[發(fā)明專利]兼具蓮花與補光效應的多功能微結構

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610192276.3
• 申請日: 2016-03-30
• 公開（公告）號: CN107285272A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發(fā)明（設計）人: 李森墉;李卓穎
• 申請（專利權）人: 李森墉
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81B7/00;C08J5/18
• 代理公司: 無錫市匯誠永信專利代理事務所(普通合伙)32260
• 代理人: 張歡勇

技術領域

本發(fā)明涉及一種兼具蓮花與補光效應的多功能微結構。

背景技術

環(huán)保與潔凈能源是全世界極為重要的問題，太陽能發(fā)電則是主要的潔凈能源發(fā)電裝置；但太陽能面板常因表面受到污染而大幅降低發(fā)電效率，同時，太陽光在太陽能面板表面上亦易于反射，因而降低了發(fā)電效率；因此，如太陽能面板上，能有一兼具蓮花與補光(lotus and light trapping)效應之表面，將可大幅提高太陽能面板的發(fā)電效率。

而所謂蓮花效應是指一表面，除了液滴與固體表面間之靜態(tài)接觸角(contact angle)大于150度外，當液滴自一相當高度落于表面時，液滴亦將反彈與滾動，藉此可達到自潔之功能；若該表面靜態(tài)接觸角大于150度，但不具反彈與滾動的特性，則只能稱為具靜超疏水性(static superhydrophobic)；自然界中有諸多物種，天生即具備超疏水性之表面，其中以蓮葉之蓮花效應(lotus effect)最為知名。

蓮葉表面透過電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM)觀察后，如圖1所示，可知蓮葉表面具有約20μm之突柱，突柱之間距表皮細胞上亦有一層間距為數百奈米(nm)的毫毛，并覆蓋一層具疏水性的蠟質結晶(wax crystal)；當液滴置于蓮葉表面上時，將形成如球狀的高接觸角度，故蓮葉表面具有超疏水性；而液滴落在蓮葉表面時，因其間距為數百奈米(nm)的毫毛層包覆著空氣，蓮葉表面不會被浸濕，液滴將會反彈；若將蓮葉傾斜一角度，液滴即可在蓮葉之表面滾動，藉此將蓮葉上所附著之灰塵及臟污一并帶離，故可與以達致自潔之效果。

而公知的對象表面上制作疏水性結構之方法，主要是利用仿生概念，以微機電系統(tǒng)(micro-electro-mechanical system,MEMS)之加工方式，制作近似于蓮葉表面上之突柱狀結構；透過增加表面粗糙度(surface roughness)，以減少水滴與對象表面頂端的接觸面積，進提升水珠對對象表面的接觸角；然而，目前以微機電加工方式制造近似于蓮葉之突柱狀微結構，其具有諸多缺點，茲列舉如下所述：

1)目前利用微機電系統(tǒng)加工方法系直接在材料上加工成粗糙表面或突柱狀之結構，但無法復制突柱之表皮細胞上之奈米毫毛，因而該表面在靜態(tài)時雖具超疏水性之特征，然而由于突柱狀結構系開放性結構，故突柱間之空氣可互相流通，故當液滴自一高度落在突柱狀結構時，水滴會將突柱之間的空氣擠出，進而使突柱狀結構潤濕，而失去其疏水性，液滴更是無法反彈與滾動，以達到自潔之功能，因此該表面無蓮花效應。

例如：一種美國專利公開第2008/0014410號之「定向聚合物制品及方法」一案，其公開了不同高度的三角壁狀結構，但其只是平行的三角壁，且亦系屬開放性結構，當液滴自一高度落在其表面時，水滴會將平行三角壁間的空氣擠出，進而使結構潤濕而失去其疏水性，液滴更是無法反彈與滾動，因此該表面亦無蓮花效應。

2)縱使可完全復制出大自然的蓮花表面結構，但因它為獨立的柱狀結構，其抗剪與抗壓的能力均不足，僅需施以輕微之橫向力或縱向力，突柱狀之結構即會被破壞而失去其超疏水性效果；舉例而言，當將突柱狀之超疏水性結構材料制成如貼紙般的薄膜，進而固定于物體表面時，亦需在薄膜上施力，而由于突柱狀結構的強度差，故于施工過程中極易導致突柱狀結構損壞。

3)類大自然蓮花表面的結構為獨立的柱狀結構，因此其將光向下反射造成 的補光效果能力極差，不可能應用于太陽能板上，以期提升太陽能發(fā)電之效率。

再者，習知另提供一種概如美國專利公開第2010/0112286號之「超疏水性表面」，其具有第一型體、第二型體，以及高預定型體及低預定型體，皆揭示了不同高度且無流通之結構表面，其中，第二型體與高預定型體皆為突出的柱體，而第一型體與之低預定型體為等高并圍成各單元間空氣不流通的壁結構；此結構表面有下列的特色與缺失：

1)突柱狀之結構易被破壞而失去其超疏水性：