专利名称：衍射光栅辅助的自清洁材料的利记博彩app
衍射光栅辅助的自清洁材料相关申请的交叉引用本申请要求2009年5月14日提交的名称为衍射光栅辅助的自清洁材料的美国专利申请12/465，711的权益，其整个公开内容通过引用结合在本文中。本申请涉及2009年5月14日提交的名称为纳米管辅助的自清洁材料的美国专利申请 12/465，717。
背景技术：
本公开内容涉及自清洁材料，更具体地涉及采用具有闪耀衍射光栅的自清洁层的材料。自清洁材料能够长期有效地保持产品和表面清洁。自清洁材料正日益用于许多场合，包括建筑物外部，浴室，窗，和用于各种表面的涂层。概要本公开内容描述了一种对暴光(即，暴露于光)响应的自清洁材料。自清洁材料的一些例子可包括具有第一表面和第二表面的基材，设置在该基材的第一表面上的自清洁层，和/或在该自清洁层的暴光表面中形成的衍射光栅。衍射光栅可包含被设置成增强对入射在暴光表面上的光的吸收的闪耀状态。本公开内容描述了一种对暴光响应的自清洁材料。自清洁材料的一些例子可包括具有第一表面和第二表面的基材，设置在该基材的第一表面上的自清洁层，和/或在设置在该基材的第二表面上的第二自清洁层。具有第一闪耀状态的第一衍射光栅形成在第一自清洁层的第一暴光表面上并且被设置成至少部分基于第一闪耀状态增强光的吸收。具有第二闪耀状态的第二衍射光栅形成在第二自清洁层的第二暴光表面上并且被设置成至少部分基于第二闪耀状态增强光的吸收。本公开内容描述了一种自清洁材料。自清洁材料的一些例子可包括在自清洁材料的第一表面上形成的闪耀衍射光栅。自清洁材料对入射到第一表面上的光的吸收被设置成基于对应于衍射光栅的闪耀状态和该光对第一表面的入射角而在第一表面上进入光诱导自清洁状态。以上概述仅是说明性的且不意味着以任何方式限定。除了上述的说明性的方面， 实施方案，和特征之外，其他的方面，实施方案，和特征通过参照附图和以下的详细描述而变得明显。附图简述如果结合其中显示本公开内容的多个实施方案中的一个或多个实施方案的附图阅读以下描述和所附权利要求，以下的详细描述会得到更好的理解。但应该理解，本公开内容的各种实施方案不限于附图所示的确切排列和设置。在附图中
图1是说明一种示例性自清洁材料的横截面视图；图2是说明一种示例性自清洁材料的横截面视图；图3是说明一种示例性自清洁材料的放大横截面视图，显示入射其上的光的一个例子；
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图4是横截面视图，说明具有对近似法向入射照射的闪耀角的一种示例性自清洁材料；图5是横截面视图，说明具有对切线入射照射的闪耀角的一种示例性自清洁材料；图6是横截面视图，说明采用相光栅的一种示例性自清洁材料；图7是说明一种示例性自清洁材料的横截面视图，其中基材的多个表面包括自清洁层；和图8是说明一种示例性自清洁材料的横截面视图，其中基材的多个表面包括具有不同闪耀角的自清洁层；所有这些都按照本公开内容的至少某些实施方案设置。详细描述在以下详细描述中，参考构成其一部分的附图。在附图中，类似符号通常表示类似元件，除非本文另有所指。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施方案不意味着限定。在不背离本文主题的主旨或范围的情况下，可以采取其他实施方案，可以进行其他的变化。容易理解，在本文中被一般性描述并在图中说明的本公开内容的那些方面可按照各种各样的不同构造进行排列，替代，组合，和设计，这些都无疑被认为构成本公开内容的一部分。简要地说，本公开内容的多个实施方案包括一种自清洁材料，所述自清洁材料包含具有第一表面和第二表面的基材。自清洁层可被设置在基材的第一表面上。衍射光栅可在自清洁层的暴光表面中形成，其中自清洁层对入射在暴光表面上的光的吸收可由衍射光栅按照对应于该衍射光栅的闪耀状态而增强。所公开的自清洁材料采用一种可增加自清洁材料的光诱导自清洁性能的衍射光栅。图1是横截面视图，说明按照本公开内容的至少某些实施方案排列的一个示例性自清洁材料10。该示例性自清洁材料10包括基材100和具有位于基材100的表面310上的衍射光栅105的自清洁层110。衍射光栅105可使用各种技术在自清洁层110上形成，所述各种技术包括但不限于机械划线和全息记录。关于形成衍射光栅的详细讨论仅为便利起见而在此被省略，因此不应被理解为限定性的。自清洁层110可由在暴露于合适波长的光时表现出某种自清洁性能的材料形成。 即，由于吸收对应于入射在自清洁层110上的合适波长的光的光子，自清洁层110可以表现出例如，光催化，光诱导亲水，或光诱导憎水性能。例如，一些自清洁材料，如二氧化钛 (TiO2)的自清洁性能可响应电磁光谱的紫外区的光而被增强或激活，而其他自清洁材料， 如镍掺杂的钽酸铟(In(H)NixTaO4)，可对电磁光谱的可见光区的光响应。自清洁层110的光催化，光诱导亲水，或光诱导憎水的自清洁性能的激活或增强在本文中也可被称作自清洁层110的状态改变。在某些实施方案中，状态的变化也可包括从一种自清洁性能至不同自清洁性能的变换。对光的暴露和因此的吸收也可引起自清洁层110表现出多于一种的这些性能。例如，自清洁层110可同时变得光催化和亲水，这可从本公开内容理解。在某些实施方案中，衍射光栅105可以是具有闪耀角20的闪耀衍射光栅，其被设置成用于增强自清洁层110的光吸收和因此有可能增强或激活自清洁层110的自清洁性能。闪耀角20可相对基本上平行于基材100的表面310的轴22而确定。基材100可以是对自清洁性能理想的任何基础材料。基材的一些例子包括玻璃，陶瓷，金属，复合材料，或其他建筑材料。自清洁层110可以是具有自清洁性能的任何材料， 包括但不限于二氧化钛(也称作TW2和二氧化钛)，镍掺杂的钽酸铟an(1_x)NixTao4)，或自清洁金属和金属-合金。在某些实施方案中，自清洁层110可以是附着到基材上的预形成膜。在某些实施方案中，自清洁层100可使用常规技术，如化学气相沉积(CVD)、蒸发和溅射而被设置在或附着到基材100上。关于自清洁层110的附着或沉积的详细讨论在此仅因便利起见而被省略，因此不应被认为是限定性的。在某些实施方案中，自清洁层110可相对基材100而言是透明的，和可以符合基材100的任何轮廓，使得自清洁层110明显不能区别于基材。另外，基材100可包括在基材100的一个或多个表面上的自清洁层110。在本公开内容中，自清洁材料10可包括基材100和自清洁层110的组合结构。尽管基材100单独可不必具有自清洁性能，但是为便利起见，在本文中称作自清洁的特定基材100已被理解为与自清洁层110相结合，使得所组合的结构具有自清洁性能。例如，具有 TiO2层的玻璃基材在本文中可被简单地称作自清洁玻璃。在某些实施方案中，基材100在没有自清洁层110时可在某些情况下具有自清洁性能(即，基材本身可以是自清洁材料)， 其中在基材100中形成衍射光栅105(使用以下描述的技术)以增强或改变基材100的自清洁性能。图2是横截面视图，说明按照本公开内容的至少某些实施方案设置的一个示例性自清洁材料12，其中基材200本身可以是自清洁材料和其中衍射光栅105可直接在基材 200中形成。因为基材200本身是一种具有光诱导自清洁性能的材料，因此单独的自清洁层 (即，具有自清洁性能的材料)不是必需的，且衍射光栅105可直接在基材200的表面中形成以增强基材200的自清洁性能。在本公开内容的某些实施方案中，自清洁材料10可在受控或未受控的环境中使用。受控环境一般可以是指其中环境参数可被控制和稳定(如，户内或以其他方式封闭的区域)并且可以通常不容易暴露于气候或其他不稳定状态的空间。环境参数包括但不限于温度，湿度，和照射。相反，未受控环境一般是指其中环境参数不容易被控制(如，户外) 并且表面可暴露于气候条件的空间。在某些实施方案中，自清洁材料10的一个表面可暴露于受控环境，而自清洁材料10的另一表面可暴露于未受控环境。一个例子可以是自清洁窗 (未示出)，其中窗的一个表面可以是外表面，而窗的另一表面可以是内表面。入射光，或简单地说，光，是指入射到自清洁材料10的表面上的在电磁光谱的可见、紫外和红外区域中的电磁辐射。表面对光的暴露也可在本文中被称作所论述的表面的照射。表面的照射特性包括入射光的入射角，入射光的强度，入射光的波长分布，和作为波长函数的强度分布。入射光的入射角度可从垂直于(即，正交于)自清洁材料表面的轴测定。零入射角(即，法向入射)是指这样一种照射状态，其中入射光垂直于碰撞自清洁材料110的表面入射在该表面上。切线入射可以是指这样的自清洁材料照射，其中入射角接近90度(即， 几乎平行于自清洁材料的表面)。因为入射在自清洁材料上的光可能不是精确地平行或共线，入射角是指具有照射该表面的光的最高总强度的角度。例如，直射阳光对表面的照射往往具有高于从其他物体散射到该表面上的阳光的总强度；因此，入射角使用来自太阳的入射光测定。就本公开内容而言，自清洁材料10的表面的照射(也称作暴光)可以被理解为取决于环境。在未受控环境中，如户外，照射特性可以是变化的-取决于日时，季节，附近的天然和人造物体，和纬度-因为从太阳到达地球表面的电磁辐射取决于这些变量。相反，在受控环境，如具有固定照射的内部空间中，照射特性一般可取决于照射灯具的类型和定位，除了灯光的开/关，使用衰减器，或改变灯泡的类型或瓦数，等，变化较少。图3是按照本公开内容的至少某些实施方案设置的自清洁材料10的放大横截面视图，其显示入射在其上的光的一个例子。自清洁材料10包括基材100和自清洁层110。 类似于图1的例子，衍射光栅105在自清洁层110中形成。衍射光栅105的特性可包括闪耀角20，光栅节距140(也称作光栅间隔)，和/或振幅150中的一个或多个。入射在自清洁材料10上的具有入射角30的光130可被自清洁层110吸收以激活自清洁层110的自清洁性能。入射光130的入射角30可相对垂直于(即，正交于)自清洁材料10的基材100 的表面310的轴315而测定。在某些实施方案中，自清洁层110的自清洁性能可随着入射角30接近闪耀角20而增强，因为引起自清洁性能的入射光130的波长相比其他波长可更有效地被衍射光栅105结合到自清洁层110中。例如，闪耀角20可被选择使得电磁光谱的紫外(UV)区域中的波长相比可见光的波长可被自清洁层110更有效地吸收。在某些实施方案中，如果入射角30与闪耀角20不匹配，则自清洁层110对入射光130的吸收可能不足以激活自清洁层110的光诱导自清洁性能。图4是横截面视图，其示出了按照本公开内容的至少某些实施方案设置的示例性自清洁材料10，它对于近似法向入射照射的光130具有闪耀角20。上述闪耀角20对应于自清洁层110的衍射光栅105。对于其中入射光130可垂直(即，法向入射)或几乎垂直于基材110的表面310(即，低入射角)的照射状态，自清洁层110的自清洁性能可在低值的闪耀角30下增强，其中入射光130可几乎垂直于形成闪耀角20的衍射光栅105的表面。 例如，自清洁瓷砖可用于基本上水平的方位，如用于地面或其他水平表面。对于户外阳光或户内顶棚照射灯具之类的光源，照射砖表面的光的入射角几乎与该表面正交。因此具有小闪耀角20的自清洁材料10可提供有效的自清洁性能。图5是横截面视图，示出了按照本公开内容的至少某些实施方案设置的一种示例性自清洁材料，它对切线入射照射的光130具有闪耀角20。上述闪耀角20对应于自清洁层110的衍射光栅105。对于其中入射光130可基本上平行于基材100的表面310(即，切线入射或高入射角)的照射状态，自清洁层110的自清洁性能可在较高值的闪耀角20下增强，其中入射光130可几乎垂直于形成闪耀角20的衍射光栅105的表面。例如，对于在与以前针对图4的例子所述的相同照射状态下用于垂直方位如安装在壁上的自清洁瓷砖，照射该表面的光的入射角20可以是高的，甚至接近切线入射。具有大闪耀角30的自清洁材料10可为处于垂直方位的自清洁瓷砖提供有效自清洁性能。图7是说明按照本公开内容的至少某些实施方案设置的示例性自清洁材料10的横截面视图，其中基材100的多个表面730，740包括自清洁层110，210。自清洁层110可在基材100的第一表面730上形成，并且包括第一衍射光栅105。自清洁层210可在基材100 的第二表面740上形成，并且包括第二衍射光栅705。表面730，740在图7中被描绘为基材100的平行或相对侧，这不应被认为是限定。例如，对于立方基材，该立方体的两个相邻表面可具有自清洁层(如，建筑材料在转角处的区域具有两个相邻外边)。同样地，某些实施方案可包括自清洁材料10，其中基材的多于两个的表面可具有自清洁层。
仍参照图7，自清洁层110，210可以是相同材料，或备选地，自清洁层110可以是不同于自清洁层210的材料。在某些实施方案中，自清洁层110，210可根据环境的类型或自清洁材料10的每一表面730，740所需的自清洁性能而选择。例如，自清洁材料10的一个表面可暴露于受控环境，而自清洁材料的另一表面可暴露于未受控环境。在受控环境中，可用于给受控环境的表面消毒的光催化性能可以是重要的，而在未受控环境中，亲水性能可更重要，以保持表面不被污染。图8是说明按照本公开内容的至少某些实施方案设置的自清洁材料10的横截面视图，其中基材100的多个表面830，840包括具有闪耀角630，640的衍射光栅105，805的自清洁层110，810。自清洁层110可在基材100的第一表面830上形成并且可包括具有第一闪耀角630，第一节距650，和第一振幅655的衍射光栅105。自清洁层810可在基材100 的第二表面840上形成并且可包括具有第二闪耀角640，第二节距660，和第二振幅665的衍射光栅805。如上对图7所讨论，在图8中表面830，840被描绘为平行于或在基材100的对侧上，这不应被认为是限定。同样地，某些实施方案可包括自清洁材料10，其中基材的多于两个的表面可具有自清洁层。仍参照图8，自清洁层110，810可以是相同材料，或备选地，自清洁层110可以是不同于自清洁层810的材料。衍射光栅105，805的闪耀角630，640，以及其他特性，如节距 650，660，和振幅655，665可基于其相应表面的预期的或最概然的照射状态而选择。因此， 在图8的实施方案中，例如，第一自清洁层110的闪耀角630可明显大于第二自清洁层810 的闪耀角640。类似地，第一衍射光栅105的振幅655可不同于第二衍射光栅805的振幅 665。在图8中，自清洁材料10的第二表面840最通常可能被法向入射的光680照射；因此使用低闪耀角840。相反，对于自清洁材料10的第二表面830，照射可以是切线入射，并且可以使用高闪耀角830。例如，对于可在垂直方位上使用的自清洁材料(如，用于窗户的自清洁玻璃)，阳光对窗户的外表面的直接照射可被认为是切线照射(非常高的入射角)，而内部照明器具对窗户的内侧的照射可具有明显较低的入射角。图6是横截面视图，示出了按照本公开内容的至少某些实施方案设置的采用相光栅的自清洁材料10。自清洁材料10可包括基材100和自清洁层110。在某些实施方案中， 相光栅300可在自清洁层110内形成，使得自清洁层110的表面420可以是基本上平面的 (如果基材是基本上平面的)或一般可符合基材100的表面310(如果基材不是平面的)。 相光栅300的特性如光栅节距140可被选择以更有效地配合入射在自清洁材料10的表面上的光，并且可排列成增强自清洁层110的自清洁性能。本文所述的主题有时说明包含在不同的其他元件内或与不同的其它元件向连接的不同组件。可以理解，所描绘的这些构造仅是示例性的，事实上，可呈现许多实现相同的功能的其他的构造。在概念意义上，用于实现相同功能的组件的任何排列是都有效"关联的"，使得所需功能被实现。因此，在本文中相结合以实现特定功能的任何两个元件可被视为相互"关联"使得实现所需功能，而与构造或中间组件无关。同样，如此关联的任何两个组件也可被视为相互"可操作地连接"，或"可操作地配合"以实现所需功能，和能够如此关联的任何两个组件也可被视为是相互"可操作地配合"以实现所需功能。可操作地配合的具体例子包括但不限于物理上可相配的和/或物理上相互作用的组件和/或可无线相互作用的和/或无线相互作用的组件和/或逻辑上相互作用的和/或逻辑上可相互作用的组件。关于本文所用的基本上任何复数和/或单数术语，本领域熟练技术人员可根据上下文和/或应用的需要从复数转变成单数和/或从单数转变成复数。为清楚起见，各种单数/复数变动可在本文中明白地提出。本领域技术人员一般可以理解，本文所用的，尤其是在所附权利要求书(如，所附权利要求书的文体)中的术语一般是指"开放"术语(如，术语"包括"应该理解为" 包括但不限于"，术语"具有"应该被理解为"至少具有"，术语"包括"应该理解为" 包括，但不限于"等)。本领域技术人员可进一步理解，如果要引用特定编号的权利要求的叙述，这种意图要在权利要求中明白地表述，而在没有这种表述的情况下，这种意图不存在。例如，为了帮助理解，以下所附权利要求可包含引导性词语"至少一种"和"一种或多种"的使用，用于引入权利要求叙述。但这些词语的使用不应被理解为表示，不定冠词"a"或"an"所引导的权利要求叙述将包含如此引导的权利要求叙述的任何特定权利要求都限定为包含仅一种这样的叙述的发明，即使同一权利要求包括引导性词语"一种或多种〃或〃至少一种〃和不定冠词如〃 a〃或〃 an"(如，〃 a〃和/或〃 an"通常应该被理解为表示"至少一种"或"一种或多种")；这同样适用于用于引导权利要求叙述的定冠词的使用。另外，即使明白地表述了特定数目的所引入的权利要求叙述，本领域熟练技术人员可以理解，这种叙述通常应该被理解为至少是指所表述的数目(如，没有其他修饰词的纯表述"两个叙述"通常是指至少两个叙述，或两个或多个叙述)。另外，在其中使用类似于"A，B，和C中的至少一个，等"的约定类似的情况下，这种表达一般表示本领域技术人员理解该约定的意义(如，“具有A，B，和C中的至少一个的体系"包括但不限于具有单独A，单独B，单独C，A和B，A和C，B和C，和/或A，B,和C的体系，等)。本领域技术人员进一步可以理解，表示两个或更多个可选择的术语的事实上任何转折连词和/或词语，无论在说明书，权利要求，或附图中，应该被理解为可包括术语之一，任一术语，或所有术语。例如，词语〃 A或B"已被理解为可包括〃 A〃或〃 B〃或〃 A和B"。尽管各种方面和实施方案已在本文中被公开，但其他方面和实施方案对本领域熟练技术人员是显而易见的。本文公开的各个方面和实施方案用于说明目的而无意于限定， 真正的范围和主旨由以下权利要求给出。
权利要求
1.一种对暴光响应的自清洁材料，所述自清洁材料包括具有第一表面和第二表面的基材；被设置在所述基材的第一表面上的自清洁层；和形成在所述自清洁层的暴光表面中的衍射光栅，其中所述衍射光栅包含闪耀状态，所述闪耀状态被设置成增强对入射在暴光表面上的光的吸收。
2.权利要求1的自清洁材料，其中所述衍射光栅的闪耀状态对应于与所述自清洁材料的预期应用方位有关的光的最概然入射角。
3.权利要求2的自清洁材料，其中所述预期应用方位是基本上垂直的并且所述光的最概然入射角几乎平行于所述第一表面。
4.权利要求2的自清洁材料，其中所述预期应用方位是基本上水平的并且所述光的最概然入射角几乎垂直于所述第一表面。
5.权利要求1的自清洁材料，其中所述衍射光栅是相光栅。
6.权利要求1的自清洁材料，其中所述自清洁层响应暴光而成为光催化、憎水或亲水的。
7.权利要求6的自清洁材料，其中所述光是紫外光。
8.权利要求1的自清洁材料，其中所述自清洁层至少部分包含二氧化钛。
9.权利要求1的自清洁材料，其中所述衍射光栅的闪耀状态被设置成提高自清洁层的双光子吸收的机会。
10.权利要求9的自清洁材料，其中所述自清洁层的所述双光子吸收被设置成基于可见波长的光而进入光催化状态。
11.一种对暴光响应的自清洁材料，所述自清洁材料包含具有第一表面和第二表面的基材；被设置在所述基材的第一表面上的第一自清洁层，其中具有第一闪耀状态的第一衍射光栅形成在第一自清洁层的第一暴光表面上并且被设置成至少部分基于第一闪耀状态而增强光的吸收；和被设置在基材的第二表面上的第二自清洁层，其中具有第二闪耀状态的第二衍射光栅形成在第二自清洁层的第二暴光表面上并且被设置成至少部分基于第二闪耀状态而增强光的吸收。
12.权利要求11的自清洁材料，其中第一和第二自清洁层是不同材料。
13.权利要求11的自清洁材料，其中第一自清洁层对光的吸收使得第一和第二自清洁层成为光催化、憎水或亲水的。
14.权利要求13的自清洁材料，其中第二自清洁层表现出不同于第一自清洁层的自清洁性能。
15.权利要求11的自清洁材料，其中第一和第二闪耀状态分别对应于所述光在所述第一和第二自清洁层的第一和第二暴光表面上的最概然入射角。
16.权利要求11的自清洁材料，其中第一闪耀状态基于处于未受控环境中的第一自清洁层而选择，而第二闪耀状态基于处于受控环境中的第二自清洁层而选择。
17.一种自清洁材料，所述自清洁材料包括在所述自清洁材料的第一表面中形成的闪耀衍射光栅，其中自清洁材料对入射在所述第一表面上的光的吸收被设置成基于对应于所述衍射光栅的闪耀状态和光对第一表面的入射角，在第一表面上进入光诱导自清洁状态。
18.权利要求17的自清洁材料，其中闪耀衍射光栅的闪耀状态对应于与自清洁材料的预期应用方位有关的光的最概然入射角。
19.权利要求17的自清洁材料，其中所述自清洁层响应暴光而成为光催化、憎水或亲水的。
20.权利要求17的自清洁材料，所述自清洁材料还包括在自清洁材料的第二表面中形成的第二闪耀衍射光栅，其中所述自清洁材料对入射在第二表面上的光的吸收被设置成基于对应于第二衍射光栅的第二闪耀状态和所述光对第二表面的入射角，在第二表面上进入光诱导自清洁状态。
全文摘要
总体上描述了一种自清洁材料，所述自清洁材料可以包括具有第一表面和第二表面的基材。自清洁层可被设置在基材的第一表面上。衍射光栅可在自清洁层的暴光表面形成，其中自清洁层对入射在暴光表面上的光的吸收可通过按照对应于该衍射光栅的闪耀状态的衍射光栅增强。
文档编号B01J35/10GK102427881SQ201080021049
公开日2012年4月25日 申请日期2010年5月13日 优先权日2009年5月14日
发明者查理·A·埃尔德昂, 爱德华·A·埃拉谢 申请人:英派尔科技开发有限公司