代表樣品9至樣品11。如第8圖(c)部份所示，幾丁聚醣濃度提高，因此出現較明顯的氣泡生成痕跡。如第8圖(b)部份所示，沉積時間增加也會生成較多氣泡，影響均勻度。如第8圖(a)部份所示，樣品9之均勻度較佳。
百格附著力測試
接續上述，分別針對樣品6與樣品7進行百格附著力測試，其測試方法為在待測樣品上使用百格刀或普通刀具均勻劃出固定大小之方格，並使用3M公司出產之600或601號測試膠帶確實黏貼於樣品上，將膠帶於垂直方向迅速 扯下，同一位置進行2次相同試驗，以目視的方式檢驗膠帶是否乾淨透明，其結果如第9圖所示。
參照第9圖，其係為本發明之輻射散熱基板之百格附著力測試結果圖，第9圖(a)與(b)部份，分別代表樣品6與樣品7。如第9圖(a)部份所示，幾丁聚醣層大約產生50%剝落，代表未添加乙醇前，電泳沉積幾丁聚醣醋酸溶液過程中產生之氣泡會降低幾丁聚醣層與不銹鋼基板間的附著力。如第9圖(b)部份所示，添加乙醇後可以大幅減少氣泡產生，顯著提升附著力。
橢圓偏光分析
本發明利用橢圓偏光儀量測金屬基板之折射率(n，refractive index)與消光係數(κ，extinction coefficient)，其結果如第10圖所示。
參照第10圖，其係為本發明之輻射散熱基板之橢圓偏光分析圖，第10圖(a)與(b)部份代表不鏽鋼基板與白金基板。如第10圖(a)所示，任選兩片不銹鋼基板進行分析(舉例而言為不銹鋼基板1與不銹鋼基板2)，確認每片不銹鋼基板的光學性質沒有明顯的差異。如第10圖(b)所示，量測並建立白金基板之折射率(n)與消光係數(κ)，並與固體光學常數手冊(Handbook of optical constants of solids)上之數值比較，發現量測值與實際值並沒有完全重合，可能原因為本發明選用之白金基板以蒸鍍方式製作，緻密程度與塊材相比較低。
建立基板光學常數後，建立物理模型來描述樣品的物理性質，並以數值分析求得樣品的物理參數。幾丁聚醣層使用如下所示之柯西模型(Cauchy model)：
Figure 107138663-A0305-02-0013-3
κ(λ)=0 此模型適用於透明薄膜中，折射係數必須隨波長(wavelength，λ)增加而遞減，消光係數則假設為0，擬合(fit)波段為500nm至1700nm，其中A、B與C為常數，利用三個已知波長所對應到之折射係數解聯立方程式，即可求得常數A、B、C。因此，藉由橢圓偏光儀分析樣品12至17之厚度，並重複進行測試，以確保再現性，其結果如表2所示。
Figure 107138663-A0305-02-0014-4
如表2所示，不同樣品之厚度量測相對誤差最大約為2%~4%，代表模型可信度非常高。
表面粗度儀量測
使用表面粗度儀量測時，材料不能太硬以免探針受損，因此僅量測白金樣品，其結果如第11圖所示。
參照第11圖，其係為本發明之輻射散熱基板之表面粗度分析圖，第11圖(a)至(c)部份依序代表樣品15至樣品17。如圖所示，樣品15至樣品17之厚度分別為329.8nm、454.1nm與726.4nm，而上述橢圓偏光儀量測結果則分別為 357.4nm、397.8nm與692nm，相對誤差分別7.7%、12%與4%。其中，厚度為電腦直接計算之區域R之平均厚度減去區域L之平均厚度。由於取出樣品時，可能會沾有幾丁聚醣溶液，因此使用表面粗度儀進行量測時，會量到殘留溶液乾燥後之厚度，所以幾丁聚醣層之厚度的量測係指高度變化趨於平緩時，計算平緩處的厚度之平均值，再取與金屬基板高度之差異而即得，另外圖中出現之較大的高度為樣品上附著顆粒所致。
薄膜厚度預測
選用電極間距為1cm、添加幾丁聚醣溶液體積為6mL，電泳槽之大小為2.5cm×1cm×4.5cm。計算電流與不同沉積時間曲線下面積，對應橢圓偏光儀量測結果，使用線性最小平方法來預測幾丁聚醣層之沉積厚度，間隔25ms紀錄一次電流值，每一相同沉積時間分別量測五個樣本，其結果如第12圖至第17圖所示。
參照第12圖至第17圖，其係為本發明之輻射散熱基板之電流曲線圖，依序代表樣品12至樣品17，並利用矩形法計算電流曲線下面積，其結果如表3所示。
Figure 107138663-A0305-02-0015-5
Figure 107138663-A0305-02-0016-6
如表3所示，在相同沉積時間內，樣品12至樣品14的曲線下面積最大差異僅約為3%，代表沉積具有再現性，並利用迴歸模型建立總電量與厚度之關係，並將常數項設定為0，y軸為厚度(nm)，x軸為總電量(C)，線性回歸方程式為y=4609.2x，R2為0.997，變異數分析結果顯著值為2.09×10-18。樣品15至樣品17的曲線下面積最大相對誤差則分別為7%、19%與7%，方程式為y=4968.4x，R2為0.9608，顯著值為4.14×10-10。由於R2越接近1代表此直線與實驗值之誤差越低，因此線性模型可用來作為預測厚度之方法。
輻射性質量測
利用半球輻射性質量測系統，選用未經電泳沉積之不銹鋼基板、未經電泳沉積之白金基板、樣品8與10進行8°反射率與8°吸收率(absorptance，A)之分析，其結果如第18至第24圖所示。此外，在本發明中以克希荷夫定律推定吸收率。
參照第18圖至第24圖，其係分別為本發明之輻射散熱基板之輻射特性圖。如第18圖所示，樣品10因為幾丁聚醣層作為抗反射層而使反射率稍微降低，但未發現明顯的吸收峰值，代表在此波段下幾丁聚醣層為非吸收膜，而不鏽鋼基板反射率小於0.8，因此容易吸收太陽輻射熱。如第19圖所示，不鏽鋼基板具有高反射率，無法放射熱輻射，故無法放射大氣窗波段輻射來冷卻，因此在吸收太陽熱輻射後無法有效將熱能以中紅外光的方式排出。如第20圖所示，樣品10之反射率明顯下降。如第21圖所示，不銹鋼基板沉積幾丁聚醣層之輻射散熱基板確實具備放射8μm至13μm波段輻射能力，具備輻射冷卻效果。
如第22圖所示，在白金基板上沉積幾丁聚醣層之樣品8的反射率下降較少，原因為白金基板係以蒸鍍製作，因而較為光滑，反之不鏽鋼表面則較為粗糙，所以在量測時可能會因為表面干涉效應而使反射率變低。如第23及24圖所示，本發明之製備方法具有再現性，且於白金基板沉積幾丁聚醣層之輻射散熱基板確實具備放射8μm至13μm波段輻射能力，具備輻射冷卻效果。
同時，還進行本發明之沉積時間與幾丁聚醣層之厚度之8°反射率分析。其結果如第25圖所示。
參照第25圖，其係為本發明之輻射散熱基板之輻射特性圖。如圖所示，其分別為不鏽鋼基板與在不鏽鋼基板上沉積6、8與10分鐘(min)之幾丁聚醣層之8°反射率結果。其中，量測波段為0.4μm-1.8μm，不同沉積時間對應厚度為使用電流與時間沉積曲線下之面積，再利用迴歸方程式求得。可知，上沉積6、8與10分鐘時之幾丁聚醣層厚度分別為4.39μm、5.49μm與6.52μm，當幾丁聚醣層之厚度增加時，會使短波長之反射率下降，當反射率下降0.1時，太陽輻射熱吸收約會增加90W/m2。因此若在太陽輻射能量集中波段之反射率下降0.1以上，將導致過多太陽熱輻射吸收，使輻射散熱基板散熱效果降低。而在0.4μm-1μm下沉積6分鐘之樣本反射率約下降0.1；沉積8分鐘之樣本反射率約下降0.14；沉積10分鐘之樣本約下降0.18，且在1μm-1.8μm波段下亦明顯下降。可選地，幾丁聚醣層厚度之上限為沉積10分鐘時之厚度，亦即為6.52μm。
淨輻射熱傳
利用量測所得之放射率頻譜計算樣品之淨輻射熱傳，僅考慮輻射熱交換，忽略傳導與對流熱交換。入射太陽輻射頻譜使用AM1.5G，因半球輻射性質量測系統量測範圍為0.4μm至1.8μm，在計算太陽入射頻譜時僅計算此波段 下之太陽輻射熱吸收，太陽輻射主要集中在0.4μm至1μm，因此其餘波段對於淨輻射熱傳計算之影響可以忽略。樣品表面放射輻射則使用普朗克黑體輻射通量，分別計算273K與303K之放射熱，如第26圖所示。
參照第26圖，其係為本發明之輻射散熱基板之輻射通量圖，x軸為波長，y軸為黑體放射功率(spectral blackbody emissive power，W/(m2．μm))，在273K與303K下，黑體輻射放射波段包含大氣窗波段，將輻射通量與使用長波長半球輻射性質量測系統所得之輻射頻譜相乘積分後可以得到樣本放射之輻射，最後將吸收之太陽輻射熱與樣本放射之輻射相減得到樣本之淨輻射熱傳。其中，吸收太陽輻射能量計算波段為0.4μm至1.8μm與2μm至4μm，放射能量計算波段為0.4μm至1.8μm、2μm至8μm與8μm至13μm，並分別假設物體表面溫度為30℃與0℃，其結果如表4所示。
Figure 107138663-A0305-02-0018-7
Figure 107138663-A0305-02-0019-8
如表4所示，溫度為30℃下，不鏽鋼基板吸收太陽輻射之淨輻射熱傳為295.8W/m2，因其在2μm至13μm波段反射率皆在0.8以上，因此吸收太陽輻射能量後幾乎沒有放射出能量。而有幾丁聚醣層之樣品10之淨輻射熱傳量值為320.1W/m2，因為幾丁聚醣層有抗反射的效果，因此降低太陽輻射波段之反射率，使吸收能量增加，然而在2μm至13μm放射能量使樣品10之淨輻射熱傳為173.3W/m2，吸熱比僅有不鏽鋼基板時少了122.5W/m2，達到冷卻效果。溫度為0℃下，樣品10之吸熱比僅有不鏽鋼基板時少了54.7W/m2，證明幾丁聚醣層設置在不鏽鋼基板上可以達到冷卻效果。同理，亦證實幾丁聚醣層設置在白金基板上之樣品8可以達到冷卻效果。
散熱效果
為了驗證幾丁聚醣層具備使金屬降溫之功能，使用熱電偶分別量測不鏽鋼與沉積幾丁聚醣層之不鏽鋼樣品在一般環境下之表面溫度，實驗設置如第27圖所示。
參照第27圖，其係為本發明之輻射散熱基板之溫度量測裝置圖。選用樣品10作為設置幾丁聚醣層40之金屬基板50，並將其放置於由聚苯乙烯20組成的絕熱材料中。由於聚苯乙烯20具有低吸水性，熱傳導係數為0.0335W/(m．K)，能降低熱對流與熱傳導之影響，並藉由熱電偶30量測。同時，於上方貼附低密度聚乙烯薄膜10，可在不影響輻射性質下，保護下方樣品並降低熱對流。另外，於下方設置熱傳導係數為0.0278W/(m．K)的斷熱板60，阻擋地面熱傳導。測試時間為2018/08/19早上9點，持續測量24hr，每隔1hr紀錄一次溫度，其結果如第28圖及表5所示。
Figure 107138663-A0305-02-0020-9
參照第28圖，其係為本發明之輻射散熱基板之表面溫度分析圖。如第28圖及表5所示，樣品10之金屬表面溫度在量測時間中皆低於未處理之不鏽鋼基板。在白天測量到最大溫度差為2.4℃，代表幾丁聚醣塗層成功使金屬基板溫度降低，達到散熱之效果，而晚上時溫度差異較小，可能原因為晚上散熱受到水氣影響。
接續上述，量測剛製備好之樣本與曝曬後之樣本的半球反射率，確認幾丁聚醣層在不同溫度下熱漲冷縮後之穩定性，其結果如第29及30圖所示。
參照第29圖，其係為本發明之輻射散熱基板之半球反射率分析圖。參照第30圖，其係為本發明之輻射散熱基板之吸收率分析圖。如第29圖及第30圖所示，在曝曬前後之樣本反射率與吸收率並無太大差異，代表幾丁聚醣層在環境溫度變化下仍然保有相同的輻射性質，能持續達到使金屬散熱之功能。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於申請專利範圍中。
S11~S15:步驟

Claims (7)

  1. 一種輻射散熱基板之製備方法，其包含：以一第二厚度蒸鍍一黏著層於一矽基板上，其中該黏著層包含鉻或鈦，且該第二厚度為10nm至50nm；蒸鍍一金屬層於該黏著層上，以形成一金屬基板；配製一幾丁聚醣溶液，該幾丁聚醣溶液包含一幾丁聚醣與一溶劑，該溶劑選自由水、C1-C4醇類、有機酸及無機酸所組成的群組中，且該幾丁聚醣溶液之pH值小於7；提供該金屬基板至容置有該幾丁聚醣溶液的一電泳槽中；於一預定時間內施加一電壓至該金屬基板；以及以一第一厚度電泳沉積由該幾丁聚醣形成之一幾丁聚醣層於該金屬基板上，並獲得該輻射散熱基板；其中，該第一厚度為0.5μm至10μm。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之輻射散熱基板之製備方法，其中該幾丁聚醣的重量(g)與該溶劑的體積(mL)之比例為0.01：1000至20：1000。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之輻射散熱基板之製備方法，其中該溶劑包含水與乙醇，且水與乙醇的體積比小於2：8。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之輻射散熱基板之製備方法，其中該溶劑包含醋酸或鹽酸。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之輻射散熱基板之製備方法，其中該電壓小於30V。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之輻射散熱基板之製備方法，其中該預定時間小於5分鐘。
  7. 一種輻射散熱基板，其包含：一金屬基板，包含：一矽基板；一金屬層，設置於該矽基板上；以及一黏著層，設置於該矽基板與該金屬層之間，係包含鉻或鈦，且厚度為10nm至50nm；以及一幾丁聚醣層，設置於該金屬基板上，且厚度為0.5μm至10μm；其中，該幾丁聚醣層放射8μm至13μm的輻射波段。
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