БЫТОВОЙ ПРИБОР С САМООЧИЩАЮЩЕЙСЯ ПОВЕРХНОСТЬЮ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
HOME APPLIANCE WITH SELF-CLEANING SURFACE AND METHOD OF ITS PRODUCTION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к бытовому прибору по меньшей мере с одной самоочищающейся поверхностью, предусмотренной на базовом материале, в котором самоочищающаяся поверхность содержит множество двойных микроразмерных структур, и к способу его изготовления.
Уровень техники
Съем материала с твердой подложки с образованием микроразмерных и/или наноразмерных структур обычно называют микромеханической обработкой. Процесс лазерной абляции представляет собой один из вариантов микромеханической обработки с применением высокоэнергетических лазерных лучей для съема материала с поверхности твердой подложки. Изменение структуры поверхности твердой подложки позволяет также изменить свойства поверхности. Например, при формировании микроразмерных и/или наноразмерных структур можно изменить гидрофобность поверхности, например, таким образом, чтобы усилить ее водоотталкивающие свойства.
В природе этот эффект можно наблюдать на листьях лотоса, известных своей способностью к самоочистке. Поверхность листьев лотоса содержит выраженные микроразмерные и наноразмерные структуры. Вода обладает довольно большим поверхностным натяжением, вследствие чего форма капель воды приближена к сферической. Сфера имеет минимальную площадь поверхности и, тем самым, наименьшую поверхностную энергию. При контакте с поверхностью силы адгезии распределяют каплю и полностью или частично смачивают поверхность. Степень смачивания зависит от свойств поверхности, в частности, структуры, и поверхностного натяжения воды или жидкости в общем смысле. Поверхность листьев лотоса имеет двойную структуру, значительно уменьшающую площадь контакта и силу адгезионного взаимодействия между каплей и поверхностью, что придает листьям гидрофобность и высокую водоотталкивающую способность. Иерархическая двойная структура образована характерными сосочками высотой 10-20 мкм и шириной 10-15 мкм с наложенным эпикутикулярным воском.
Показателем гидрофобности поверхности служит угол контакта капли с поверхностью. Чем больше угол контакта, тем большей гидрофобностью обладает поверхность. Поверхности с углом контакта <95° называют гидрофильными, а поверхности с углом контакта >95° - гидрофобными. Поверхности с углом контакта до 160-180° считают супергидрофобными, что означает вступление в контакт с поверхностью не более 3-0,5% площади капли, приводящее к наблюдаемому эффекту самоочистки.
Капли воды, скатывающиеся с поверхности, подхватывают частицы грязи и, таким образом, легко удаляют их. Когда капля воды скатывается по загрязненной поверхности, адгезия между частицей грязи, независимо от ее состава, и каплей будет выше адгезии между частицей и поверхностью.
Бытовой прибор может соприкасаться с пылью, грязью, продуктами питания или кожей человека. Это может привести к нарушению уровня чистоты и, что более важно, гигиены, так как в долгосрочной перспективе на бытовом приборе могут оседать и размножаться микроорганизмы.
По существу, наличие пятен на внешних частях бытового прибора связано с низким уровнем гигиены. Такие поверхности как нержавеющая сталь или стекло часто трудно поддаются очистке. Для удаления некоторых пятен, например, пригоревших остатков, от пользователя также требуются большие усилия. Пятна от продуктов питания возникают при приготовлении пищи (кухонные плиты, печи), а также при хранении продуктов в бытовых приборах, например, в холодильниках.
Кроме того, изделия с различными загрязнениями очищают, по существу, в водопроводящих бытовых приборах. В частности, в посудомоечных машинах накапливаются остатки пищи, а диапазон загрязнений, удаляемых с белья в стиральных машинах, обычно еще шире. Таким образом, в частности, на труднодоступных участках может накапливаться грязь, служащая хорошей питательной средой для микроорганизмов или способная выделять неприятные запахи.
Поэтому желательно придать поверхностям бытового прибора способность к самоочищению.
В уровне техники известны материалы с модифицированной поверхностью.
В патентном документе US 2015/0136226 А1 раскрыт металл или металлический сплав, содержащий по меньшей мере один участок поверхности с множеством микроразмерных структурных форм и с множеством наноразмерных структурных форм, причем по меньшей мере один участок поверхности обладает супергидрофобными свойствами, причем по меньшей мере один участок поверхности имеет спектральную отражательную способность менее 60% в отношении по меньшей мере некоторых длин волн электромагнитного излучения в диапазоне от 0,1 до 500 мкм.
В патентном документе US 5,635,089 раскрыта поверхность материала, содержащая периодические конические поверхностные структуры высотой менее 200 микрон и толщиной менее 100 микрон. Кроме того, поверхность содержит впадины шириной менее 300 микрон между упомянутыми коническими поверхностными структурами.
В патентном документе US 4,972,061 раскрыт способ изменения отражательной способности поверхности материала, содержащий этапы облучения поверхности пучком когерентного импульсного излучения, причем уровень мощности указанного импульсного излучения достаточен для расплавления поверхности и, тем самым, образования поверхностной плазмы, в результате чего ударная волна, связанная с поверхностной плазмой, придает указанной поверхности шероховатость; и многократного прохождения этим лучом по указанной поверхности с последовательным образованием близко расположенных линий на этой поверхности в результате придания этой поверхности шероховатости.
s
В патентном документе WO 2015/048504 А2 раскрыта искусственная поверхность, отталкивающая жидкости и содержащая: поверхность с множеством микроструктур, расположенных с шагом менее 500 мкм, и двойной топологией входящего угла, расположенной на соответствующих базовых структурах, содержащая фракцию (f) контакта жидкости и твердого тела в количестве менее 50%, причем двойная топология входящего угла содержит часть крышки и выступ, проходящий вниз от периферийной части крышки.
В патентном документе US 2013/0138103 А1 раскрыт электрохирургический инструмент с микро/наноструктурой, содержащий: ручку, лезвие, расположенное на конце ручки и содержащее микро/наноструктуру, состоящую из микро-/наноэлементов.
L
В патентном документе US 2004/0208791 А1 раскрыта ультрафобная поверхность, содержащая: подложку с поверхностью, на которой выполнено множество, по существу, единообразных неровностей, расположенных под одинаковым углом относительно подложки, причем неровности расположены таким образом, чтобы плотность контактной линии поверхности, измеренная в метрах контактной линии на квадратный метр площади поверхности, была равна или превышала плотность контактной линии «Λ», определенную по формуле:
а,0
где γ - поверхностное натяжение жидкости, вступающей в контакт с поверхностью, выраженное в Ньютонах на метр, θ - экспериментально измеренный истинный наступающий угол смачивания материала неровности в градусах, а ω - угол подъема неровности в градусах, причем поверхность демонстрирует границу раздела жидкость/твердое тело/газ при жидкости под давлением по меньшей мере в одну атмосферу.
В патентном документе ЕР 2669040 А1 раскрыт способ получения поверхности, в котором поверхность содержит структуры субмикронного размера. Поверхность содержит материал, в состав которого входит по меньшей мере один керамический материал, по меньшей мере одно неорганическое стекло, углерод, бор, кремний, по меньшей мере одно неорганическое волокно и/или неволокнистый углерод и/или нитрид бора, содержащий композитный материал с керамической и/или углеродной матрицей, по меньшей мере один металлокерамический композитный материал или по меньшей мере один композитный материал, который выполнен из металла и/или металлического сплава и содержащий теплопроводящие частицы и/или волокна из углерода и/или нитрида бора, и который может быть по меньшей мере частично покрыт оксидным слоем, или представляющий собой сочетание по меньшей мере двух из вышеперечисленных пунктов. Исходную поверхность материала, которая еще не имеет структур субмикронного размера и доступна лазерному облучению, и на которой должны быть выполнены поверхностные структуры, полностью сканируют импульсным лазерным лучом один или несколько раз таким образом, чтобы соседние пятна лазерного луча соприкасались друг с другом без зазора или наложения, с соблюдением следующих условий: примерно 0,07 ≤ ε < примерно 3000.
где:
Р
Р: максимальная мощность импульса исходящего лазерного излучения [кВт];
m
P: средняя мощность импульса исходящего лазерного излучения [Вт];
t: длина лазерного импульса [нс], причем t составляет от 0,1 до примерно 4000 нс;
f: частота повторения лазерных импульсов [кГц];
v: скорость сканирования поверхности заготовки [мм/с];
d: диаметр лазерного луча на заготовке [мкм];
α: поглощение лазерного излучения облученным материалом [%] при нормальных условиях;
λ: длина волны лазерного излучение [нм], причем λ=от примерно 100 до 11000 нм;
L
T: температура плавления материала [К] при нормальном давлении;
Р
с: удельная теплоемкость [Дж/кгК] при нормальных условиях;
κ: удельная теплопроводность [Вт/мК] при нормальных условиях, причем атмосфера, в которой осуществляется процесс, представляет собой вакуум, газ или газовую смесь, инертную по отношению к поверхности, при условии, что до и после сканирования лазерным лучом не будет применен связующий агент.
Раскрытие сущности изобретения
Таким образом, ввиду вышеуказанного, задачей настоящего изобретения является разработка бытового прибора с улучшенной способностью к очистке, а также способа его изготовления.
Задача настоящего изобретения решена бытовым прибором и способом его изготовления с признаками, раскрытыми в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения раскрыты в соответствующих зависимых пунктах формулы. Предпочтительные варианты осуществления бытового прибора соответствуют предпочтительным вариантам способа, даже если на это не сделано явных указаний.
Таким образом, изобретением предложен бытовой прибор по меньшей мере с одной самоочищающейся поверхностью базового материала, содержащей множество двойных микроразмерных структур, причем двойная микроразмерная структура образована двумя одиночными микроразмерными структурами, причем одна одиночная микроразмерная структура имеет первую геометрическую форму, а другая одиночная микроразмерная структура имеет вторую геометрическую форму, причем одиночная микроразмерная структура со второй геометрической формой расположена поверх одиночной микроразмерной структуры с первой геометрической формой, при этом первая геометрическая форма представляет собой геометрическую форму микростержня, а вторая геометрическая форма представляет собой геометрическую форму микроячейки.
Согласно настоящему изобретению, под двойной микроразмерной структурой понимают структурную единицу, образованную двумя одиночными микроразмерными структурами с различной геометрической формой, причем одиночная микроразмерная структура с первой геометрической формой образует базовую часть, а одиночная микроразмерная структура со второй геометрической формой образует верхнюю часть. Предпочтительно, одиночная микроразмерная структура со второй геометрической формой представляет собой повторную отливку расплава. Согласно изобретению, первая геометрическая форма представляет собой геометрическую форму микростержня, а вторая геометрическая форма представляет собой геометрическую форму микроячейки.
В предпочтительном варианте осуществления двойные микроразмерные структуры разделены микроканалами. Микроканалы могут иметь любую форму, в частности, открытую и/или по меньшей мере частично закрытую. Тем не менее, предпочтительны закрытые микроканалы.
Предпочтительно, закрытые микроканалы способны удерживать внутри небольшой объем захваченного воздуха, выступающего в качестве микроподушки. Такая микроподушка может способствовать дополнительному уменьшению площади контакта между каплей воды или водной текучей среды и самоочищающейся поверхностью.
Если двойные микроразмерные структуры разделены микроканалами, ширина таких микроканалов составляет, предпочтительно, от 5 до 25 мкм. В более предпочтительном варианте ширина микроканалов составляет от 10 до 15 мкм.
Предпочтительно, микроканалы могут образовывать непрерывную сеть каналов.
Согласно настоящему изобретению, двойная микроразмерная структура образована двумя одиночными микроразмерными структурами, причем одна одиночная микроразмерная структура имеет первую геометрическую форму, а вторая одиночная микроразмерная структура имеет вторую геометрическую форму, и причем одиночная микроразмерная структура со второй геометрической формой расположена поверх одиночной микроразмерной структуры с первой геометрической формой.
Размер двух одиночных микроразмерных структур, образующих двойную микроразмерную структуру, выбирают таким образом, чтобы размер каждой из двух одиночных микроразмерных структур и размер двойной микроразмерной структуры оставался в пределах микронного диапазона.
Тем не менее, в предпочтительном варианте осуществления высота Н1 одиночной микроразмерной структуры с первой геометрической формой превышает высоту Н2 одиночной микроразмерной структуры со второй геометрической формой. Предпочтительно, соотношение между Н1 и Н2 составляет 3:2, более предпочтительно 4:1, еще более предпочтительно 5:1.
Выражение «микростержень» не носит ограничительного характера и может быть заменено, например, выражениями «микроколонна», «микростопка», «микростойка», «микроопора» или иными подобными терминами. Оно просто описывает твердое тело, отходящее от поверхности. Тем не менее в дальнейшем будет использоваться выражение «микростержень».
Микростержень может иметь любую форму. Он может быть прямоугольным, круглым, расширяющимся, сужающимся или имеющим переменный диаметр, например, может иметь форму конуса.
Предпочтительно, высота микростержня составляет от 1 до 25 мкм (более предпочтительно от 3 до 5 мкм), а ширина - от 1 до 25 мкм (более предпочтительно от 5 до 15 мкм).
Выражение «микроячейка» также не носит ограничительного характера и включает в себя все структуры, образующие открытые или закрытые полости, в частности, например, микропоры, микрорамки, микропустоты или иные подобные формы. Тем не менее, в дальнейшем будет использоваться выражение «микроячейка».
Микроячейка может иметь любую форму. В частности, она может иметь круглую, прямоугольную или даже сложную неравномерную форму.
Согласно изобретению, микроячейка расположена поверх микростержня. Предпочтительно, высота микростержня в 3-5 раз, более предпочтительно в 4 раза, превышает высоту микроячейки. В более предпочтительном варианте ширина микростержня, по существу, равна ширине микроячейки.
Площадь соприкосновения капли воды или водной текучей среды и поверхности связана со статическим контактным углом капли. Величина статического контактного угла смачивания является мерой гидрофобности поверхности. Статический контактный угол смачивания <95° указывает на гидрофильную поверхность, а контактный угол смачивания >95° указывает на гидрофобную поверхность. Статический контактный угол смачивания 160-180° указывает на супергидрофобную поверхность, сопоставимую с листом лотоса.
В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере одна самоочищающаяся поверхность имеет статический контактный угол смачивания 160-180°. Предпочтительно, площадь соприкосновения капли воды или водной жидкости составляет от 3 до 0,5%.
Неожиданно обнаружилось, что при непрерывном нанесении капель воды самоочищающаяся поверхность, предложенная изобретением, не смачивается, и капли по достижении критического объема на поверхности в высокой степени склонны к скатыванию. Что еще более важно, обнаружилось, что капли воды сливаются после контакта с поверхностью, образуя капли большего размера. Этот так называемый эффект каскадного слияния, наблюдаемый на самоочищающейся поверхности согласно изобретению, используют, например, для формирования сливающимися каплями воды жидкого моста между соседними частицами, например, частицами грязи, и преобразования в кластеры, удаляемые с поверхности вместе с частицами.
Базовый материал, на котором предусмотрена по меньшей мере одна самоочищающаяся поверхность, может быть любым. Безусловно, он зависит от вида бытового прибора и расположения самоочищающейся поверхности.
Тем не менее, в предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере одна самоочищающаяся поверхность предусмотрена на базовом материале, выбранном из группы, состоящей из металлов и металлических сплавов. В более предпочтительном варианте по меньшей мере одна самоочищающаяся поверхность предусмотрена на алюминии или алюминиевом сплаве. В еще более предпочтительном варианте по меньшей мере одна самоочищающаяся поверхность предусмотрена на алюминии.
В следующем предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере одна самоочищающаяся поверхность предусмотрена на базовом материале, выбранном из группы, состоящей из стекла, керамики, полимеров и их комбинаций. В более предпочтительном варианте по меньшей мере одна самоочищающаяся поверхность предусмотрена на базовом материале, выбранном из группы, состоящей из керамики, полимеров и их комбинаций. В еще более предпочтительном варианте по меньшей мере одна самоочищающаяся поверхность предусмотрена на полимерном материале.
Кроме того, форма и размер базового материала могут быть любыми. Предпочтительно, базовый материал представляет собой пленку. Такую пленку можно наносить на соответствующие элементы бытового прибора, например, путем склеивания или расплавления. Кроме того, такие пленки можно располагать непосредственно в пресс-форме и, соответственно, непосредственно использовать для изготовления элементов бытового прибора.
Согласно изобретению, бытовой прибор может быть любым.
Тем не менее, в предпочтительном варианте осуществления изобретения бытовой прибор используется для хранения, обработки и/или приготовления пищи. Под «хранением» понимают, в частности, хранение продуктов питания в защищенной среде для предотвращения или замедления процесса порчи. Такая защищенная среда может предусматривать, например, охлаждение или замораживание. Под «обработкой» понимают, в частности, резание, выдавливание, перемешивание или замешивание продуктов питания, в частности, овощей, фруктов, сливок или теста. Под «приготовлением» понимают, в частности, варку, выпечку, обработку в микроволновой печи, экстракцию или ферментацию продуктов питания.
Если бытовой прибор используется для хранения, обработки и/или приготовления пищи, его выбирают, предпочтительно, из группы, в которую входит холодильник, морозильник, кофеварка, духовая печь, микроволновая печь, пароварка, кухонный комбайн и соковыжималка.
В предпочтительном варианте осуществления бытовой прибор представляет собой водопроводящий бытовой прибор. По существу, водопроводящий бытовой прибор представляет собой бытовой прибор, в процессе эксплуатации которого используется вода. Предметами, подлежащими очистке, может быть, в частности, посуда или предметы одежды. Согласно изобретению, под очисткой может пониматься освежение. Соответственно, водопроводящий бытовой прибор также может представлять собой сушильную машину.
Предпочтительно, если описываемый изобретением бытовой прибор представляет собой водопроводящий бытовой прибор, его выбирают из группы, в которую входит посудомоечная, стиральная, стирально-сушильная и сушильная машина. В более предпочтительном варианте водопроводящий бытовой прибор представляет собой посудомоечную машину.
Кроме того, бытовым прибором согласно изобретению может быть водонагреватель, паровой утюг, увлажнитель воздуха, кондиционер, устройство для очистки и ухода за полами, пылесос или кухонная вытяжка.
В описываемом изобретением бытовом приборе самоочищающейся может быть, по существу, любая поверхность. Поверхность может быть внутренней или наружной.
В предпочтительном варианте осуществления самоочищающаяся поверхность представляет собой наружную поверхность. Под наружной поверхностью может пониматься внешняя поверхность ручки, рукоятки, держателя, органа управления или переключателя, например, переключателя света, поручня, ползунка, управляющего колеса, ползункового регулятора или сенсорного (чувствительного к прикосновению) элемента.
Кроме того, наружной поверхностью может быть также поверхность шкалы или весов.
Предпочтительно, наружной поверхностью может быть также поверхность раковины или варочной панели.
В следующем предпочтительном варианте осуществления самоочищающаяся поверхность представляет собой внутреннюю стенку контейнера и/или рабочего компонента бытового прибора.
Контейнер может представлять собой приемный контейнер для предметов, подлежащих обработке, хранению и/или приготовлению, например, внутри охлаждающего устройства, в частности, холодильника или морозильника, или внутри духовой или микроволновой печи. Кроме того, приемный контейнер может также представлять собой контейнер кухонного комбайна, в котором обрабатываются продукты питания. Кроме того, таким приемным контейнером может быть барабан стиральной или стирально-сушильной машины или внутреннее пространство посудомоечной машины, в которое укладываются предметы, подлежащие очистке.
Кроме того, контейнер может представлять собой резервуар или диспенсер. В качестве примера можно привести резервуары для хранения сточных вод в стиральных машинах и дозаторы моющих средств. Кроме того, примером может служить емкость для молока в кофеварке, которая легче поддается очистке вследствие меньшего загрязнения стенок.
Кроме того, контейнер может представлять собой контейнер для временного хранения мусора, отходов или испорченной еды. В таком случае самоочищающаяся поверхность служит также для повышения уровня гигиеничности, так как она препятствует налипанию загрязнений на поверхность контейнера.
Под рабочим компонентом может пониматься, например, конденсатор или фильтр. Если бытовой прибор, описываемый изобретением, представляет собой стирально-сушильную машину, можно облегчить и упростить удаление волокон, накопившихся на конденсаторе или фильтре во время сушки.
Кроме того, настоящее изобретение раскрывает способ изготовления бытового прибора по меньшей мере с одной самоочищающейся поверхностью, предусмотренной на базовом материале, причем самоочищающаяся поверхность содержит множество двойных микроразмерных структур, причем двойная микроразмерная структура образована двумя одиночными микроразмерными структурами, причем одна одиночная микроразмерная структура имеет первую геометрическую форму, а вторая одиночная микроразмерная структура имеет вторую геометрическую форму, и причем одиночная микроразмерная структура со второй геометрической формой расположена поверх одиночной микроразмерной структуры с первой геометрической формой, причем первая геометрическая форма представляет собой геометрическую форму микростержня, а вторая геометрическая форма представляет собой геометрическую форму микроячейки, при этом двойные микроразмерные структуры получают в процессе лазерной абляции.
В процессе лазерной абляции обычно применяют высокоэнергетические лучи. Такие высокоэнергетические лазерные лучи обычно используют в импульсном режиме, причем импульс имеет определенную, обычно сверхкороткую длительность, и лазерные импульсы повторяют с определенной частотой.
Длительность и частота повторения высокоэнергетических лазерных импульсов в процессе лазерной абляции не ограничены. Тем не менее, в предпочтительном варианте осуществления множество двойных микроразмерных структур получают путем приложения импульсов наносекундной длительности с частотой от 50 до 200 кГц.
Для осуществления процесса лазерной абляции мощность лазера должна быть достаточно высока, чтобы превышать порог абляции обрабатываемого материала. Таким образом, сам лазер и его мощность выбирают таким образом, чтобы можно было выполнять лазерную абляцию обрабатываемого базового материала лазерными импульсами наносекундной длительности.
Размер и тип микроразмерных структур, полученных в процессе лазерной абляции, могут зависеть от размера пятна и смещения луча лазера. Эти параметры выбирают таким образом, чтобы методом лазерной абляции можно было получить множество двойных микроразмерных структур, причем двойная микроразмерная структура образована двумя одиночными микроразмерными структурами, причем одна одиночная микроразмерная структура имеет первую геометрическую форму, а вторая одиночная микроразмерная структура имеет вторую геометрическую форму, причем одиночная микроразмерная структура со второй геометрической формой расположена поверх одиночной микроразмерной структуры с первой геометрической формой, при этом первая геометрическая форма представляет собой геометрическую форму микростержня, а вторая геометрическая форма представляет собой геометрическую форму микроячейки.
Тем не менее, в предпочтительном варианте осуществления лазер представляет собой УФ-лазер с рабочей мощностью от 300 до 1000 мВт и смещением луча от 5 до 50 мкм.
Как правило, для получения множества двойных микроразмерных структур на поверхности методом лазерной абляции необходимо перемещать лазерный луч по обрабатываемой поверхности или саму поверхность. Кроме того, лазерный луч и поверхность могут перемещаться друг относительно друга.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения изготовление множества двойных микроразмерных структур осуществляют путем перемещения поверхности в направлении X-Y со скоростью от 40 до 200 мм/с. Поэтому базовый материал, на котором должна быть выполнена самоочищающаяся поверхность, можно расположить на подставке, выполняющей поступательное перемещение в плоскости X-Y. Предпочтительно, подставку, поступательно перемещающуюся в плоскости X-Y, можно наклонять и перемещать в направлении Z.
В следующем предпочтительном варианте осуществления лазер представляет собой УФ-лазер с мощностью от 300 до 1000 мВт и со смещением луча от 5 до 50 мкм. В процессе лазерной абляции алюминиевую фольгу толщиной 100 мкм располагают на подставке, выполняющей поступательное движение в плоскости X-Y, и воздействуют на поверхность фольги импульсами наносекундной длительности с частотой от 50 до 200 кГц, в то время как алюминиевая фольга перемещается в направлениях X и Y со скоростью от 40 до 200 мм/с.
Предпочтительно, процесс лазерной абляции выполняют за один этап.Под «одним этапом» понимают одновременное изготовление множества двойных микроразмерных структур, причем двойная микроразмерная структура образована двумя одиночными микроразмерными структурами, причем одна одиночная микроразмерная структура имеет первую геометрическую форму, а вторая одиночная микроразмерная структура имеет вторую геометрическую форму, причем одиночная микроразмерная структура со второй геометрической формой расположена поверх одиночной микроразмерной структуры с первой геометрической формой, при этом первая геометрическая форма представляет собой геометрическую форму микростержня, а вторая геометрическая форма представляет собой геометрическую форму микроячейки. Согласно изобретению, такой результат может быть достигнут путем расплавления определенного объема материала в процессе лазерной абляции. После этого расплав может быть посажен на одиночную микроразмерную структуру, имеющую первую геометрическую форму, для формирования одиночной микроразмерной структуры, имеющей вторую геометрическую форму.
Предпочтительно, процесс лазерной абляции осуществляется непосредственно. Под выражением «непосредственно» понимают, в частности, отсутствие покрытия или иной подобной обработки поверхности базового материала до выполнения лазерной абляции. Таким образом, поверхность базового материала подвергают прямому воздействию высокоэнергетических лазерных импульсов. Тем не менее, предпочтительно, поверхность материала очищают органическим растворителем до и после процесса лазерной абляции. Предпочтительно, органический растворитель представляет собой ацетон.
Особое преимущество настоящего изобретения заключается в том, что очистку бытового прибора согласно изобретению можно исключить или по меньшей мере проводить реже и с меньшей интенсивностью. Эффект самоочищения долговечен вследствие устойчивого изменения структуры поверхности базового материала. Кроме того, производственный процесс отличается экологической чистотой. По сравнению с другими технологиями лазерной абляции он экономичен и может быть легко адаптирован для использования в автоматизированных производственных цепочках. Диапазон базовых материалов, доступных для изготовления таких поверхностей, достаточно широк, и двойные микроразмерные структуры можно получать всего за один этап с высокой точностью и воспроизводимостью.
Краткое описание чертежей
Изобретение раскрыто ниже со ссылкой на фигуры 1-4, на которых изображено:
Фигура 1: множество двойных микроразмерных структур, изготовленных на поверхности согласно одному их вариантов осуществления настоящего изобретения.
Фигура 2: станция лазерной абляции, пригодная для осуществления процесса лазерной абляции согласно одному их вариантов осуществления настоящего изобретения.
Фигуры 3 и 4: бытовые приборы согласно двум вариантам осуществления настоящего изобретения.
Возможны и другие варианты осуществления.
Осуществление изобретения
На фигуре 1 представлен снимок 1 растрового электронного микроскопа, на котором показано множество микроструктур, выполненных на поверхности в процессе лазерной абляции. На фигуре 1 можно наблюдать формирование микроячеек 2 поверх микростержней с образованием двойных микроразмерных структур 3. Микроячейки 2 образуются путем придания расплаву новой формы сверху микростержней. Часть микростержня остается видна внутри микроячейки 2.
Кроме того, двойные микроразмерные структуры 3 разделены микроканалами 4 шириной от 10 до 15 мкм.
На фигуре 2 схематично изображена рабочая станция 39 для лазерной абляции, пригодная для осуществления процесса лазерной абляции в соответствии с настоящим изобретением. Наносекундный УФ-лазерный источник 5 направляет луч через ряд оптических элементов на поверхность материала 16. Лазерный луч направляют от лазерного источника 5 на акустический оптический модулятор 6 для выбора нужной частоты. После этого лазерный луч отклоняют зеркалами 7-10 таким образом, чтобы луч поступал в расширитель 11 луча. После этого лазерный луч пропускают через аттенюатор 12 для выбора нужной мощности. Далее лазерный луч фокусируют трансляционным зеркалом 13 в фиксированном оптическом элементе 14 или гальваносканере 15 в диапазоне от 10 до 30 мкм. Материал помещают на подставку 17 для поступательного перемещения в плоскости X-Y, способную перемещаться в направлениях X-Y и Z, а также наклоняться и поворачиваться.
На фигуре 3 схематично изображена наружная поверхность холодильника 18 в качестве варианта бытового прибора согласно изобретению. Корпус 19 холодильника 18 изображен с ручкой 20, предназначенной для открытия двери холодильника 18. Ручка 20 имеет самоочищающуюся поверхность. Таким образом, если пользователь прикасается к рукоятке 20, оставляя на ней частицы грязи, ручку 20 легко очистить, промыв ее водной жидкостью или просто водой.
На фигуре 4 схематично изображены соответствующие элементы стиральной машины 21 как одного из вариантов осуществления бытового прибора в соответствии с изобретением. Стиральная машина 21, показанная на фигуре 1, содержит бак 22 для стирального раствора. Внутри бака 22 для стирального раствора установлен барабан 23 с возможностью вращения. Барабан 23 может приводиться от приводного двигателя 34. Ось 24 вращения барабана 23 несколько наклонена относительно горизонтали по соображениям эргономики. Внутри барабана 23 расположены захваты 25 для белья и черпаки 26 для стирального раствора. Кроме того, стиральная машина 21 дополнительно оснащена системой подачи воды, содержащей бытовой водопровод 29, клапан 30 и подающую трубу 31, соединенную с баком 22 для стирального раствора через лоток 32 для дозирования стирального средства в барабан 23. Внутренние поверхности дозирующего лотка 32 представляют собой самоочищающиеся поверхности 33, содержащие множество двойных микроразмерных структур в соответствии с настоящим изобретением. Таким образом, при использовании твердых моющих средств или жидких моющих средств, содержащих твердые частицы, можно предотвратить загрязнение внутренних поверхностей дозирующего лотка 32 остатками твердых веществ. Таким образом, в идеале можно обойтись без очистки дозирующего лотка 32.
Кроме того, внутри бака 22 для стирального раствора предусмотрен насос 35 для жидкости 27. Резервуар 36 для воды способен хранить сточные воды после полоскания элементов белья 28. Таким образом, резервуар 36 для воды дополнительно оснащен подающей трубой 38 для воды для полоскания. Внутренние поверхности резервуара 36 для воды представляют собой самоочищающиеся поверхности 37, содержащие множество двойных микроразмерных структур в соответствии с настоящим изобретением. Сточные воды обычно содержат твердые частицы, состоящие, например, из грязи, удаленной с белья 28. Оснащение резервуара 36 для воды самоочищающимися поверхностями 37 позволяет предотвратить прилипание таких частиц грязи к внутренним поверхностям резервуара 36 для воды и поддерживать чистоту резервуара 36 для воды в течение длительного времени.
Список ссылочных обозначений
1 снимок микроячеек на микростержнях, выполненный растровым электронным микроскопом
2 микроячейка
3 двойная микроразмерная структура, часть микростержня видна внутри микроячейки
4 микроканал
5 наносекундный лазерный источник (УФ)
6 акустический оптический модулятор 7-10 зеркала
11 расширитель луча
12 аттенюатор
13 трансляционное зеркало
14 фиксированный оптический элемент
15 гальваносканер
16 поверхность материала
17 подставка, выполненная с возможностью поступательного перемещения в плоскости X-Y
18 бытовой прибор, холодильник
19 корпус
20 наружная поверхность, рукоятка с самоочищающейся поверхностью
21 водопроводящий бытовой прибор, стиральная машина
22 бак для стирального раствора
23 барабан для белья
24 ось вращения барабана
25 захваты для белья
26 черпаки для стирального раствора
27 жидкость
28 белье
29 бытовой водопровод
30 клапан
31 подающая труба
32 лоток для дозирования стирального средства
33 самоочищающиеся поверхности
34 приводной двигатель
35 насос
36 резервуар для воды
37 самоочищающиеся поверхности
38 подающая труба для воды для полоскания
39 процесс лазерной абляции, рабочая станция для процесса лазерной абляции