TWI781746B

TWI781746B - 奈米結構光載體

Info

Publication number: TWI781746B
Application number: TW110132503A
Authority: TW
Inventors: 張明正; 李逸哲
Original assignee: 張明正
Priority date: 2021-09-01
Filing date: 2021-09-01
Publication date: 2022-10-21
Also published as: TW202311023A

Abstract

本發明係一種奈米結構光載體，包含奈米級微結構表面及接觸面，係經噴塗處理或刷塗處理或旋塗處理或浸泡處理或沉積處理或成長處理或蝕刻處理而形成於基板，且具光穿透性或反射性而為具有特定奈米結構厚度的薄片狀或薄膜狀或薄而不連續的島狀。尤其，奈米級微結構表面包含多個奈米級凸塊或奈米級凹洞或為凸塊及凹洞之組合，係用奈米級微結構表面進行多次光行為大幅加強光之奈米反應，奈米及結構可以為奈米級凸塊或奈米級凹洞或其組合，光行為可以為反射或透射或共振或光觸媒或為複數行為組合，進而達到具殺滅細菌或病毒及分解雜質的特點。

Description

奈米結構光載體

本發明係有關於一種奈米結構光載體，尤其是利用奈米級微結構表面的奈米級凸塊或奈米級凹洞或為其組合，進行光行為與物質交互作用，若光行為反射或透射或共振或光觸媒或為複數行為組合時，奈米微結構造成多次光行為增強奈米反應，大幅加強奈米微結構如奈米級凸塊或奈米級凹洞內的光線強度，以及相鄰二奈米級凸塊之間、相鄰二奈米級凹洞之間、相鄰兩奈米級凸塊及凹洞之間的光線強度，進而達到具有殺滅細菌或病毒及分解雜質的特點。

近年來，隨著經濟的長足進步及發展，人們對於生活品質的提升也益加關注，尤其是照明效能、環境空氣、節能減碳等方面。

在照明方面，以發光二極體(LED)最為普遍，但是傳統發光二極體(LED)的燈具只能達到18-20W的功耗，總輸出光量也只有1600-1800流明，尤其是耐電壓範圍為AC85-240而已。

另外，一般常會使用紫外光(UV)燈以抑制細菌或殺滅細菌，不過傳統UV燈所產生所的紫外光對人體有害，且照射範圍小，所以應用上很受限。

對於能持續產生負離子的負離子清淨機所能涵蓋的有效範圍也是相當小，還必須定時清洗而耗費人力，且很容易產生有害的臭氧，而減少PM2.5的速度也相當緩慢。

因此，很需要一種創新的奈米結構光載體，利用奈米級微結構表面的奈米級凸塊及奈米級凹洞進行多次光行為或反射或共振的奈米反應而大幅加強奈米級凸塊及奈米級凹洞內的光線強度以及相鄰二奈米級凸塊之間、相鄰二奈米級凹洞之間的光線強度，進而達到具有殺滅細菌或病毒及分解雜質的特點，藉以解決上述習用技術的所有問題。

本發明之主要目的在於提供一種奈米結構光載體，包含奈米級微結構表面以及接觸面，其中奈米級微結構表面的奈米結構厚度約為10至10000奈米之間，且包含一至多個奈米級凸塊，或者也可再包含一至多個奈米級凹洞，而接觸面係用以設置成接觸至基板的承載表面。

以包含奈米級凸塊的奈米級微結構表面為例，每個奈米級凸塊的奈米級高度為1至1000奈米之間，並小於奈米結構厚度，而每個奈米級凸塊的奈米級寬度為1至1000奈米之間，且相鄰二奈米級凸塊之間的間距為1至100000奈米之間。

具體而言，本發明的奈米結構光載體是經由噴塗處理或刷塗處理或旋塗處理或浸泡處理或沉積處理或成長處理或蝕刻處理而形成基板，並且具光反射性或穿透性而為具奈米結構厚度的薄片狀或薄膜狀或薄而不連續的島狀，尤其是由鋁、銅、鎳、鐵、鋅、銀、金、錫、鈷以及鈦的至少其中一所構成，亦即本質上為金屬膜或合金膜或金屬化合物膜。

上述的奈米級凸塊可包含矩形斷面凸或凹點、三角錐體狀凸或凹點、圓柱狀凸或凹點、圓弧狀凸或凹點的其中之一。

就光路徑而言，以奈米級凸塊為例，奈米級凸塊的第一側面接收外部入射光而產生外部反射光以及內部透射光，內部透射光投射至奈米級凸塊的第二側面而產生內部反射光以及外部透射光，第二側面是相對面於第一側面，內部透射光以及內部反射光在奈米級凸塊的第一側面以及的第二側面之間形成共振作用而加強第一側面以及第二側面之間的光線強度。另外，外部透射光投射至相鄰的奈米級凸塊的第一側面而產生另一外部反射光以及另一內部透射光，另一內部透射光投射至相鄰的奈米級凸塊的第二側面，其中外部透射光以及另一外部反射光在相鄰的奈米級凸塊的第一側面以及第二側面之間形成共振作用，進而加強相鄰的奈米級凸塊的第一側面以及第二側面之間的光線強度。

對於奈米級凹洞，相對應的光路徑也同樣於上述奈米級凸塊的光學特徵，因而不再贅述。

因此，本發明奈米結構光載體中奈米級凸塊及奈米級凹洞內的光線強度以及相鄰二奈米級凸塊、相鄰二奈米級凹洞之間的光線強度會大幅加強，相當於加強光奈米反應具有蓄積能量的功能，或於適當條件下釋放光能量，並具有殺滅細菌或病毒及分解雜質的特點。

以下配合圖示及元件符號對本發明之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。

請參考第一圖，本發明實施例奈米結構光載體的示意圖。如第一圖所示，本發明實施例的奈米結構光載體1包含奈米級微結構表面10以及接觸面20，其中奈米級微結構表面10的奈米結構厚度T為10至10000奈米之間，且包含一至多個奈米級凸塊11，而且每個該等奈米級凸塊11之間是相互間隔開，此外，奈米級微結構表面10也可再包含一至多個奈米級凹洞12，不過在此是以奈米級凸塊11為例而方便說明，所以圖中主要是顯示奈米級凸塊11的所有幾何特徵，而僅簡單顯示奈米級凹洞12的局部外觀而已。換言之，奈米級凸塊11的技術特徵也適用於奈米級凹洞12，只不過在垂直方向上的幾何特徵是互為相反，亦即，奈米級凸塊11的凸出區域是以奈米級凹洞12的凹陷區域取代。再者，每個該等奈米級凹洞12之間是相互間隔開，而且每個該等奈米級凹洞12以及每個該等奈米級凸塊11之間也同樣是相互間隔開。

再者，接觸面20係用以設置成接觸至基板2的承載表面。尤其，圖中的局部放大區A顯示奈米級凸塊11的奈米級高度H以及奈米級寬度W，而每個奈米級凸塊11的奈米級高度H為1至1000奈米之間並小於奈米結構厚度T，每個奈米級凸塊11的奈米級寬度W為1至1000奈米之間，且相鄰的二奈米級凸塊11之間的間距D為1至100000奈米之間。

整體而言，奈米結構光載體1是經由噴塗處理或浸泡處理或沉積處理或蝕刻處理或蝕刻處理而形成於基板2，且奈米結構光載體1具光反射或穿透性而且為具有奈米結構厚度的薄片狀或薄膜狀或薄而不連續的島狀，並由鋁、銅、鎳、鐵、鋅、銀、金、錫、鈷以及鈦的至少其中一所構成，換言之，奈米結構光載體1本質上是金屬層或合金層，不過奈米級微結構表面10的奈米結構厚度T相當小，所以也具有光穿透性。

上述的噴塗處理包含先將噴塗漿料藉噴塗處理而噴塗至接觸面20以形成噴塗層，之後，可待自然乾燥或經烘乾處理後而形成本發明的奈米結構光載體1於接觸面20，其中噴塗漿料包含鋁、銅、鎳、鐵、鋅、銀、金、錫、鈷以及鈦的至少其中一以及承載液體，而承載液體是包含去離子水、甲醇、乙醇以及丙酮的至少其中之一，尤其，烘乾處理係用以移除承載液體，而烘乾處理的溫度是高於承載液體的沸點。

另外，浸泡處理包含先將浸泡漿料藉浸泡處理而在接觸面20上形成浸泡層，之後，可待自然乾燥或經烘乾處理後而形成奈米結構光載體1於接觸面20，其中浸泡漿料包含鋁、銅、鎳、鐵、鋅、銀以及金的至少其中一以及承載液體，而承載液體包含去離子水、甲醇、乙醇以及丙酮的至少其中之一，尤其，烘乾處理係用以移除承載液體，而烘乾處理的溫度是高於承載液體的沸點。

再者，沉積處理包含物理或化學沉積處理。

更進一步，奈米級凸塊11可包含矩形斷面凸點、三角錐體狀凸點、圓柱狀凸點以及圓弧面狀凸點的其中之一，不過本發明並非以此為限，所以其他不同形狀的奈米級凸塊11也都應涵蓋於本發明的範圍。例如，第三圖顯示本發明實施例奈米結構光載體的另一示意圖，其中奈米級微結構表面10是包含多個矩形斷面凸點、多個三角錐體狀凸點、多個圓柱狀凸點以及多個圓弧面狀，以當作凸點奈米級凸塊11，而且相鄰二奈米級凸塊11的間距D不為固定值，而是在預設的範圍內變化，同樣的，奈米級高度H以及奈米級寬度W也是在預設的範圍內變化而不為固定值，可由局部放大區B清楚顯示而了解。

上述的基板2對可見光具光穿透性或反射性，比如發光二極體(Light Emitting Diode，LED)燈具的燈罩、汽車擋風玻璃、窗戶玻璃板或、太陽能板，比如可藉本發明的奈米結構光載體1而加強燈具的出射光，或者，基板2對可見光是具光反射性，比如燈具的反射板、建築物的外牆建材、汽車的車體，且與接觸面20相接觸的承載表面是當作光反射面，並藉本發明的奈米結構光載體1而加強反射板的反射光，比如可加強燈具的出射光。

進一步參考第二圖，本發明實施例奈米結構光載體的光路徑示意圖。如第二圖所示，奈米級凸塊11的第一側面S1(比如左側面)接收外部入射光L1而產生外部反射光L2以及內部透射光L3，且內部透射光L3是進一步投射至奈米級凸塊11的第二側面S2(比如右側面)，亦即，第二側面S2是相對面於第一側面S1，進而在第二側面S2產生內部反射光L4以及外部透射光L5。

要注意的是，上述的內部透射光L3以及內部反射光L4在奈米級凸塊11的第一側面S1以及的第二側面S2之間形成反射或共振作用，進而具有加強第一側面S1以及第二側面S2之間光線強度的作用。

此外，外部透射光L5進一步投射至相鄰的奈米級凸塊11的第一側面S11而產生另一外部反射光L6以及另一內部透射光L7，同樣的，另一內部透射光L7投射至相鄰的奈米級凸塊11的第二側面S22，進而產生另一內部反射光L8以及另一外部透射光L9。顯而易見，外部透射光L5以及另一外部反射光L6在相鄰二奈米級凸塊11之間的自由空間區域中形成反射或共振作用而產生加強光線強度的作用。同樣的，另一內部透射光L7以及另一內部反射光L8是在相鄰的奈米級凸塊11內中形成反射或共振作用，並以此類推。

簡言之，本發明的奈米級凸塊11內的光線以及相鄰二奈米級凸塊11之間的光線皆會產生反射或共振作用，或是稱為多重反射作用，類似於共振腔，所以本發明的奈米級凸塊11內的光線強度以及相鄰二奈米級凸塊11之間的光線強度會大幅加強，相當於奈米反應而具有蓄積或激發能量的功能，並具有殺滅細菌或病毒及分解雜質的特點。

特別的是，由於反射或共振的條件是共振腔的長度等於一半波長的整倍數，所以本發明奈米級凸塊11的奈米級寬度W等於一半波長的整倍數時會產生反射或共振，且相鄰二奈米級凸塊11之間的間距D等於一半波長的整倍數時也會產生反射或共振，換言之，可藉調整奈米級微結構表面10的奈米級寬度W及間距D而實現反射或共振，具有選擇光波長而加強光強度的特點。

當本發明奈米級凸塊11的奈米級寬度W小於一半波長時，奈米級凸塊的量子效應將主導，奈米級凸塊會增強光的表面電漿(surface plasmon)效應，進而增加光效率。

再者，本發明的奈米級微結構表面10還可增強整體奈米結構光載體1的機械結構強度，避免發生折斷或破裂的損壞。

在應用方面，基板2可為汽車擋風玻璃，而本發明的奈米結構光載體1設置於汽車擋風玻璃上可對行駛於道路而經常接觸到污染性空氣的汽車，達到抑菌、除臭、分解有機化合物、淨化空氣的作用，大幅提高衛生品質。同時，透過太陽光而可如同LED光一般產生相同的加強光強度效果，尤其是對於觀光遊覽車、小型巴士、計程車的大眾交通運輸，可有效提升車內環境。

再以LED燈管、LED燈具為例，本發明可抑制細菌，且對人體無害，還能持續產生對人體有益的微量負離子，尤其也不會產生有害的紫外光(Ultra-violet，UV)、臭氧，而且照射範圍大，更無須定時清洗，還可快速減少PM2.5。相對的，傳統UV燈雖然能抑制細菌，但是對人體有害，且照射範圍小，而能持續產生負離子的負離子清淨機所能涵蓋的有效範圍相當小，還必須定時清洗而耗費人力，且很容易產生有害的臭氧，減少PM2.5的速度也相當緩慢。

本發明的奈米結構光載體應用於LED燈時，會比一般LED燈更省電、更亮，且更不易光衰，溫度較低，尤其是能實現低藍光LED的目的，而在耐電壓範圍方面更高。具體而言，本發明的LED燈可達到15.8W的功耗，2000流明的總輸出光量以及AC85-277的耐電壓範圍，而傳統LED燈只能達到18-20W的功耗，1600-1800流明的總輸出光量以及AC85-240的耐電壓範圍而已。

此外，傳統空氣清淨機的耗電量大，須定時清洗/換濾網，耗費寶貴的人力，尤其價格相當高，而應用本發明的奈米結構光載體的產品能具有相同的功效，尤其可分解環境中有機化合物，去除臭味而淨化空氣，且對人體無害，不需清洗或更換濾網，更不需要任何耗材。

綜上所述，本發明的特點在於利用奈米級微結構表面的奈米級凸塊及奈米級凹洞進行多次光行為或反射或共振的奈米反應而大幅加強奈米級凸塊及奈米級凹洞內的光線強度以及相鄰二奈米級凸塊及奈米級凹洞、相鄰二奈米級凹洞之間的光線強度，進而達到具有殺滅細菌或病毒及分解雜質的功效。

以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。

1:奈米結構光載體 2:基板 10:奈米級微結構表面 11:奈米級凸塊 12:奈米級凹洞 20:接觸面 A:局部放大區 B:局部放大區 D:間距 H:奈米級高度 L1:外部入射光 L2:外部反射光 L3:內部透射光 L4:內部反射光 L5:外部透射光 L6:另一外部反射光 L7:另一內部透射光 L8:另一內部反射光 L9:另一外部透射光 S1:第一側面 S11:第一側面 S2:第二側面 S22:第二側面 T:奈米結構厚度 W:奈米級寬度

第一圖顯示依據本發明實施例奈米結構光載體的示意圖。

第二圖顯示依據本發明實施例奈米結構光載體的光路徑示意圖。

第三圖顯示依據本發明實施例奈米結構光載體的另一示意圖。

1:奈米結構光載體

2:基板

10:奈米級微結構表面

11:奈米級凸塊

12:奈米級凹洞

20:接觸面

A:局部放大區

D:間距

H:奈米級高度

T:奈米結構厚度

W:奈米級寬度

Claims

一種奈米結構光載體，係經一噴塗處理或一刷塗處理或一旋塗處理或一浸泡處理或一成長處理或一蝕刻處理而形成於一基板，且該奈米結構光載體具光特性，該光特性包含光觸媒或光穿透性或反射性，其中，該奈米結構光載體為具一奈米結構厚度的一薄片狀或一薄膜狀或一薄而不連續的島狀，並由鋁、銅、鎳、鐵、鋅、銀、金、錫、鈷以及鈦的至少其中一所構成，包括：一奈米級微結構表面，包含多個奈米級凸塊，每個該奈米級凸塊的一奈米級高度為1至1000奈米之間並小於該奈米結構厚度，每個奈米級凸塊的一奈米級寬度為1至1000奈米之間，相鄰該二奈米級凸塊之間的一間距為1至100000奈米之間；以及一接觸面，係用以設置成接觸至該基板的一承載表面，其中該奈米級凸塊包含一矩形斷面凸點、一三角錐體狀凸點、一圓柱狀凸點以及一圓弧面狀凸點的其中之一，該奈米結構厚度為10至10000奈米之間，該奈米級凸塊的一第一側面接收一外部入射光而產生一外部反射光以及一內部透射光，該內部透射光投射至該奈米級凸塊的一第二側面而產生一內部反射光以及一外部透射光，該第二側面是相對面於該第一側面，該內部透射光以及該內部反射光在該奈米級凸塊的第一側面以及的第二側面之間形成一反射或共振作用而加強該第一側面以及該第二側面之間的光線強度，該外部透射光投射至相鄰的該奈米級凸塊的一第一側面而產生一另一外部反射光以及一另一內部透射光，該另一內部透射光投射至相鄰的該奈米級凸塊的一第二側面，該外部透射光以及該另一外部反射光在相鄰的該奈米級凸塊的第一側面以及第二側面之間形成反射或共振作用而加強相鄰的該奈米級凸塊的第一側面以及第二側面之間的光線強度。
如請求項1所述之奈米結構光載體，其中該基板對光具光特性，該光特性包含光觸媒或光穿透性或反射性。
如請求項1所述之奈米結構光載體，其中該基板對光具光反射性，且與該接觸面相接觸的該承載表面是當作一光反射面。
如請求項1所述之奈米結構光載體，其中該噴塗處理包含先將一噴塗漿料藉一噴塗處理而噴塗至該接觸面以形成一噴塗層，之後，待自然乾燥或經一烘乾處理後而形成該奈米結構光載體於該接觸面，該噴塗漿料包含鋁、銅、鎳、鐵、鋅、銀、金、錫、鈷以及鈦的至少其中一以及一承載液體，該承載液體包含去離子水、甲醇、乙醇以及丙酮的至少其中之一，該自然乾燥或烘乾處理係用以移除該承載液體，該烘乾處理的溫度是高於該承載液體的沸點。
如請求項1所述之奈米結構光載體，其中該浸泡處理包含先將一浸泡漿料藉一浸泡處理而在該接觸面上形成一浸泡層，之後，再經自然乾燥或一烘乾處理後而形成該奈米結構光載體於該接觸面，該浸泡漿料包含鋁、銅、鎳、鐵、鋅、銀、金、錫、鈷以及鈦的至少其中一以及一承載液體，該承載液體包含去離子水、甲醇、乙醇以及丙酮的至少其中之一，該烘乾處理係用以移除該承載液體，該烘乾處理的溫度是高於該承載液體的沸點。
如請求項1所述之奈米結構光載體，其中該沉積處理包含一物理或化學沉積處理。
如請求項1所述之奈米結構光載體，其中該蝕刻處理包含一物理或化學蝕刻處理。
如請求項1所述之奈米結構光載體，其中該奈米級微結構表面包含多個奈米級凹洞，每個該等奈米級凹洞之間是相互間隔開，而且每個該等奈米級凹洞之間也是相互間隔開。
如請求項1所述之奈米結構光載體，其中該奈米級微結構表面進一步包含多個奈米級凹洞，每個該等奈米級凹洞之間是相互間隔開，而且每個該等奈米級凹洞以及每個該等奈米級凸塊之間也是相互間隔。