兼具莲花与补光效应的多功能微结构制造技术

本发明专利技术所公开的一种兼具莲花与补光效应的多功能微结构，其每一单元系由数片具相同与不同高度，断面为三角形状的三角壁，彼此相互间隔排列或交错设置，由高而低依序成型表层、零到数层之中间层及底层；表层为直线，中间层可与表层构成开放或封闭的空间，底层与其他层构成封闭空间；三角壁断面的顶端呈平顺之上凸曲线，用于减低液滴下落碰到三角壁时的破裂，降低液滴下落速度的动能；而形成封闭空间，构成空气弹簧将液滴反弹；因本发明专利技术表层为直线，液滴静止在表面时接触面积小，构成超疏液滴表面，与液滴反弹作用结合将液滴弹出结构表面：诸多的三角壁表面将光线向下反射与折射，造成补光效果；本发明专利技术具有结构强度高、易于成型与量产制造的优点。

Multi functional effect of the micro structure of lotus and fill

A kind of lotus and fill effect of multifunctional disclosed micro structure, each unit is composed of several pieces with the same and different height, triangle triangular wall section, each spaced or staggered, from high to low order surface, forming intermediate layer layer number to zero and the bottom surface; as a straight line, the middle layer can be formed on the surface of open or closed and the bottom space, and other layers to form a closed space; the top section of the wall is smooth on the triangle convex curve, used to reduce rupture of liquid drop to touch the triangle wall, reduce the droplet falling velocity of the kinetic energy and the formation of closed space; the air spring will drop rebound; due to the invention of surface linear, droplet surface static in the small contact area, a superhydrophobic surface of droplets, and the droplets rebound combined with the liquid droplet ejecting structure surface: Many of the triangular wall surface will be reflected downward light and refraction, caused by light effect; the invention has the advantages of high structural strength, easy molding and mass production advantages.

【技术实现步骤摘要】
兼具莲花与补光效应的多功能微结构
本专利技术涉及一种兼具莲花与补光效应的多功能微结构。
技术介绍
环保与洁净能源是全世界极为重要的问题，太阳能发电则是主要的洁净能源发电装置；但太阳能面板常因表面受到污染而大幅降低发电效率，同时，太阳光在太阳能面板表面上亦易于反射，因而降低了发电效率；因此，如太阳能面板上，能有一兼具莲花与补光(lotusandlighttrapping)效应之表面，将可大幅提高太阳能面板的发电效率。而所谓莲花效应是指一表面，除了液滴与固体表面间之静态接触角(contactangle)大于150度外，当液滴自一相当高度落于表面时，液滴亦将反弹与滚动，藉此可达到自洁之功能；若该表面静态接触角大于150度，但不具反弹与滚动的特性，则只能称为具静超疏水性(staticsuperhydrophobic)；自然界中有诸多物种，天生即具备超疏水性之表面，其中以莲叶之莲花效应(lotuseffect)最为知名。莲叶表面透过电子显微镜(scanningelectronmicroscope,SEM)观察后，如图1所示，可知莲叶表面具有约20μm之突柱，突柱之间距表皮细胞上亦有一层间距为数百奈米(nm)的毫毛，并覆盖一层具疏水性的蜡质结晶(waxcrystal)；当液滴置于莲叶表面上时，将形成如球状的高接触角度，故莲叶表面具有超疏水性；而液滴落在莲叶表面时，因其间距为数百奈米(nm)的毫毛层包覆着空气，莲叶表面不会被浸湿，液滴将会反弹；若将莲叶倾斜一角度，液滴即可在莲叶之表面滚动，藉此将莲叶上所附着之灰尘及脏污一并带离，故可与以达致自洁之效果。而公知的对象表面上制作疏水性结构之方法，主要是利用仿生概念，以微机电系统(micro-electro-mechanicalsystem,MEMS)之加工方式，制作近似于莲叶表面上之突柱状结构；透过增加表面粗糙度(surfaceroughness)，以减少水滴与对象表面顶端的接触面积，进提升水珠对对象表面的接触角；然而，目前以微机电加工方式制造近似于莲叶之突柱状微结构，其具有诸多缺点，兹列举如下所述：1)目前利用微机电系统加工方法系直接在材料上加工成粗糙表面或突柱状之结构，但无法复制突柱之表皮细胞上之奈米毫毛，因而该表面在静态时虽具超疏水性之特征，然而由于突柱状结构系开放性结构，故突柱间之空气可互相流通，故当液滴自一高度落在突柱状结构时，水滴会将突柱之间的空气挤出，进而使突柱状结构润湿，而失去其疏水性，液滴更是无法反弹与滚动，以达到自洁之功能，因此该表面无莲花效应。例如：一种美国专利公开第2008/0014410号之「定向聚合物制品及方法」一案，其公开了不同高度的三角壁状结构，但其只是平行的三角壁，且亦系属开放性结构，当液滴自一高度落在其表面时，水滴会将平行三角壁间的空气挤出，进而使结构润湿而失去其疏水性，液滴更是无法反弹与滚动，因此该表面亦无莲花效应。2)纵使可完全复制出大自然的莲花表面结构，但因它为独立的柱状结构，其抗剪与抗压的能力均不足，仅需施以轻微之横向力或纵向力，突柱状之结构即会被破坏而失去其超疏水性效果；举例而言，当将突柱状之超疏水性结构材料制成如贴纸般的薄膜，进而固定于物体表面时，亦需在薄膜上施力，而由于突柱状结构的强度差，故于施工过程中极易导致突柱状结构损坏。3)类大自然莲花表面的结构为独立的柱状结构，因此其将光向下反射造成的补光效果能力极差，不可能应用于太阳能板上，以期提升太阳能发电之效率。再者，习知另提供一种概如美国专利公开第2010/0112286号之「超疏水性表面」，其具有第一型体、第二型体，以及高预定型体及低预定型体，皆揭示了不同高度且无流通之结构表面，其中，第二型体与高预定型体皆为突出的柱体，而第一型体与之低预定型体为等高并围成各单元间空气不流通的壁结构；此结构表面有下列的特色与缺失：1)突柱状之结构易被破坏而失去其超疏水性：当液滴静止在该表面的突出柱体上时，因液滴与结构表面的接触面积小，只要该结构材料具疏水性，则该结构将具超疏水性；但此柱体结构与前述之莲叶突柱相似，其抗剪与抗压的能力均不足，仅需施以轻微之横向力或纵向力，突柱状之结构即会被破坏而失去其超疏水性；因一旦突柱状之结构被破坏，一般可知，当液滴落在高度相等并围成各单元间空气不流通的结构表面时，如其第2b图所示，液滴与固体表面间之接触角可大于150度，但其滑动角(slidingangle)将很大，以至于液滴无法在固体表面滚动。此与液滴在网格上的情形是一样的，此表面将不具超疏水性。2)具莲花效应的能力低：美国专利公开第2010/0112286号一案，其各单元间空气不流通的内空气腔，固然对液滴落在结构表面时会有空气反弹的作用，但该结构(a)没有避免液滴破裂的设计：破裂的小液滴将直接进入空气腔，湿润结构而破坏其疏水性；(b)没有大幅降下落液滴动能的设计：具相当动能的液滴落在空气腔上后，落在腔体中间的液滴将迅速落入腔体底部，并将腔体内周遭的空气挤出，进而湿润结构而破坏其疏水性；由上面的分析可知，第2010/0112286号一案之设计，虽然比纯突柱状之结构有较佳的超疏水性，但液滴落下的高度低，因此，它具莲花效应的能力低。3)不具补光的能力：该结构无法像成对的二个三角壁表面般，将光线互相向下反射与折射，以造成补光之效果。综合上述的分析可知，现有的突柱状之结构虽可具高接触角，但普遍具莲花效应的能力低，且不具补光的能力；而具补光的能力的平行的三角壁结构，水滴会将平行三角壁间的空气挤出，亦使结构润湿而失去其疏水性。有鉴于此，吾等专利技术人乃潜心进一步研究莲花效应，并着手进行研发及改良，期以一较佳专利技术以解决上述问题，且在经过不断试验及修改后而有本专利技术之问世。
技术实现思路
为达致以上目的，专利技术人提供一种兼具莲花与补光效应的多功能微结构，尤指一种由具透明与疏水性材质制成之本体，其每一单元系由数片具相同与不同高度，而断面为三角形状的三角壁彼此相互间隔排列或交错设置，由高而低依序成型一表层、零到数层之中间层及一底层；其中，表层将只是直线，中间层可与表层构成为开放或封闭的空间，但至少在其底层必须与其他层构成封闭的空间；三角壁断面的顶端呈平顺之上凸曲线；所有各层之三角壁将共同造成向上支撑与推托液滴的力量，以降低液滴的下落动能；底层形成封闭空间的部分，将构成空气弹簧的作用，以将液滴反弹，使液滴脱离微结构的表面；同时，成对的三角壁表面亦可将光线互相向下反射与折射，以达到补光之效果。是由上述说明及设置，显见本专利技术主要具有下列数项优点及功效，兹逐一详述如下：1)本专利技术之三角壁顶端系呈平顺之上凸曲线，故当液滴滴落于本体时，液滴将不易破裂形成更微小之液滴而湿润本体；其中，表层系直线结构。故与液滴之接触面积极小，可构成超疏水表面；而三角壁之间相互间隔排列或交错设置之三角壁可共同支撑并推托液滴，并随液滴越接近底层，由于三角壁之数量增加，且间距逐渐缩小，故可降低液滴滴落之动能；而底层之封闭空间将构成空气弹簧之作用，藉可将液滴反弹，使液滴脱离微结构的表面。2)如本专利技术系采用透明与疏水性材料所制成，它除了具莲花效应之外，亦可藉由成对的三角壁表面亦可将光线互相向下反射与折射，以达到补光之效果。3)如将此兼具莲花与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种兼具莲花与补光效应的多功能微结构，其特征在于，包括：一本体，其系由数片具相同与不同高度，而断面为三角形状的三角壁彼此相互间隔排列或交错设置，由高而低依序成型表层、零到数层之中间层及底层；其中，表层将只是直线，中间层可与表层构成为开放或封闭的空间，但至少在其底层必须与其他层构成封闭的空间；所述三角壁断面之顶端系呈平顺之上凸曲线。

【技术特征摘要】
1.一种兼具莲花与补光效应的多功能微结构，其特征在于，包括：一本体，其系由数片具相同与不同高度，而断面为三角形状的三角壁彼此相互间隔排列或交错设置，由高而低依序成型表层、零到数层之中间层及底层；其中，表层将只是直线，中间层可与表层构成为开放或封闭的空间，但至少在其底层必须与其他层构成封闭的空间；所述三角壁断面之顶端系呈平顺之上凸曲线。2.根据权利要求1所述的兼具莲花与补光效应的多功能微结构，其特征在于，该本体为具透明与疏水性之材料制成者，使具有莲花与补光效应。3.根据权利要求1所述的兼具莲花与补光效应的多功能微结构，其特征在于，该本体为具疏油性之材料制成者，使具有疏油效应。4.根据权利要求1所述的兼具莲花与补光效应的多功能微结构，其特征在于，该本体表面系...

【专利技术属性】
技术研发人员：李森墉，李卓颖，
申请(专利权)人：李森墉，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71