Световоды с покрытием для использования в воде
LIGHTGUIDES WITH COATING FOR USE IN WATER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к стопке слоев, содержащей слой силикона, а также к использованию такой стопки слоев и к системе для борьбы с биообрастанием, включающей в себя такую стопку слоев. Настоящее изобретение также относится к объекту с такой стопкой слоев на поверхности такого объекта. Настоящее изобретение дополнительно относится к способу сборки такой стопки слоев.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Способы для борьбы с биологическим обрастанием известны в данной области техники. Патентный документ US 2013/0048877, например, описывает систему для борьбы с биологическим обрастанием защищаемой поверхности, содержащую источник ультрафиолетового излучения, выполненный с возможностью генерирования ультрафиолетового излучения; а также оптическую среду, расположенную вблизи от защищаемой поверхности и соединенную так, чтобы получать ультрафиолетовое излучение, в которой оптическая среда имеет направление толщины, перпендикулярное к защищаемой поверхности, причем два ортогональных направления оптической среды, ортогональные к направлению толщины, являются параллельными защищаемой поверхности, причем оптическая среда выполнена с возможностью обеспечивать путь распространения ультрафиолетового излучения таким образом, что ультрафиолетовое излучение проходит внутри оптической среды по меньшей мере в одном из двух ортогональных направлений, ортогональных к направлению толщины, а также таким образом, что в точках вдоль поверхности оптической среды соответствующие части ультрафиолетового излучения выходят из оптической среды.
Патентный документ US2014/140091 описывает систему освещения, использующую волновод. Свет, получаемый от края или конца волновода, распространяется в соответствии с пропусканием и полным внутренним отражением. Отклоняющие свет элементы, непрерывно распределенные вдоль пути распространения света, изменяют внеплоскостной угол распространения световых лучей и вызывают выход частей распространяющегося света из сердечника волновода на различных расстояниях от края или конца входа света. Свет выходит из волновода в промежуточный слой под низкими внеплоскостными углами и далее перенаправляется особенностями для извлечения света из системы. В одном варианте осуществления система освещения выполнена с возможностью испускания коллимированного света. В одном варианте осуществления система освещения включает в себя мелкие особенности рельефа поверхности. В одном варианте осуществления, отклоняющие свет элементы включают в себя рассеивающие вперед частицы, распределенные по всему объему волновода. Также раскрыты дополнительные блоки и способы коллимированного и неколлимированного освещения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Биологическое обрастание или биологическое засорение (в настоящем документе также обозначаемое как «обрастание» или «биообрастание») представляет собой накопление микроорганизмов, растений, морских водорослей и/или животных на поверхностях. Разнообразие среди организмов, вызывающих биологическое обрастание, является очень большим, и выходит далеко за рамки прикрепления моллюсков и морских водорослей. В соответствии с некоторыми оценками, за биологическое обрастание ответственны более чем 1700 разновидностей, содержащих более чем 4000 организмов. Биологическое обрастание разделяется на микрообрастание, которое включает в себя формирование биопленки и бактериальную адгезию, и макрообрастание, которое представляет собой прикрепление более крупных организмов. Благодаря различной химии и биологии, которые определяют то, что именно препятствует нарастанию организмов, эти организмы также классифицируются на твердые или мягкие типы обрастания. Известковые (твердые) организмы обрастания включают в себя морских желудей, образующих корку мшанок, моллюсков, многощетинковых червей и других трубчатых червей, а также полосатых мидий (дрейссен). Примерами неизвестковых (мягких) организмов обрастания являются морские водоросли, гидроиды, микроскопические морские водоросли и биопленка («слизь»). Все вместе эти организмы формируют загрязняющее сообщество.
При некоторых обстоятельствах биологическое обрастание создает существенные проблемы. Машины прекращают работать, водоприемные устройства закупориваются, а корпуса судов страдают от увеличенной торможения, вызываемого трением. Следовательно, тема борьбы с обрастанием, то есть процесса удаления или предотвращения обрастания, является хорошо известной. В промышленных процессах биодиспергирующие агенты могут использоваться для того, чтобы управлять биологическим обрастанием. В менее управляемой окружающей среде организмы уничтожаются или отпугиваются с помощью покрытий, использующих пестициды, термообработку или импульсы энергии. Нетоксичные механические стратегии, которые предотвращают присоединение организмов, включают в себя выбор материала или покрытие скользкой поверхностью, или создание наноразмерных поверхностных топологий, подобных коже акул и дельфинов, которые обеспечивают малое количество якорных точек. Биологическое обрастание на корпусах судов вызывает серьезное увеличение торможения, вызываемого трением, и таким образом приводит к увеличению расхода топлива. Считается, что биологическому обрастанию может быть приписано до 40% увеличения расхода топлива. Поскольку большие нефтяные танкеры или контейнерные транспортные суда могут потреблять за один день топлива на сумму до 200000€, за счет эффективного способа борьбы с биологическим обрастанием возможна существенная экономия.
2
Неожиданно оказалось, что можно эффективно использовать ультрафиолетовое излучение для того, чтобы по существу предотвратить биообрастание на поверхностях, которые находятся в контакте с морской водой или водой в озерах, реках, каналах и т.д. В настоящем документе представлен подход, основанный на оптических способах, в частности на использовании ультрафиолетового света или излучения (UV). По-видимому, при достаточном облучении ультрафиолетовым светом большинство микроорганизмов уничтожается, становятся неактивными или неспособными к воспроизводству. Этот эффект зависит главным образом от суммарной дозы ультрафиолетового света. Типичная доза для убивания 90% некоторых микроорганизмов составляет 10 мВт-час/м.
2
2
В конкретных вариантах осуществления средняя доза (ультрафиолетового облучения) с течением времени выбирается из диапазона по меньшей мере 10 Дж/м, например из диапазона 100-3000 Дж/м.
-9
2
-9
2
-9
2
-6
2
-7
2
-7
2
Особенно хорошие результаты могут быть получены при использовании по существу постоянного ультрафиолетового облучения с плотностью по меньшей мере приблизительно 0,5*10 Вт/мм, например по меньшей мере приблизительно 10 Вт/мм, например по меньшей мере приблизительно 1,5*10 Вт/мм относительно площади светоизлучающей поверхности, например не больше, чем 10 Вт/мм, например не больше, чем 0,5*10 Вт/мм, например не больше, чем 10 Вт/мм.
Ультрафиолетовое облучение, однако, может также использоваться для приложений, отличающийся от для борьбы с обрастанием водных (таких как морской флот) объектов. Ультрафиолетовое облучение может также использоваться для очистки объектов или для поддержания объектов в чистоте от бактерий и т.д.
Термин «водный» и подобные ему термины могут относиться как к применениям для пресной воды, так и для соленой воды (и конечно также к применениям для жесткой воды).
В прошлом были предложены модули освещения для борьбы с обрастанием защищаемой поверхности, содержащие по меньшей мере один источник света для генерации света для борьбы с обрастанием, оптическую среду для распределения через нее по меньшей мере части для борьбы с обрастанием, содержащую излучающую поверхность для излучения распределенного света для борьбы с обрастанием в направлении от защищаемой поверхности, когда модуль освещения расположен в, на и/или около защищаемой поверхности, и в которых излучающая поверхность является по существу плоской поверхностью. В частности, эта оптическая среда содержит силиконовый материал, в частности силиконовый материал, выбираемый из группы, содержащей метилсиликоны и/или кремнеземистый материал УФ-сорта. Обычной проблемой со световодами является то, что слишком много света может выходить из них в некоторых частях, и слишком мало - в других частях, что может приводить к неоптимальному распределению выходящего света. Например, в зависимости от положения на поверхности свет должен либо выходить, например, ближе к LED, либо должен быть сохранен в (силиконовом) слое, который функционирует в качестве световода. Последнее может быть сделано несколькими способами. Например, может использоваться коллимация путем применения малых отражателей или линз рядом с LED. Однако это может включать в себя дополнительные оптические элементы, которые могут сделать модуль более дорогим, а процесс производства - более сложным. Кроме того, размеры модуля также могут существенно увеличиться. В настоящем документе термины «силикон» и «силоксан» используются взаимозаменяемо. Здесь термин «силоксан» относится к полисилоксанам, то есть к материалам, которые являются твердыми при комнатной температуре и имеют основную цепь из групп Si-O-Si-.
Кроме того, световоды могут ухудшаться при контакте с химикатами или могут не обеспечивать достаточной прочности при обеспечении относительно тонкого (но УФ-прозрачного) слоя.
Следовательно, один аспект настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить альтернативную стопку слоев, которая предпочтительно дополнительно по меньшей мере частично устраняла бы один или более из вышеописанных недостатков. Кроме того, один аспект настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ для обеспечения такой стопки слоев.
Задачей настоящего изобретения может быть преодоление или улучшение по меньшей мере одного из недостатков предшествующего уровня техники или обеспечение полезной альтернативы.
В настоящем документе предлагается решение, в котором высокая прозрачность оптического слоя, в частности силиконового слоя, объединяется с одним или несколькими слоями, которые обеспечивают дополнительную функцию, и которые позволяют оптическому слою быть тонким и/или, например, быть сделанным из высокопрозрачного силикона. Высокопрозрачные силиконы характеризуются, например, низким содержанием функциональных групп на основной цепи силоксана, которые позволяют образовывать поперечные связи, низким содержанием молекул катализатора, которые облегчают сшивку, и опционально высоким содержанием молекул защиты катализатора, которые стабилизируют катализатор, предотвращая поглощение катализатором ультрафиолетового излучения. В частности, пропускание в диапазоне UV-C, более конкретно на длине волны приблизительно 270 нм, составляет по меньшей мере приблизительно 50%/10 мм, предпочтительно по меньшей мере приблизительно 70%/10 мм, и еще более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 80%/10 мм.
Следовательно, в первом аспекте настоящее изобретение предлагает стопку слоев, содержащую первый слой, в частности слой, имеющий относительно высокое пропускание для ультрафиолетового излучения, в частности в вариантах осуществления первый слой силикона, в которой этот первый слой (в настоящем документе также обозначаемый ссылкой на конкретный вариант осуществления слоя силикона или ссылкой на «световод») имеет первую поверхность и вторую поверхность (определяющие толщину (d1) первого слоя силикона), причем первый слой силикона является пропускающим для ультрафиолетового излучения, имеющего одну или более длин волн, выбираемых из диапазона 200-380 нм, причем эта стопка слоев дополнительно содержит один или более из (i) элемента первого слоя, конфигурируемого на первой стороне первой поверхности, причем в конкретных вариантах осуществления элемент первого слоя связан химическим связыванием с первой поверхностью напрямую или через первый промежуточный слой, который является пропускающим для ультрафиолетового излучения, имеющего одну или более длин волн, выбираемых из диапазона 200-380 нм, причем элемент первого слоя содержит по меньшей мере первый слой, отличающийся по составу от первого слоя силикона, и причем элемент первого слоя является пропускающим для ультрафиолетового излучения, имеющего одну или более длин волн, выбираемых из диапазона 200-380 нм; и (ii) элемента второго слоя, конфигурируемого на второй стороне второй поверхности, причем в конкретных вариантах осуществления элемент второго слоя связан химическим связыванием со второй поверхностью напрямую или через второй промежуточный слой, причем элемент второго слоя содержит по меньшей мере второй слой, отличающийся по составу от первого слоя силикона, как определено дополнительно в прилагаемой формуле изобретения.
В одном дополнительном аспекте настоящее изобретение также предлагает объект, содержащий поверхность, такую как внешняя поверхность, в котором стопка слоев, определенная в настоящем документе, присоединяется по меньшей мере к части этой поверхности.
В еще одном аспекте настоящее изобретение предлагает способ для обеспечения стопки слоев, такой как определенная в настоящем документе, содержащий связывание (i) первого слоя, в частности слоя, имеющего относительно высокое пропускание для ультрафиолетового излучения и/или видимого света, в частности для ультрафиолетового излучения, в частности в вариантах осуществления первого слоя силикона и (ii) одного или более элемента первого слоя и элемента второго слоя путем одного или более из (i) соединения путем химического связывания первой поверхности первого слоя (в настоящем документе также обозначаемого ссылкой на конкретный вариант осуществления слоя силикона) и элемента первого слоя напрямую или через первый промежуточный слой, и (ii) соединения путем химического связывания второй поверхности слоя силикона и элемента второго слоя напрямую или через второй промежуточный слой, как определено дополнительно в прилагаемой формуле изобретения.
С помощью такой стопки слоев возможно обеспечить слой, который может использоваться в комбинации с источником ультрафиолетового света в качестве системы для борьбы с биообрастанием. Кроме того, такая стопка слоев может включать в себя волновод (в настоящем документе также обозначаемый как «световод») с высокой УФ-прозрачностью и относительно эффективным выводом излучения. Дополнительно к этому такая стопка слоев может иметь относительно высокую прочность и/или непроницаемость для молекул или других частиц, которые могут поглощать ультрафиолетовое излучение (и тем самым приводить к ухудшению стопки слоев). Кроме того, такая стопка слоев может иметь адгезионные свойства. Кроме того, такая стопка слоев может иметь относительно высокую стабильность, поскольку два или более слоев в стопке слоев связываются химически. Следовательно, с помощью такой стопки слоев можно по существу блокировать попадание молекул в световод. Такие молекулы, как органические молекулы, могут (с течением времени) приводить к уменьшению УФ-пропускания световода. Кроме того, с помощью такого элемента световода можно (лучше) распределять ультрафиолетовое излучение по световоду, поскольку на стороне выхода излучения часть света будет отражаться благодаря полному внутреннему отражению, приводя к дополнительному распределению ультрафиолетового излучения по световоду. Кроме того, с помощью такой стопки слоев можно увеличить пропускание световода, что в вариантах осуществления может подразумевать использование механически более слабого, но более УФ-прозрачного силикона. С помощью элемента слоя механическая прочность может быть сохранена или даже улучшена. Также может быть уменьшена толщина световода. Кроме того, с помощью такой стопки слоев ультрафиолетовое излучение, которое выходит с нежелательной стороны, может быть отражено обратно в световод (например, ультрафиолетовое излучение, которое может выходить на второй поверхности световода). Кроме того, с помощью такой стопки слоев можно обеспечить клейкий слой. Например, силиконовый световод может приводить к затруднениям при приклеивании к объекту. Однако когда обеспечивается добавочный слой, который хорошо связывается со световодом и имеет адгезионные свойства, эта проблема решается. Следует отметить, что один или более слоев могут иметь одну или более функциональностей. Например, клейкий слой может также обеспечивать световоду свойства (полного внутреннего) отражения.
Следовательно, в одном аспекте настоящее изобретение предлагает систему для борьбы с биообрастанием. В еще одном аспекте настоящее изобретение также предлагает применение определенной в настоящем документе стопки слоев в (функциональной) комбинации с источником ультрафиолетового света в качестве системы для борьбы с биообрастанием.
Как было указано выше, настоящее изобретение предлагает стопку слоев. Эта стопка слоев содержит по меньшей мере два слоя. Кроме того, эти по меньшей мере два слоя стопки слоев химически связываются друг с другом. Следовательно, эта стопка слоев не является простым ламинатом из двух или более слоев, но может быть ламинатом, в котором по меньшей мере два (смежных) слоя химически связываются друг с другом. Это повышает стабильность стопки слоев, которая может подвергаться механическим воздействиям и т.д. во время срока ее службы.
Стопка слоев содержит первый слой. Этот первый слой конфигурируется как волновод (также обозначаемый как «световод»). Первый слой может использоваться для передачи ультрафиолетового излучения. Первый слой может также быть обозначен как оптическая среда, и в конкретных вариантах осуществления может содержать силикон. Оптическая среда может быть обеспечена как (силиконовая) фольга для нанесения на поверхность. В вариантах осуществления эта фольга имеет толщину от пары миллиметров до нескольких сантиметров, такую как 0,05-5 см, например 0,1-5 см или 0,2-2 см. В вариантах осуществления эта фольга по существу не ограничена в любом направлении, перпендикулярном к направлению толщины, обеспечивая по существу большую фольгу, имеющую размеры порядка десятков или сотен квадратных метров. Эта пленка может быть по существу ограничена в размерах в двух ортогональных направлениях, перпендикулярных к направлению толщины пленки, для того, чтобы обеспечить плитку для борьбы с обрастанием; в другом варианте осуществления эта пленка по существу ограничивается размером только в одном направлении, перпендикулярном к направлению толщины пленки, для того, чтобы обеспечить удлиненную полосу пленки для борьбы с обрастанием. Следовательно, оптическая среда может быть предусмотрена в виде плитки или в виде полосы.
Этот слой предпочтительно имеет относительно высокое пропускание для ультрафиолетового излучения и/или видимого света, в частности для ультрафиолетового излучения. В частности, оптический слой является пропускающим для ультрафиолетового излучения. Следовательно, материал оптического слоя является пропускающим для ультрафиолетового излучения. Следовательно, этот материал в настоящем документе также обозначается как пропускающий ультрафиолетовое излучение материал оптического слоя. Например, с помощью высоты оптического слоя можно управлять выводом ультрафиолетового излучения источника света (см. также ниже). В настоящем документе «пропускающий» может например означать, что по меньшей мере 5% ультрафиолетового излучения источника света (который выходит из световода) передаются через оптический слой, предпочтительно по меньшей мере 10%, еще более предпочтительно по меньшей мере 20%, например по меньшей мере 40%, например в диапазоне 40-95% или даже выше. Следует отметить, что это пропускание таким образом относится к излучению, которое не остается в световоде, например благодаря углу падения. Здесь значение пропускания относится к излучению, распространяющемуся перпендикулярно к толщине слоя. Пропускание или проницаемость для света могут быть определены путем подачи света с конкретной длиной волны с первой интенсивностью к материалу и соотнесения интенсивности света с этой длиной волны, измеренной после передачи через материал, с первой интенсивностью света с этой конкретной длиной волны, поданного к этому материалу (см. также разделы E-208 и E-406 в публикации CRC Handbook of Chemistry and Physics, 69th edition, 1088-1989). В конкретных вариантах осуществления пропускание для одной или более длин волн в ультрафиолетовом диапазоне составляет по меньшей мере 1%, например по меньшей мере 2%, по меньшей мере 5%, по меньшей мере 10% по всей длине световода.
В конкретных вариантах осуществления материал можно считать УФ-пропускающим, когда пропускание ультрафиолетового излучения на длине волны ультрафиолетового диапазона, в частности с длиной волны или в диапазоне длин волн описанного в настоящем документе излучения, генерируемого источником излучения, например 280 нм, или излучения UV-B и/или UV-C, через слой материала толщиной 1 мм (такого как силикон или вода), в частности даже через слой материала толщиной 5 мм, при перпендикулярном облучении упомянутым ультрафиолетовым излучением составляет по меньшей мере приблизительно 50%, например по меньшей мере приблизительно 60%, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 80%, например по меньшей мере приблизительно 85% или даже по меньшей мере приблизительно 90%. Следовательно, в вариантах осуществления пропускание для ультрафиолетового излучения, в частности с длиной волны 280 нм, составляет по меньшей мере 80%/мм, и более предпочтительно по меньшей мере 80%/5 мм, например по меньшей мере приблизительно 50%/10 мм. Термин «пропускание» конкретно относится к внутреннему пропусканию. Термин «коэффициент внутреннего пропускания» относится к потере энергии за счет поглощения, тогда как термин «коэффициент полного пропускания» или «коэффициент пропускания» относится к пропусканию с учетом поглощения, рассеивания, отражения и т.д. Пропускание может быть относительно большим; даже коэффициент полного пропускания через слой материала толщиной 5 мм при перпендикулярном облучении (вышеуказанным) ультрафиолетовым излучением может составлять по меньшей мере приблизительно 80%, по меньшей мере приблизительно 85%, по меньшей мере приблизительно 90%. Следовательно, фраза «пропускание в диапазоне UV-C, и более конкретно на длине волны приблизительно 270 нм, составляет по меньшей мере приблизительно 50%/10 мм» и подобные фразы конкретно относятся к внутреннему пропусканию.
В конкретных вариантах осуществления внутреннее пропускание составляет по меньшей мере 65%/см.
Как было указано выше, первый слой конкретно представляет собой первый слой силикона. Этот первый слой имеет первую поверхность и вторую поверхность. Первая поверхность и вторая поверхность могут определять толщину (d1) первого слоя силикона. Эта толщина может быть постоянной или может изменяться. В большинстве случаев эта толщина будет по существу постоянной по всему световоду. В частности, эта толщина может быть выбрана из диапазона 0,5-50 мм, например 1-50 мм. В конкретных вариантах осуществления эта толщина составляет максимум 5 мм, например находится в диапазоне 0,5-2,5 мм или 1-2 мм.
Как было указано выше, этот первый слой, то есть первый слой силикона, является пропускающим для ультрафиолетового излучения, имеющего одну или более длин волн, выбираемых из диапазона 200-380 нм. В дополнительных вариантах осуществления первый слой силикона является пропускающим для ультрафиолетового излучения, имеющего одну или более длин волн, выбираемых из одного или более диапазонов UV-A, UV-B и UV-C.
-9
Ультрафиолетовое излучение (UV) представляет собой часть электромагнитного света, которая с одной стороны граничит с коротковолновой частью видимого спектра, а с другой стороны с рентгеновским диапазоном электромагнитного излучения. Спектральный диапазон ультрафиолетового света по определению находится приблизительно между 100 и 400 нм (1 нм =10 м) и является невидимым для человеческого глаза. Используя классификацию CIE, ультрафиолетовый спектр подразделяется на три диапазона: UVA (длинноволновый) - от 315 до 400 нм; UVB (средневолновый) - от 280 до 315 нм; и UVC (коротковолновый) - от 100 до 280 нм. На самом деле многие фотобиологи часто говорят о неблагоприятных кожных эффектах, проявляющихся в результате воздействия ультрафиолетового облучения при длине волны выше и ниже 320 нм, предлагая таким образом альтернативное определение. Термины «видимый», «видимый свет» или «видимое излучение» относятся к свету, имеющему длину волны в диапазоне приблизительно 380-780 нм.
Сильный бактерицидный эффект обеспечивается светом в коротковолновом диапазоне UVC. В дополнение к этому эритема (покраснение кожи) и конъюнктивит (воспаление слизистых оболочек глаза) также могут вызываться этой формой света. Из-за этого, когда используются бактерицидные лампы ультрафиолетового излучения, важно проектировать системы так, чтобы исключить утечку ультрафиолетового света диапазона C и таким образом избежать этих эффектов. В случае подводных источников света поглощение ультрафиолетового света водой может быть достаточно сильным для того, чтобы утечка ультрафиолетового света диапазона C не создавала проблем для людей над поверхностью жидкости. Следовательно, в одном варианте осуществления ультрафиолетовое излучение (свет для борьбы с обрастанием) представляет собой свет UVC. В еще одном варианте осуществления ультрафиолетовое излучение представляет собой излучение, выбираемое из диапазона длин волн 100-300 нм, предпочтительно 200-300 нм, например 230-300 нм. Следовательно, ультрафиолетовое излучение предпочтительно может быть выбрано из UVC и другого ультрафиолетового излучения вплоть до длины волны приблизительно 300 нм. Хорошие результаты получаются с длинами волн внутри диапазона 100-300 нм, например 200-300 нм.
Как было указано выше, первый слой сам по себе может быть недостаточно прочным, или может с трудом присоединяться к поверхности объекта, или может быть уязвим для проникновения в него нежелательных частиц. Следовательно, один или более дополнительных слоев могут быть объединены с этим первым слоем. Это может подразумевать обеспечение дополнительного слоя на первом слое, но альтернативно или дополнительно это может также подразумевать обеспечение первого слоя на другом слое. Если явно не указано иное, оба варианта осуществления включены в настоящий документ (см. также ниже обсуждение способа обеспечения стопки слоев). Следовательно, стопка слоев по меньшей мере содержит первый слой, а также дополнительный слой. В конкретных вариантах осуществления с одной или обеих сторон первого слоя может быть предусмотрено один или более слоев.
Следовательно, предпочтительно стопка слоев дополнительно содержит один или более из элемента первого слоя, конфигурируемого на первой стороне первой поверхности, и элемента второго слоя, конфигурируемого на второй стороне второй поверхности. Элемент первого слоя и элемент второго слоя таким образом в вариантах осуществления могут выбираться независимо. Следовательно, один или оба из них могут присутствовать. Каждый элемент слоя включает в себя по меньшей мере один слой. Здесь термин слой может относиться к составному слою, если явно не указано иное.
В частности, с учетом получения прочной стопки слоев, два или более слоев связываются химически. Альтернативно или дополнительно к этому, химически связанный слой может обеспечивать стопке слоев свойства, которые не были бы доступными при использовании одного первого слоя, такого как слой силикона (см. также выше).
Следовательно, в конкретных вариантах осуществления элемент первого слоя связывается химическим связыванием с первой поверхностью напрямую или через первый промежуточный слой. Альтернативно или дополнительно к этому, в конкретных вариантах осуществления элемент второго слоя связывается химическим связыванием со второй поверхностью напрямую или через второй промежуточный слой. Первый промежуточный слой можно считать частью элемента первого слоя. Аналогично, второй промежуточный слой можно считать частью элемента второго слоя.
Прямое связывание подразумевает, что первый или второй слой и другой слой формируют ламинат с химическими связями, обеспечивающими присоединение. Также возможно наличие одного или более промежуточных слоев. Следовательно, в других вариантах осуществления связывание элемента первого слоя и/или элемента второго слоя может осуществляться посредством промежуточного слоя (слоев), обозначаемых в настоящем документе как первый промежуточный слой и второй промежуточный слой, соответственно. Следует отметить, что такие термины, как «первый слой», «второй слой», «промежуточный слой» могут независимо относиться ко множеству (различных) слоев. Термин «слой» может также относиться к многослойной конструкции из по существу идентичных слоев, которые тем самым формируют многослойную конструкцию.
Термины «первый» и «второй» по существу используются только для различения слоев. Элемент первого слоя связан с первой поверхностью. Этот элемент первого слоя предпочтительно является пропускающим для ультрафиолетового излучения, имеющего одну или более длин волн, выбираемых из диапазона 200-380 нм. Следовательно, когда наносится первый промежуточный слой, такой промежуточный слой также пропускает ультрафиолетовое излучение, в частности имеющее одну или более длин волн, выбираемых из диапазона 200-380 нм. В зависимости от вариантов осуществления второй промежуточный слой также может быть пропускающим для ультрафиолетового излучения, в частности имеющего одну или более длин волн, выбираемых из диапазона 200-380 нм; см. также ниже.
Элемент первого слоя содержит по меньшей мере первый слой, отличающийся по составу от первого слоя силикона. Аналогичным образом элемент второго слоя содержит по меньшей мере второй слой, отличающийся по составу от первого слоя силикона.
Различия в составах, с одной стороны, между слоями элемента первого слоя и/или элемента второго слоя, а с другой стороны первым слоем могут основываться на использовании материала существенно другого типа, такого как первый силиконовый слой и один или более слоев фторполимера для элемента первого слоя и/или элемента второго слоя. Однако, это также может быть основано на использовании одного или более слоев силикона для элемента первого слоя и/или элемента второго слоя, которые имеют состав, отличающийся от состава первого силиконового слоя. Это различие может заключаться в одном или более из типа и концентрации боковых групп (и/или концевых групп) на силоксановой основной цепи (например метил, винил), добавок, например типа и концентрации катализатора, стабилизирующих катализатор молекул, средней длины цепей силоксана или плотности сшивки и т.д. Первый слой силикона может быть относительно тонким и прозрачным, но при этом относительно слабым и/или уязвимым для попадания в него поглощающих ультрафиолет частиц. Необязательный слой (слои) силикона в одном или более из элемента первого слоя и элемента второго слоя предпочтительно может иметь функциональность, которая улучшает свойства стопки слоев. В вариантах осуществления элемент первого слоя имеет одну или более функциональностей, выбираемых из группы, состоящей из (a) частичного отражения ультрафиолетового излучения, (b) упрочнения стопки слоев и (c) защиты первого слоя силикона. Такие одна или более функциональностей могут быть обеспечены с помощью одного или более слоев. Поскольку световод может быть относительно тонким и может быть также относительно слабым, может быть желательно обеспечить армирующий слой (со стороны первой поверхности световода и/или со стороны второй поверхности световода). Следовательно, в вариантах осуществления элемент первого слоя имеет одно или более из (i) большего предела прочности при сжатии, (ii) большего модуля Юнга и (iii) большей жесткости, чем световод. Например, эти свойства могут быть по меньшей мере на 5%, например по меньшей мере на 10% или по меньшей мере на 20% выше. Таким образом, элемент световода может иметь увеличенную прочность.
В конкретных вариантах осуществления элемент первого слоя содержит один или более из (i) алюминиевого слоя, слоя силикона и полимерного слоя, содержащего фторполимер, более предпочтительно элемент первого слоя содержит один или более из (i) алюминиевого слоя и полимерного слоя, содержащего фторполимер. Алюминиевый слой будет относительно тонким, принимая во внимание пропускание элемента первого слоя. Следовательно, в вариантах осуществления элемент первого слоя содержит алюминиевый слой с толщиной, выбираемой из диапазона 5-40 нм, предпочтительно 5-20 нм, который все еще может быть (в некоторой степени) пропускающим ультрафиолетовое излучение. Альтернативно или дополнительно алюминиевый слой может не быть непрерывным слоем, а может представлять собой множество опционально регулярно расположенных алюминиевых островков. Таким образом, эти алюминиевые островки могут иметь толщину в том же самом диапазоне, или выше, поскольку пропускание ультрафиолета может происходить между алюминиевыми островками. Распределение этих островков может быть регулярным, или нерегулярным, или их комбинацией (квазирегулярным). Когда наносятся алюминиевые островки, они могут быть более толстыми, например в диапазоне 40-100 нм или 50-90 нм. Ниже приблизительно 100 нм Al может начать пропускать ультрафиолетовое излучение. Например, использование островков Al с толщиной ~50-90 нм прямо над LED может ограничить пропускание таким уровнем, который все еще позволяет получать эффект борьбы с обрастанием, но отраженный свет может распространяться дальше от LED. Следовательно, для переднего слоя (обращенного к воде) могут быть выгодными островки (частично пропускающего) Al (например на FEP или другом фторполимере), предпочтительно выровненные с положениями LED. На заднем слое (например, обращенном к судну) от алюминиевого слоя может требоваться максимально возможное отражение, и таким образом он может иметь в толщину по меньшей мере 100 нм. Следовательно, когда островки наносятся, островки и источники света могут выравниваться для максимального пропускания или максимального отражения.
Алюминиевый слой, непрерывный или с распределением островков, может быть осажден, например с помощью (плазменного) химического или физического осаждения из паровой фазы, на слой, предпочтительно на полимерный слой. Такой слой может быть слоем силикона, но может также быть (органическим) полимерным слоем. В частности, полимерный материал содержит один или более из фторированного этилена, фторированного пропилена, фторированного этиленпропилена и фторированного пропиленацетата. Такие полимерные материалы могут быть относительно прочными, устойчивыми и пропускающими ультрафиолетовое излучение. Одна сторона алюминиевого слоя может быть направлена к первому (силиконовому) слою; другая сторона алюминиевого слоя может контактировать с другим слоем, таким как слой силикона или полимерный слой, предпочтительно полимерный слой, такой как фторполимер.
Таким образом, в вариантах осуществления может быть обеспечена стопка слоев, содержащая первый слой, в частности слой силикона, алюминиевый слой и дополнительный слой, в частности фторполимер. Элемент первого слоя таким образом в вариантах осуществления может содержать алюминиевый слой и дополнительный слой, в частности фторполимер. Как было указано выше, элемент первого слоя предпочтительно является пропускающим ультрафиолетовое излучение, например с одной или более длинами волн, выбираемых из диапазона 200-380 нм.
В частности первый слой элемента первого слоя может (также) содержать слой силикона, имеющий большую механическую прочность, чем световод (который может таким образом состоять по существу из силикона, такого как например Lumisil L400). Например, и световод, и первый слой могут содержать силикон. Однако, пропускание УФ-излучения световодом может быть более высоким, тогда как пропускание УФ-излучения слоем силикона может быть более низким (чем у световода).
Элемент первого слоя пропускает по меньшей мере часть ультрафиолетового излучения. Однако элемент первого слоя может также отражать часть ультрафиолетового излучения. Среди прочего это может быть получено с помощью пропускающего ультрафиолетовое излучение слоя, имеющего показатель преломления (в УФ-диапазоне) меньше, чем показатель преломления материала световода (см. также ниже).
Альтернативно или дополнительно к этому элемент первого слоя может содержать один или более слоев, которые блокируют проникновение молекул в световод. Поскольку может быть (небольшая) диффузия молекул с внешней стороны в световод, это может приводить к уменьшению пропускания УФ-излучения, поскольку в большинстве случаев такие молекулы, как (поглощающие УФ-излучение) органические молекулы могут приводить к образованию продуктов разложения и/или могут ослаблять структуру материала световода. Следовательно, в вариантах осуществления элемент первого слоя выполнен с возможностью препятствовать попаданию органических молекул в световод. Следовательно, элемент первого слоя может иметь защитную функцию.
Альтернативно или дополнительно к этому, элемент первого слоя может быть выполнен с возможностью препятствовать попаданию неорганических молекул. Кроме того, альтернативно или дополнительно элемент первого слоя может быть выполнен с возможностью препятствовать попаданию ионов. В вариантах осуществления термин «ион» может также относиться к заряженной органической молекуле (например, заряженной молекуле ацетата) или неорганической молекуле (например, заряженной молекуле силиката).
В частности, блокируемыми частицами являются частицы, которые поглощают свет в диапазоне UV-C, такие как поглощающие ультрафиолетовое излучение (органические) молекулы. В частности, блокируемые органические молекулы обычно, но не исключительно, содержат по меньшей мере одну двойную связь, независимо от того, является ли она сложноэфирной, карбонильной, винильной, алкинной, уретановой и т.д. Эти молекулы могут как создаваться морскими организмами, так и присутствовать в море благодаря внешним фактора (разливу нефти и другой промышленной активности).
Альтернативно или дополнительно к этому, элемент первого слоя может быть нанесен для предотвращения попадания воды в световод и/или в слой первого элемента световода, например в том случае, когда наносится золь-гелевый оптический слой (см. также ниже).
Как было указано выше, в вариантах осуществления стопка слоев содержит элемент первого слоя или элемент второго слоя, или и элемент первого слоя, и элемент второго слоя. Следовательно, в вариантах осуществления стопка слоев содержит по меньшей мере элемент второго слоя. В вариантах осуществления элемент второго слоя может иметь одну или более функциональностей, выбираемых из (a) отражения ультрафиолетового излучения, (b) клейкости для приклеивания стопки слоев к объекту, (c) упрочнения стопки слоев и (d) защиты первого слоя силикона. Элемент первого слоя может содержать (под)стопку слоев и/или элемент второго слоя может содержать (под)стопку слоев. Когда элемент первого слоя содержит стопку слоев, эта стопка слоев может быть обозначена как подстопка слоев, поскольку она является частью стопки слоев. Аналогичным образом, когда элемент второго слоя содержит стопку слоев, эта стопка слоев может быть обозначена как подстопка слоев, поскольку она является частью стопки слоев.
Для получения отражающих свойств могут быть выбраны различные механизмы. Отражение ультрафиолетового излучения может быть обеспечено отражающим слоем, который основан, например, на алюминиевом покрытии. Также может быть нанесен другой отражающий или рассеивающий материал.
Альтернативно или дополнительно к этому, отражение ультрафиолетового излучения может быть обеспечено слоем, который придает световоду полное внутреннее отражение. Например, слой, имеющий более низкий показатель преломления на поверхности световода, может возвращать часть света обратно в световод благодаря полному внутреннему отражению в световоде. Следовательно, при использовании полного внутреннего отражения показатель преломления слоя на поверхности световода может быть существенно меньше, чем показатель преломления материала световода. Например, показатель преломления материала (оптического) слоя, содержащегося в элементе второго слоя, в частности такой слой, находящийся в физическом контакте со второй поверхностью световода, составляет по меньшей мере на 0,02, например по меньшей мере на 0,04 меньше, чем показатель преломления световода (материала световода).
2
3
4
Следовательно, в вариантах осуществления элемент второго слоя содержит один или более из (i) алюминиевого слоя, (ii) слоя силикона, содержащего отражающий материал в виде частиц, и (iii) полимерного слоя, содержащего отражающий материал в виде частиц. Такой полимерный или силиконовый слой является также по существу непоглощающим, но может содержать рассеивающий материал, такой как, например, частицы BN, AlO, BaSO, MgO, PTFE (политетрафторэтилена) и т.д. Средневзвешенные размеры частиц могут находиться, например, в диапазоне 5-400 нм, более конкретно в диапазоне 50-200 нм. Кроме того, в вариантах осуществления рассеивающий материал может присутствовать в количестве 0,001-1 об.%, например в диапазоне 0,001-0,1 об.%. Такой слой силикона в большинстве случаев также будет иметь другой состав, чем первый слой силикона. Как было указано выше, эта разница может заключаться в одной или более боковых группах (например метильных), добавках и т.д. Следовательно, в конкретных вариантах осуществления элемент второго слоя содержит слой, содержащий одно или больше из силоксана и полимерного материала с внедренным в него отражающим материалом в виде частиц. В частности, этот слой содержит одно или более из силоксана и фторполимера. В вариантах осуществления материал в виде частиц содержит нитрид бора. Следовательно, в конкретных вариантах осуществления слой в элементе второго слоя содержит силикон с зернистым материалом, в частности нитридом бора (BN) внутри него. Зернистый материал выполнен с возможностью рассеивания ультрафиолетового излучения. Поскольку силоксан может быть более легко функционализирован, чем фторполимер, в конкретных вариантах осуществления может применяться силикон. Альтернативно или дополнительно к этому, элемент второго слоя может содержать (iv) полимерный слой, имеющий показатель преломления меньше, чем у первого слоя силикона. В частности, такой полимерный слой (имеющий показатель преломления меньше, чем у первого слоя силикона) может содержать фторполимер (описанный в настоящем документе). Как уже было указано, показатель преломления может быть по меньшей мере на 0,02, например по меньшей мере на 0,04 меньше, чем показатель преломления первого слоя силикона.
В вариантах осуществления полимерный материал содержит один или более из фторированного этилена, фторированного пропилена, фторированного этиленпропилена и фторированного пропиленацетата. Такой материал (материалы) может использоваться в вариантах осуществления без зернистого материала, поскольку показатель преломления может быть ниже, чем у силикона. Следовательно, содержащий фторполимер слой может также использоваться в качестве отражающего слоя (см. также выше). Такой слой может способствовать внутреннему отражению первого слоя силикона.
Как было указано выше, алюминиевый слой также может использоваться в качестве отражающего слоя. Поскольку элемент второго слоя во всей его полноте не обязан быть пропускающим, так как этот элемент второго слоя может использоваться для присоединения к поверхности объекта, этот слой может по существу быть более толстым, чем тогда, когда алюминиевый слой применяется в элементе первого слоя. Следовательно, алюминиевый слой также может использоваться для (дополнительного) упрочнения стопки слоев. В вариантах осуществления элемент второго слоя содержит алюминиевый слой, имеющий толщину в диапазоне по меньшей мере 50 нм, например по меньшей мере 90 нм, по меньшей мере 100 нм, по меньшей мере 120 нм, например по меньшей мере 200 нм. При слишком малых толщинах этот слой может быть частично пропускающим, а при толщинах ≥ 50 нм, таких как ≥ 90 нм, более конкретно по меньшей мере 100 нм, этот слой может быть главным образом или по существу только отражающим. Одна сторона алюминиевого слоя может быть обращена к первому слою силикона; другая сторона алюминиевого слоя может контактировать с другим слоем, таким как слой силикона или полимерный слой, без обязательных конкретных свойств УФ-прозрачности или отражения, в частности с полимерным слоем, таким как, например, фторполимер, но также могут использоваться и другие полимеры. Фторполимер может, однако, быть особенно полезным в тех вариантах осуществления, в которых алюминиевый слой является узорчатым.
Кроме того, элемент второго слоя может использоваться для обеспечения адгезии элемента световода. Поскольку, например, силиконовые световоды могут с трудом приклеиваться к объектам, таким как корпус сосуда, может быть предусмотрен клейкий слой. Следовательно, в конкретных вариантах осуществления элемент второго слоя содержит один или более элементов второго слоя, имеющих одну или более функциональностей, выбираемых из (a) отражения ультрафиолетового излучения и (b) клейкости для приклеивания световода к объекту. В вариантах осуществления элемент второго слоя может содержать первый отражающий слой, контактирующий со второй поверхностью световода, и первый клейкий слой, конфигурируемый как наружный слой элемента второго слоя.
Кроме того, единственный слой может обеспечивать более одной функциональности. Это может относиться как к элементу первого слоя, так и к элементу второго слоя.
Например, в конкретных вариантах осуществления настоящее изобретение также предлагает клейкий слой, в частности такой слой, находящийся в физическом контакте со второй поверхностью световода, который содержит материал, являющийся в принципе пропускающим ультрафиолетовое излучение, но который имеет меньший показатель преломления, чем материал световода, в частности по меньшей мере на 0,02, например по меньшей мере на 0,04 меньше, чем показатель преломления (материала) световода.
Следовательно, в конкретных вариантах осуществления элемент световода содержит как элемент первого слоя, так и элемент второго слоя, причем оба элемента слоя содержат слой, имеющий показатель преломления ниже, чем у световода.
Как было указано выше, может использоваться слой, который является пропускающим для интересующего излучения, такого как ультрафиолетовое излучение, но который имеет показатель преломления ниже, чем у первого (силиконового) слоя. Такой слой может использоваться в элементе первого слоя. Альтернативно или дополнительно к этому, такой слой может использоваться в элементе второго слоя. Следовательно, далее объясняются некоторые дополнительные аспекты относительно такой комбинации первого слоя силикона и смежного пропускающего излучение слоя.
Как было указано выше, первый слой также может быть обозначен как слой световода, или волноводный слой, или волновод, и т.д. Световод может иметь пластинчатую форму. Пластинчатая форма в вариантах осуществления может быть искривленной в одном или двух направлениях, или может искривляться в одном или двух направлениях, как это может иметь место с силиконом. В частности, световод имеет высоту существенно меньшую, чем длина или ширина, например по меньшей мере в 5 раз меньшую, и более предпочтительно по меньшей мере в 10 раз меньшую. По меньшей мере одна из поверхностей (из двух поверхностей, определяющих высоту световода) или по меньшей мере часть такой первой поверхности световода (в настоящем документе также обозначаемой как «первая поверхность») может использоваться в качестве поверхности вывода светового излучения. Эта поверхность в настоящем документе также обозначается как первая поверхность световода. Ультрафиолетовое излучение может выходить из этой поверхности. Некоторый выход желателен с точки зрения функции защиты от биообрастания, но слишком много излучения может выходить, или излучение может выходить в неправильных частях первой поверхности световода.
С этой целью, настоящее изобретение предлагает в вариантах осуществления оптический слой, который находится в контакте по меньшей мере с частью первой поверхности световода. Этот оптический слой имеет показатель преломления меньше, чем у воды, особенно для УФ-излучения источника света, используемого в комбинации со световодом (см. дополнительно также ниже). Оптический слой находится в оптическом и/или физическом контакте по меньшей мере с частью световода. В частности, оптический слой находится в физическом контакте по меньшей мере с частью первой поверхности световода.
В вариантах осуществления показатель преломления оптического слоя составляет по меньшей мере на 2% меньше, например по меньшей мере на 5% меньше, чем показатель преломления морской воды. В вариантах осуществления оптический слой имеет первый показатель преломления (n1) меньше чем 1,36 на длине волны 280 нм. На длине волны 280 нм показатель преломления воды, включая морскую воду, равен или выше чем 1,36. Следовательно, показатель преломления оптического слоя должен быть меньше чем это значение, например по меньшей мере на вышеуказанные 5%. Следовательно, в более конкретных вариантах осуществления первый показатель преломления (n1) равен или меньше чем 1,35 на длине волны 280 нм, например равен или меньше чем 1,34 на длине волны 280 нм, равен или меньше чем 1,30 на длине волны 280 нм, равен или меньше чем 1,25 на длине волны 280 нм, или равен или меньше чем приблизительно 1,22 на длине волны 280 нм. В частности, первый показатель преломления оптического слоя может быть по меньшей мере приблизительно равен 1 (на длине волны 280 нм), например по меньшей мере приблизительно 1,10 (на длине волны 280 нм), например по меньшей мере приблизительно 1,15 (на длине волны 280 нм). В конкретных вариантах осуществления показатель преломления оптического слоя составляет по меньшей мере на 0,02, например по меньшей мере на 0,04 меньше, чем показатель преломления (материала) световода.
Такой оптический слой может содержать, или по существу состоять из фторполимера.
Выбор для определения показателя преломления на длине волны 280 нм не означает, что источник света, используемый для обеспечения света для борьбы с биообрастанием, обязательно обеспечивает излучение на длине волны 280 нм, или обеспечивает излучение, имеющее доминирующую длину волны 280 нм. Эта длина волны выбрана только ради определения. Например, если бы использовалась длина волны 200 нм или 300 нм, показатель преломления оптического слоя на этих длинах волн был бы меньше чем 1,39 или 1,35, соответственно.
Показатель преломления, используемый в настоящем документе, измеряется при атмосферном давлении и температуре 25°C. Справочные значения для воды можно найти в издании George M. Hale et al., Applied Optics, 1973, Vol. 12, No.3, p. 555-563, которое включено в настоящий документ посредством ссылки.
В частности, оптический слой имеет первый показатель преломления (n1) меньше, в частности по меньшей мере на 2% меньше, например по меньшей мере на 5% меньше, чем показатель преломления воды при 25°C (и атмосферном давлении), например в диапазоне приблизительно 80-98% от показателя преломления воды при 25°C (и атмосферном давлении), например в диапазоне приблизительно 85-95%. Показатель или показатели преломления воды, указанные в настоящем документе, могут относиться к деминерализованной воде. Конечно же, это не означает того, что настоящее изобретение должно применяться в деминерализованной воде. Только показатель преломления оптического слоя может быть определен относительно деминерализованной воды, например показатель преломления оптического слоя, являющийся по меньшей мере на 2% более низким, чем показатель преломления (деминерализованной) воды (при 25°C и при атмосферном давлении). Показатель преломления оптического слоя и воды (таким образом) оценивается по существу при идентичных условиях (например, при 25°C и атмосферном давлении). Для воды могут использоваться справочные значения, например приведенные в публикации за авторством Hale et al. (см. выше).
Вышеуказанные значения для коэффициента преломления оптического слоя могут означать, что материал оптического слоя имеет такой показатель преломления. Однако, как будет объяснено ниже, при введении пористости в оптический слой у материал оптического слоя может также иметь (слегка) больший коэффициент преломления. Оптический слой по сути имеет показатель преломления ниже, чем у воды, и/или показатель преломления ниже, чем 1,36 на длине волны 280 нм.
Химический состав пропускающего ультрафиолетовое излучение материала оптического слоя и/или морфология оптического слоя предпочтительно отличаются от химического состава материала световода и/или морфологии световода. Следовательно, предпочтительно имеется (прозрачная) граница между световодом и оптическим слоем.
Оптический слой может использоваться для расширения диапазона углов падения, при которых свет остается в световоде. Следует отметить, что например световод, сделанный из силикона, но без оптического слоя, будучи погруженным в воду, может показывать некоторое полное внутреннее отражение (TIR), хотя по существу только под очень пологими углами (поскольку разность коэффициента преломления между водой и силиконом является очень малой). Добавление оптического слоя поверх силикона (или другого материала) с коэффициентом преломления ниже, чем у воды, будет увеличивать «диапазон углов», которые фактически отразятся в соответствии с TIR. Следовательно, больше света будет оставаться внутри световода.
Оптический слой может конфигурироваться по всей первой поверхности световода, но в других вариантах осуществления может также находиться только на части первой поверхности световода. Кроме того, оптический слой может быть предусмотрен с различными толщинами на различных частях первой поверхности световода. Таким образом положения, в которых (больше) ультрафиолетового излучения должно быть отражено обратно в световод, могут быть получены путем обеспечения этого слоя и положения, в которых (меньше) ультрафиолетового излучения должно быть отражено обратно в световод, могут быть получены за счет отсутствия этого слоя. Таким образом, а также и другими способами, узорчатый слой может быть обеспечен в частности для равномерного распределения выхода света от источника света из первой поверхности световода. Следовательно, в вариантах осуществления оптический слой является узорчатым оптическим слоем с одной или более первых областей, содержащих упомянутый материал оптического слоя с первой толщиной слоя (h1), а также с одной или более вторых областей, содержащих упомянутый материал оптического слоя со второй толщиной слоя (h2) в диапазоне 0≤h2<h1. При h2=0 оптический слой отсутствует. Толщина первого слоя предпочтительно составляет по меньшей мере 100 нм, более предпочтительно по меньшей мере 200 нм, еще более предпочтительно по меньшей мере 300 нм, например по меньшей мере 400 нм, например в диапазоне 400 нм - 20 мкм, 1-15 мкм или 2-10 мкм. Однако также возможны более толстые слои, например вплоть до приблизительно 2 мм, например вплоть до приблизительно 1 мм (и в частности по меньшей мере 200 нм, например по меньшей мере 300 нм). При такой толщине ультрафиолетовое излучение может передаваться через оптический слой, в частности когда используются один или более из упомянутых в настоящем документе материалов. Следовательно, оптический слой может быть выбран так, чтобы было получено указанное в настоящем документе пропускание. Это известно специалистам в данной области техники.
Как было указано выше, материал оптического слоя может иметь низкий показатель преломления, например ниже, чем у воды.
2
Оптический слой может включать в себя поры. Термин «пора» может также относиться к «полости». Такие поры могут содержать газ, такой как инертный газ, CO или воздух. За счет такой пористой структуры коэффициент преломления оптического слоя также может быть относительно низким.
В частности, поры являются порами, содержащими газ. Например, во время производства оптического слоя газ может захватываться в этом слое, обеспечивая тем самым оптический слой со своего рода пористой структурой, хотя такие поры могут быть недоступны снаружи.
Альтернативно или дополнительно к этому, в вариантах осуществления эти поры могут быть доступными снаружи, но этот доступ по существу блокируется слоем, таким как водостойкий слой или водонепроницаемый слой.
Альтернативно или дополнительно к этому, поры могут быть доступными снаружи для газа, но они могут иметь такие размеры, опционально в комбинации с водоотталкивающим материалом в порах (или самим пористым материалом), что вода по существу не попадает в поры.
В вариантах осуществления оптический слой представляет собой пористый оптический слой, имеющий пористость в диапазоне 5-70%, например 10-50%. Пористость может быть определена, например, по объему слоя, объемной массовой плотности, известной для данного материала оптического слоя, и массе слоя. На основе этого пористость может быть определена, поскольку занимаемый объем превышает теоретический объем без пористости, определяемый на основе массы. В конкретных вариантах осуществления размеры пор составляют меньше чем приблизительно 300 нм, например меньше чем приблизительно 200 нм. В конкретных вариантах осуществления эти размеры могут быть меньше, чем доминирующая длина волны излучения источника света, который может использоваться в комбинации с элементом световода.
В вариантах осуществления материал оптического слоя содержит золь-гелевый материал. Способы получения слоев золь-геля или пористых слоев известны в данной области техники и описаны, например, в патентных документах WO2012/125271, US2011/0111203, US4271210 и в публикации Guangming Wu et al., Materials Science Engineering B78, 135-139, которые включены в настоящий документ посредством ссылки.
Следовательно, в вариантах осуществления материал с низким показателем преломления представляет собой микропористый материал. Этот материал в вариантах осуществления быть получен способом золь-геля, например из MTMS/TEOS (метилтриметоксисилан/тетраэтоксисилан), где микропористость может быть достигнута за счет использования мыла (например полиэтиленоксида). Микропоры в золь-геле имеют размеры меньше, чем длина волны ультрафиолетового света, что предотвращает высокие потери благодаря рассеиванию. Материалы с низким показателем преломления могут наноситься в виде тонкого слоя. Такой слой с низким показателем преломления увеличивает угол полного отражения, и тем самым уменьшает выход света. Оптический слой в вариантах осуществления может содержать одно или более из алюмината и силиката.
Термин «оптический слой» может также относиться ко множеству (различных) оптических слоев, конфигурируемых как стопка слоев и обеспечивающих стопку оптических слоев (которая в настоящем документе также может обозначаться как «первая стопка оптических слоев», или «первая стопка слоев», или «стопка слоев», или «первая стопка слоев»). Такая стопка оптических слоев в настоящем документе обозначается просто как «оптический слой». Следовательно, в вариантах осуществления элемент первого слоя может включать в себя единственный слой или множество слоев, уложенных друг на друга.
Как было указано выше, элемент первого слоя содержит химические связи с первым слоем силикона, и/или второй слой содержит химические связи с первым слоем силикона.
В частности, химическое связывание представляет собой одно или более из амидного связывания, сложноэфирного связывания, эфирного связывания и связывания Si-O-Al. С этой целью первый слой силикона, полимерный слой, алюминиевый слой или промежуточный слой могут включать в себя функциональные группы, которые при контакте различных материалов обеспечивают химическое связывание между этими материалами. Это будет дополнительно объяснено ниже. Опционально между, например, полимерным слоем или алюминиевым слоем может находиться промежуточный слой. Это может быть фторполимер, и предпочтительно силикон (см. также выше). Следовательно, в вариантах осуществления один или более из первого промежуточного слоя и второго промежуточного слоя содержит (второй) слой силикона, имеющий состав, отличающийся от первого слоя силикона.
В вариантах осуществления стопки слоев элемент первого слоя содержит полимерный слой, содержащий фторполимер, такой как FEP, а элемент второго слоя содержит один или более из алюминиевого слоя и полимерного слоя. В вариантах осуществления элемент второго слоя содержит алюминиевый слой, или слой фторполимера, или слой полиимида. В частности, этот слой связывается с первым слоем силикона химическим связыванием.
Следовательно, в вариантах осуществления элемент второго слоя может содержать алюминиевый слой. В частности, в таких вариантах осуществления элемент второго слоя дополнительно содержит полимерный слой, такой как фторполимер или полиимид.
Альтернативно в вариантах осуществления элемент второго слоя может содержать (только) полимерный слой, такой как слой фторполимера. В частности, такой слой имеет показатель преломления меньше, чем первый слой силикона, ограничивает проникновение воды, и опционально может быть клейким.
Альтернативно в вариантах осуществления элемент второго слоя может содержать (только) слой полиимида. В частности, такой слой имеет показатель преломления меньше, чем первый слой силикона, ограничивает проникновение воды, и опционально может быть клейким.
В вариантах осуществления элемент второго слоя содержит алюминиевый слой и полимерный слой, причем первый располагается ближе к первому слою силикона, чем последний. В конкретных вариантах осуществления алюминиевый слой связывается с первым слоем силикона. Полимерный слой может использоваться в качестве защитной пленки. Полимерный слой в вариантах осуществления может содержать одно или более из фторполимера, такого как FEP, и полиимида.
В вариантах осуществления элемент второго слоя содержит стопку слоев из (i) полимерного слоя, содержащего фторполимер, (ii) алюминиевого слоя и (iii) полимерного слоя (такого так один или более из фторполимера, такого как FEP, и полиимида).
В вариантах осуществления описанный в настоящем документе полиимид, в частности для элемента второго слоя, может содержать поли(4,4'-оксидифенилен-пиромеллитимид).
Алюминиевый слой в вариантах осуществления элемента второго слоя может быть узорчатым.
В дополнение к описанным выше слоям в вариантах осуществления элемент второго слоя может также включать в себя противокоррозийную краску. В стопке слоев этот слой будет самым удаленным от первого слоя силикона.
Во время использования этот слой второй стопки слоев, самый удаленный от первого слоя силикона, может находиться в физическом контакте с объектом, таким как корпус, например стальной корпус. Объект может включать в себя поверхность с противокоррозийной краской. В таких вариантах осуществления вторая стопка слоев (которая может не содержать противокоррозийной краски) может находиться в физическом контакте с противокоррозийной краской.
Элемент первого слоя может содержать (только) фторполимер, такой как FEP.
Элемент первого слоя может иметь одно или более свойств, выбираемых из (i) показателя преломления ниже, чем у первого слоя силикона (для создания TIR), (ii) пропускания в диапазоне UV-C, (iii) стойкости к ультрафиолетовому излучению, (iv) ограничения проникновения химических компонентов и (v) более высокой прочности, чем у силикона.
Первый слой силикона предпочтительно (i) имеет высокую прозрачность для UV-C (65-90%/см в массе) и/или (ii) является стойким к ультрафиолетовому излучению. Фраза «пропускание в диапазоне UV-C 65%/см в массе» и подобные фразы относятся к внутреннему пропусканию.
В вариантах осуществления первый слой элемента второго слоя, непосредственно смежный с первым слоем силикона, может иметь одно или более свойств, выбираемых из (i) показателя преломления ниже, чем показатель преломления первого слоя силикона (для создания TIR), (ii) пропускания в диапазоне UV-C и (iii) стойкости к ультрафиолетовому излучению. Такой первый слой элемента второго слоя может быть фторполимером, таким как FEP. Второй слой элемента второго слоя, непосредственно смежный с таким первым слоем (и таким образом находящийся дальше от первого слоя силикона, чем первый слой элемента второго слоя), может иметь одно или более свойств, выбираемых из (i) ограничения проникновения химических компонентов и (ii) наличия отражения в диапазоне UV-C ≥ 50%. Такой второй слой элемента второго слоя может быть алюминиевым слоем, который опционально может быть узорным. Третий слой элемента второго слоя, непосредственно смежный с таким вторым слоем (и таким образом находящийся дальше от первого слоя силикона, чем второй слой), может иметь одно или более свойств, выбираемых из (i) ограничения проникновения воды (например, для защиты алюминиевого слоя), и (ii) клейкости. Такой третий слой может содержать один или более из фторполимера и полиимида.
В вариантах осуществления первый слой элемента второго слоя, непосредственно смежный с первым слоем силикона, может иметь отражение в диапазоне UV-C > 50%. Такой первый слой элемента второго слоя может быть алюминиевым слоем, который опционально может быть узорным. Второй слой элемента второго слоя, непосредственно смежный с таким первым слоем (и таким образом находящийся дальше от первого слоя силикона, чем первый слой элемента второго слоя), может иметь одно или более свойств, выбираемых из (i) ограничения проникновения химических компонентов и (ii) клейкости. Такой второй слой элемента второго слоя может содержать один или более из фторполимера и полиимида.
Эта стопка слоев предпочтительно имеет большое соотношение сторон, например больше чем 10, еще более предпочтительно по меньшей мере 100, то есть длина и/или ширина (предпочтительно обе) по меньшей мере в 10 раз больше толщины.
Эта стопка слоев предпочтительно может использоваться для борьбы с биообрастанием. Следовательно, в конкретных вариантах осуществления эта стопка слоев дополнительно содержит один или больше, предпочтительно множество твердотельных источников света, внедренных в первый слой силикона.
Как было указано выше, световод в комбинации с источником света может использоваться для обеспечения света для борьбы с биообрастанием для обрастающих поверхностей, таких как корпуса кораблей. Еще более конкретно, как будет также дополнительно объяснено ниже, элемент световода может использоваться в качестве покрытия на объекте, таком как судно. Принимая во внимание, что внешняя поверхность («обрастающая поверхность») объекта, такого как корпус корабля, может подвергаться биообрастанию, когда элемент световода используется в качестве покрытия на таком объекте, обрастающая поверхность переносится на первую поверхность световода (включая дополнительный слой), обеспечиваемую элементом световода. Следовательно, по меньшей мере для части объекта элемент световода может стать наружной поверхностью (и таким образом потенциально подвергаться обрастанию).
Следовательно, в еще одном дополнительном аспекте настоящее изобретение также предлагает систему для борьбы с биообрастанием («систему»), содержащую описанный в настоящем документе элемент световода и источник света, в которой источник света выполнен с возможностью обеспечивать упомянутое ультрафиолетовое облучение для световода, и которая выполнена с возможностью обеспечивать по меньшей мере часть упомянутого ультрафиолетового облучения далее от первой поверхности световода (и опционально далее от оптического слоя). Следовательно, ультрафиолетовое облучение выходит из световода по меньшей мере через часть первой поверхности световода, и таким образом обеспечивается далее от первой поверхности световода (и опционально далее от оптического слоя). В частности, настоящее изобретение предлагает систему для борьбы с биообрастанием, содержащую описанный в настоящем документе элемент световода и источник света, которая содержит окно выхода излучения, содержащее упомянутую первую поверхность световода, в которой источник света выполнен с возможностью обеспечивать упомянутое ультрафиолетовое излучение для световода, и в которой окно выхода излучения выполнено с возможностью передавать по меньшей мере часть упомянутого ультрафиолетового излучения. Окно выхода излучения таким образом в вариантах осуществления может также содержать элемент первого слоя. В конкретных вариантах осуществления источник света содержит светоизлучающую поверхность, причем светоизлучающая поверхность конфигурируется внутри световода. Например, один или более твердотельных источников света могут быть залиты в световод. По существу весь твердотельный источник света может быть внедренным в световод (материал).
Источник света предпочтительно содержит твердотельный источник света, такой как LED. Комбинация световода и источника света в настоящем документе также обозначается как «УФ-излучающий элемент».
В одних вариантах осуществления источник света конфигурируется как внешний по отношению к световоду. В таких вариантах осуществления источник света выполнен с возможностью обеспечивать свет от источника света на поверхности световода, посредством чего свет от источника света входит в световод (например через краевую поверхность световода). Источник света и световод предпочтительно являются радиационно связанными. Термин «радиационно связанные» означает, что источник света и световод связаны друг с другом таким образом, что по меньшей мере часть излучения, испускаемого источником света, получается световодом (и по меньшей мере частично выходит из световода).
В других вариантах осуществления источник света содержит светоизлучающую поверхность, причем светоизлучающая поверхность конфигурируется внутри световода. Например, LED может быть залит в силикон. Примеры последнего варианта осуществления описаны, например, в патентном документе WO2014/188347, который включен в настоящий документ посредством ссылки. Конечно же, различные варианты осуществления могут быть объединены.
В еще одном дополнительном аспекте настоящее изобретение также предлагает объект, содержащий поверхность, такую как внешняя поверхность, в котором стопка слоев по любому из предшествующих пунктов присоединяется по меньшей мере к части этой поверхности. В частности, в одном аспекте настоящее изобретение предлагает объект, который во время использования по меньшей мере частично погружен в воду и содержит определенную в настоящем документе систему для борьбы с биообрастанием, причем УФ-излучающий элемент выполнен с возможностью облучения ультрафиолетовым излучением во время стадии облучения одного или более из (i) части поверхности, такой как внешняя поверхность, упомянутого объекта и (ii) воды, смежной с упомянутой частью упомянутой внешней поверхности. Как указано в настоящем документе, объект может выбираться из группы, состоящей из судна и инфраструктурного объекта, а также и из других объектов. Фраза «во время использования по меньшей мере частично погружен в воду» может относиться к пресной воде или морской воде или их смеси этого (жесткой воде). Следовательно, настоящее изобретение среди прочего может использоваться для водных приложений, таких как морские приложения.
В вариантах осуществления элемент световода содержит элемент второго слоя, контактирующий со второй поверхностью световода, причем этот элемент второго слоя содержит первый клейкий слой, контактирующий с внешней поверхностью (объекта).
В настоящем документе фраза «объект, который во время использования по меньшей мере частично погружен в воду» предпочтительно относится к таким объектам, как суда и инфраструктурные объекты, которые имеют водные применения. Следовательно, во время использования такой объект будет в большинстве случаев находиться в контакте с водой, как судно в море, озере, канале, реке и т.д.
Термин «судно» может относиться, например, к лодке или кораблю и т.д., такому как парусная шлюпка, танкер, круизное судно, яхта, паром, подводная лодка и т.д.
Термин «инфраструктурный объект» может относиться к водным приложениям, которые в большинстве случаев расположены по существу неподвижно, таким как плотина, шлюз, понтон, буровая вышка и т.д. Термин «инфраструктурный объект» может также относиться к трубам (например для закачки морской воды в электростанцию), а также к другим частям (гидроэлектрических) электростанций, таким как системы охлаждения, турбины и т.д.
Термин «объект» в вариантах осуществления может относиться к опорной конструкции для плавучих или морских ветровых турбин, нефтяных вышек, к структуре для сбора волновой/приливной энергии, к плавающему устройству и т.д. Термин «внешняя поверхность» относится к поверхности, которая может находиться в физическом контакте с водой. В случае труб это может относиться к одной или более из внутренней поверхности трубы и внешней поверхности трубы. Следовательно, вместо термина «внешняя поверхность» также может быть применен термин «загрязненная поверхность». Кроме того, в таких вариантах осуществления термин «ватерлиния» может также относиться, например, к уровню заполнения.
Предпочтительно объект является объектом, предназначенным для морского применения, то есть применения в море или океане или близко к ним. Такие объекты во время их использования по меньшей мере временно, или по существу всегда, по меньшей мере частично находятся в контакте с водой. Объект может по меньшей мере частично находиться под водой (ниже ватерлинии) во время использования, или может по существу весь все время находиться под водой (ниже ватерлинии), как например для подводных приложений. Настоящее изобретение может применяться, например, для защиты судов, для поддержания в чистоте смачиваемых поверхностей, для прибрежных приложений, для подводных приложений, для буровых платформ и т.д.
Благодаря этому контакту с водой может происходить биообрастание, вызывая вышеописанные неудобства. Биообрастание будет происходить на поверхности такого объекта, такой как внешняя поверхность. Поверхность защищаемого (элемента) объекта может представлять собой сталь, но может опционально также представлять собой другой материал, например выбираемый из группы, состоящей из древесины, полиэстера, композита, алюминия, резины, хайпалона, поливинилхлорида, стекловолокна и т.д. Следовательно, вместо стального корпус может также быть корпусом из поливинилхлорида или корпусом из полиэстера, и т.д. Вместо стали также может использоваться другой железный материал, такой как (другие) сплавы железа.
В настоящем документе термины «обрастание» или «биообрастание» или «биологическое обрастание» используются взаимозаменяемо. Выше приведены некоторые примеры обрастания. Биообрастание может происходить на любой поверхности в воде, или находящейся близко к воде и иногда подвергающейся воздействию воды (или другой электропроводящей водной жидкости). На такой поверхности может происходить биологическое обрастание, когда элемент находится в воде или около воды, например (непосредственно) выше уровня воды (например благодаря брызгам воды вследствие носовой корабельной волны). Между тропиками биологическое обрастание может происходить в течение всего нескольких часов. Даже при умеренных температурах первые стадии обрастания будут происходить в течение нескольких часов; например, образование первого (молекулярного) уровня сахаров и бактерий.
Система для борьбы с биообрастанием содержит по меньшей мере УФ-излучающий элемент. Кроме того, система для борьбы с биообрастанием может содержать систему управления (см. также ниже), источник электроэнергии и т.д.
Термин «система для борьбы с биообрастанием» может также относиться ко множеству таких систем, опционально функционально соединенных друг с другом, например управляемых одной системой управления. Кроме того, система для борьбы с биообрастанием может содержать множество таких УФ-излучающих элементов. В настоящем документе термин «УФ-излучающий элемент» может (таким образом) относиться ко множеству УФ-излучающих элементов. Например, в одном варианте осуществления множество УФ-излучающих элементов может быть связано с поверхностью, такой как внешняя поверхность, объекта, такого как корпус, или может быть представлено такой поверхностью (см. также ниже), тогда как, например, система управления может находиться где-нибудь внутри объекта, например в диспетчерской или в рулевой рубке судна.
Поверхность или область, на которой может быть возникнуть обрастание, в настоящем документе обозначается также как загрязняющаяся поверхность. Она может быть, например, корпусом судна и/или эмиссионной поверхностью оптической среды (см. также ниже). С этой целью, УФ-излучающий элемент обеспечивает ультрафиолетовое излучение (свет для борьбы с обрастанием), которое применяется для того, чтобы предотвратить формирование биологического обрастания и/или удалить биологическое обрастание. Это ультрафиолетовое излучение (свет для борьбы с обрастанием) содержит по меньшей мере ультрафиолетовое излучение (также обозначаемое как «ультрафиолетовый свет»). Следовательно, УФ-излучающий элемент предпочтительно выполнен с возможностью обеспечивать ультрафиолетовое излучение. Для этого УФ-излучающий элемент содержит источник света. Термин «источник света» может также относиться ко множеству источников света, такому как от 2 до 2000 или от 2 до 200 (твердотельных) источников света, таких как LED, хотя может быть применено и намного большее количество источников света. Следовательно, термин «светоизлучающий диод (LED)» может также относиться ко множеству светоизлучающих диодов. В частности, УФ-излучающий элемент может содержать множество источников света. Следовательно, как было указано выше, УФ-излучающий элемент содержит один или более (твердотельных) источников света. Светоизлучающие диоды могут быть органическими светоизлучающими диодами (OLED) или твердотельными светоизлучающими диодами, или комбинацией этих светоизлучающих диодов. Предпочтительно источник света содержит твердотельные светоизлучающие диоды. Следовательно, предпочтительно источник света содержит УФ-светодиод, выполненный с возможностью обеспечивать свет в одном или более из диапазонов UVA и UVC (см. также ниже). Ультрафиолетовый свет диапазона A (UVA) может использоваться для нарушения клеточных стенок, тогда как ультрафиолетовый свет диапазона C (UVC) может использоваться для того, чтобы повредить ДНК. Следовательно, источник света предпочтительно выполнен с возможностью обеспечивать ультрафиолетовое излучение. В настоящем документе термин «источник света» предпочтительно относится к твердотельному источнику света. Источник (источники) света может также включать в себя твердотельный лазер (лазеры). Термин «источник света» может также относиться к источнику света, включающему оптику, такому как твердотельный источник света с одним или более элементами формирования луча, выбираемыми из линзы и отражателя (такими как коллиматор).
Твердотельный источник света, такой как LED, может быть верхним излучателем или боковым излучателем.
Предпочтительно источник или источники света представляют собой LED. Следовательно, в вариантах осуществления система для борьбы с биообрастанием содержит множество источников света, которые содержат LED. Альтернативно или дополнительно к этому источники света содержат твердотельные лазеры.
Как было указано выше, УФ-излучающий элемент выполнен с возможностью облучать упомянутым ультрафиолетовым излучением (во время стадии облучения) одно или более из (i) упомянутой части упомянутой поверхности и (ii) воды, смежной с упомянутой частью упомянутой поверхности. Термин «часть» относится к части внешней поверхности объекта, такой как например корпус или затвор (дверца). Однако термин «часть» может также относиться по существу ко всей внешней поверхности, такой как внешняя поверхность корпуса или затвора. Предпочтительно внешняя поверхность может содержать множество частей, которые могут облучаться ультрафиолетовым светом одного или более источников света, или которые могут облучаться ультрафиолетовым излучением одного или более УФ-излучающих элементов. Каждый УФ-излучающий элемент может облучать одну или более частей. Кроме того, опционально могут быть части, которые получают ультрафиолетовое излучение от двух или более УФ-излучающих элементов.
В одном варианте осуществления УФ-излучающий элемент содержит двухмерную сетку источников света для генерирования ультрафиолетового излучения, и оптическая среда располагается так, чтобы распределять по меньшей мере часть ультрафиолетового излучения из этой двумерной сетки источников света через оптическую среду так, чтобы обеспечить двумерное распределение ультрафиолетового излучения, выходящего из светоизлучающей поверхности модуля освещения. Двумерная сетка источников света может быть расположена в виде структуры мелкой проволочной сетки, структуры с плотной упаковкой, структуры рядов/колонок, или в виде любой другой подходящей регулярной или нерегулярной структуры. Физическое расстояние между соседними источниками света в сетке может быть фиксированным по всей сетке, или может изменяться, например как функция мощности световыхода, требуемого для обеспечения эффекта борьбы с обрастанием, или как функция положения УФ-излучающего элемента на защищаемой поверхности (например, положения на корпусе судна). Преимущества обеспечения двухмерной сетки источников света включают в себя то, что ультрафиолетовое излучение может генерироваться близко к защищаемым областям, и это будет уменьшать потери в оптической среде или световоде и увеличивать однородность распределения света. Предпочтительно ультрафиолетовое излучение в целом однородно распределяется по эмиссионной поверхности; это уменьшает или даже предотвращает образование недостаточно освещенных областей, где в противном случае может иметь место обрастание, уменьшая или предотвращая в то же самое время затраты энергии на избыточное освещение других областей большим количеством света, чем это необходимо для борьбы с обрастанием. В одном варианте осуществления эта сетка содержится в оптической среде. В еще одном варианте осуществления сетка может содержаться в (силиконовой) пленке.
Кроме того, в одном варианте осуществления оптическая среда может быть расположена вблизи (включая присоединенное состояние) от защищаемой поверхности и присоединена так, чтобы получать ультрафиолетовое излучение, причем эта оптическая среда имеет направление толщины, перпендикулярное к защищаемой поверхности, причем два ортогональных направления оптической среды, ортогональные к направлению толщины, являются параллельными защищаемой поверхности, причем оптическая среда выполнена с возможностью обеспечивать путь распространения ультрафиолетового излучения таким образом, что ультрафиолетовое излучение проходит внутри оптической среды по меньшей мере в одном из двух ортогональных направлений, ортогональных к направлению толщины, а также таким образом, что в точках вдоль поверхности оптической среды соответствующие части ультрафиолетового излучения выходят из оптической среды.
В одном дополнительном аспекте настоящее изобретение также предлагает способ борьбы с (био)обрастанием (части) поверхности, такой как внешняя поверхность, объекта, который во время его использования по меньшей мере временно подвергается воздействию воды, причем этот способ содержит: обеспечение для объекта системы для борьбы с биообрастанием, определенной в настоящем документе, генерирование ультрафиолетового излучения (во время использования объекта), опционально в зависимости от одного или более из (i) сигнала обратной связи и (ii) таймера для (периодического) изменения интенсивности ультрафиолетового излучения (света для борьбы с обрастанием) и обеспечения упомянутого ультрафиолетового излучения (во время стадии облучения) для (части) внешней поверхности. Такой сигнал обратной связи может обеспечиваться чувствительным элементом.
Далее дополнительно объясняется способ для обеспечения стопки слоев. Как было указано выше, в одном дополнительном аспекте настоящее изобретение также предлагает такой способ, который может использоваться для обеспечения описанной в настоящем документе стопки. Следовательно, в одном аспекте настоящее изобретение также предлагает стопку слоев, получаемую с помощью описанного в настоящем документе способа.
В частности, настоящее изобретение предлагает способ для обеспечения стопки слоев, содержащий связывание (i) первого слоя силикона и (ii) одного или более из элемента первого слоя и элемента второго слоя путем одного или более из (a) химического связывания первой поверхности слоя силикона и элемента первого слоя непосредственно или через первый промежуточный слой, и (b) химического связывания второй поверхности слоя силикона и элемента второго слоя непосредственно или через второй промежуточный слой.
Фраза «связывание первого слоя силикона и элемента слоя» и подобные фразы может означать, что первый связывается с последним, или последний связывается с первым. Кроме того, такая фраза и подобные фразы могут означать, что, например, слой силикона связывается со стопкой слоев, но может также означать, что слой обеспечивается на первом (силиконовом) слое как элемент первого слоя, а затем один или более дополнительных слоев обеспечиваются на таком слое для того, чтобы обеспечить элемент слоя, содержащий несколько слоев.
Чтобы химически связать один слой с другим, может быть необходимо функционализировать один или оба слоя или материал, который должен обеспечивать один из слоев. Слой, или материал, который должен обеспечивать один из слоев, может также быть функционализированным сам по себе. Например, силиконовое клейкое вещество не полностью реагирует или затвердевает, и может включать в себя группы, которые могут использоваться для формирования химических связей с другим слоем. Например, силикон может включать в себя винильные группы и/или гидридные группы, которые могут в дальнейшем реагировать или функционализироваться.
2
В частности, в настоящем документе одна или более из -ОН групп, -COOH групп, -NH групп и -Si-Н групп могут использоваться для создания межслойных химических связей. Такие группы могут быть доступными изначально или могут быть созданы путем функционализации.
2
Следовательно, в вариантах осуществления этот способ может (дополнительно) содержать обеспечение связывания между по меньшей мере двумя функционализированными материалами, из которых один или более обеспечиваются первой поверхностью, функционализированной функциональными группами, и/или второй поверхностью, функционализированной функциональными группами, причем эти функциональные группы представляют собой одну или более групп, выбираемых из группы -ОН, группы -COOH, группы -NH и группы -Si-Н. В частности, такие группы могут использоваться для формирования химических связей, представляющих собой одну или более из амидных связей, сложноэфирных связей, эфирных связей и связей Si-O-Al.
Возможны различные варианты создания химической связи между волноводом и защитным материалом. Например, в вариантах осуществления готовый силиконовый волновод может быть соединен химическим образом с готовым слоем защитного материала. В других вариантах осуществления жидкий силиконовый (волноводный) материал может быть связан с готовым слоем защитного материала химическим образом. В других вариантах осуществления жидкий силиконовый (волноводный) материал может быть связан с незавершенным слоем защитного материала химическим образом.
Как было указано выше, фторполимеры могут быть желательными в качестве основания для алюминиевого слоя, в качестве оптического слоя, с учетом их низкого показателя преломления, или отражающего слоя при использовании рассеивающего материала. Однако фторполимерные материалы относительно трудно активизировать для связи химическим образом на границе.
В вариантах осуществления можно частично удалить группы фтора и заменить их подходящей функциональной группой. В вариантах осуществления может быть возможна окислительная замена, например карбоксильными группами, например с использованием раствора FluoroEtch (нафталенида натрия). Замечено, что чем больше время или температура травления, тем сильнее коричневое окрашивание, что приводит к увеличению поглощения в диапазоне UV-C. Для предотвращения этого можно использовать более короткое травление, или более низкую температуру травления, или постокисление протравленного листа.
2
Для того, чтобы улучшить связывание между полимером и силиконом или промежуточным слоем, можно использовать карбонильные группы, или заменять карбонильные группы более активными функциональными группами, такими как более реакционноспособная карбоксильная группа. Например, посредством химии EDC-NHS может быть сформирована чрезвычайно реакционноспособная группа, которая может использоваться для связывания с группой NH другого слоя или материала. Таким образом могут быть созданы относительно устойчивые к гидролизу амидные связи. EDC используется для обозначения (1-этил-3-(3-диметиламинопропил)карбодиимидгидрохлорида). NHS используется для обозначения N-гидроксисукцинимида. Использование EDC-NHS для связывания описано, например, в публикации «Room-temperature intermediate layer bonding for microfluidic devices», by Jacob Bart et al., Lab Chip, 2009, 9, 3481-3488, которая включена в настоящий документ посредством ссылки. Следовательно, в вариантах осуществления способ может дополнительно содержать создание химического связывания посредством реакции с помощью EDC-NHS.
2
2
3
Следовательно, для химического связывания между двумя слоями или между слоем и материалом, который должен образовывать слой, может быть применено использование карбоксильных групп и/или EDC-NHS, в комбинации с использованием групп амина, соответственно. Например, это может подразумевать комбинацию процесса активации фторуглеродных полимеров, увеличения реакционной способности карбоновых кислот, созданных для обеспечения быстрой реакции с группами NH на другой поверхности (такой как, в частности, силикон, который также нерегулярно функционализирован группами NH, и для которого необходимо выполнять отдельную активацию, например плазменную активацию). Например, силикон может функционализироваться посредством процесса обработки NH-плазмой. Также возможно проводить функционализацию посредством химии APTES, которая также описана в вышеупомянутой статье за авторством Jacob Bart et al. Термин «APTES» используется для обозначения (3-аминопропил)триэтоксисилана.
Алюминий может быть предусмотрен, например, на слое фторполимера, и может относительно хорошо связываться с таким слоем. Однако для связывания алюминия и силикона могут понадобиться некоторые дополнительные стадии.
3
4
2
2
Алюминий может быть активирован (кислотой HPO или плазмой O) для формирования гидроксильных групп, которые впоследствии должны реагировать с химическим веществом, которое может создавать устойчивые к гидролизу связи. Как известно, силаны образуют связи Al-O-Si, которые являются очень устойчивыми. Выгода силанов заключается в том, что сам силан может быть модифицирован группами NH, винильными группами или практически любыми другими группами, которые могут снова создавать устойчивую к гидролизу связь C-C или связь амина.
Было показано, что коммерческие праймеры, содержащие смесь силанов и титановых комплексов с винильными группами, являются очень эффективными при формировании поверхности для адгезии с силиконом, однако поглощение в диапазоне UV-C является значительным для тонкого слоя с толщиной < 1 мкм (>30%).
Альтернативно или дополнительно к этому может использоваться праймер (R1)(R2)(R3)M. По-видимому такие праймеры являются очень подходящими, и могут использоваться без дополнительных силанов для обеспечения желаемого связывания. С учетом управляемости и/или стабильности ультрафиолетового пропускания это может быть желательным. При использовании такого праймера поглощение в диапазоне UV-C является существенно более низким.
3
2
5
3
3
3
3
Следовательно, в вариантах осуществления этот способ может дополнительно содержать формирование химического связывания Al-O-Si посредством реакции с использованием праймера, в которой праймер выбирается из группы, состоящей из (R1)(R2)(R3)M, где R1, R2 и R3 каждый независимо представляет собой алкокси-группу, а M обозначает металлы группы III, такие как один или несколько из B, Al, Ga, In, но особенно подходящим металлом является Al. Использование Al может быть желательным с учетом реакционной способности, а также постольку, поскольку его использование может привести к остаточному материалу праймера, который является относительно пропускающим для ультрафиолетового излучения и/или по существу не поглощает ультрафиолетовое излучение, что может быть несвойственным для других подходящих праймеров. Например, праймер может содержать одно или более из три-втор-бутоксида, три-н-бутоксида, трет-бутоксида, три-н-пропилоксида, три-изопропилоксида, но возможны также и другие вещества, например с другими боковыми группами. Особенно хорошие результаты были получены в способе, в котором праймер содержит одно или более из Al[OCH(CH)CH] и Al[OC(CH)].
Следовательно, в вариантах осуществления настоящее изобретение может включить в себя, например, слой Al, имеющий относительно малую толщину, такую как ≤20 нм. Это все еще может позволить использовать процесс активации для получения устойчивых к гидролизу связей. Однако это может также обеспечить желаемую прозрачность слоя в диапазоне UV-C.
Такой (тонкий) слой Al может быть осажден на слой полимера, в частности фторполимера, такого как фторированный этиленпропилен (FEP). Использование слоя Al вместо, например, слоя фторполимера в качестве отражающего слоя может иметь то преимущество, что функционализация слоя Al может быть более легкой, чем функционализация слоя фторполимера.
2
Как было указано выше, вместо обеспечения интегрального слоя Al на полимерном слое могут быть осаждены также островки Al. Термин «островки Al» может по существу относиться к любому прерывистому слою Al с двумя или более доменами, которые не имеют никакого прямого контакта, предпочтительно с множеством доменов. Размер (здесь предпочтительно определяемый как диаметр эквивалентной окружности) доменов Al может варьироваться от 0,01 до 5 мм, более конкретно от 0,1 до 0,5 мм, а количество доменов Al на единицу площади поверхности должно варьироваться от 1 до 10 000 на см, тогда как площадь поверхности алюминиевых доменов относительно непокрытой области не должна превышать 10% для поддержания ультрафиолетовой прозрачности интегрированной стопки слоев. Диаметр эквивалентной окружности (или ECD) нерегулярной двумерной формы является диаметром круга с эквивалентной площадью. Например, диаметр эквивалентной окружности квадрата со стороной а составляет 2*a*SQRT(1/π).
Слой Al может быть термически связан с полимером, в частности с фторполимером, таким как FEP, во время (плазменного) процесса химического или физического осаждения из паровой фазы. Такой слой Al может связываться с силиконом напрямую, как было описано выше, или посредством силиконового геля в качестве промежуточного слоя.
2
Однако также фторполимер может использоваться для связывания с первым слоем силикона. Как было указано выше, возможно закрепить группы NH на фторполимере, таком как слой FEP, вместо групп карбоновой кислоты. Они могут реагировать, например, с активированными карбоксильными группами на поверхности силикона.
Альтернативно или дополнительно к этому слой силикона может использоваться для связывания с первым слоем силикона. Такой слой силикона или слой фторполимера может включать в себя отражающий материал, см. также выше. Альтернативно или дополнительно к упомянутым выше материалам нитрид бора, который является относительно инертным, может быть включен в матрицу, такую как силиконовая матрица.
Вышеприведенная информация о способе может по существу относиться как к элементу первого слоя, так и к элементу второго слоя. Кроме того, как было указано выше, также может быть необходимо активировать силикон, когда применяется по существу полностью прореагировавший силикон. Конечно же, жидкий силикон также может применяться, и тогда его реакционноспособные группы также могут применяться (см. также выше).
2
Следовательно, в вариантах осуществления может быть необходимо функционализировать силикон для того, чтобы обеспечить одно или более из групп -ОН, групп -COOH, групп -NH и опционально групп -Si-H.
2
Например, в вариантах осуществления боковые группы, такие как метильные боковые группы цепей силикона, могут быть окислены, например с помощью одного или более из УФ-озона, плазмы O и сильной кислоты. Таким образом могут быть сформированы гидроксильные группы или карбонильные группы. Как было указано выше, они могут реагировать с образованием, например, эфиров или сложных эфиров.
2
2
В частности для устойчивых к гидролизу связей амина могут быть сформированы боковые группы NH. Например, используя плазменную химию, боковые цепи также могут быть функционализированы группами NH, которые могут реагировать, например, с (активированными) карбоксильными группами с образованием аминов, см. также вышеописанную химию EDC-NHS.
В конкретных вариантах осуществления для блокирующего слоя на задней стороне алюминий может напрямую осаждаться из паровой фазы на силиконовый материал после активации, и в этом случае герметичность металлического слоя может предотвратить гидролиз связей Al-O-C, образующихся в этом процессе. В конкретных вариантах осуществления островки алюминия могут быть осаждены для увеличения адгезии со следующим слоем, который будет обеспечивать более долгосрочную защиту, таким как фторполимер.
2
Для того, чтобы получить слой Al, опционально в форме множества доменов Al, на первом (силиконовом) слое, кремниевые боковые цепи могут быть функционализированы с помощью химии NH для того, чтобы обеспечить устойчивые к гидролизу точки реакции. Алюминий может быть осажден в виде множества алюминиевых островков. Такой алюминиевый слой может использоваться для улучшения адгезии и устранения проблем с разностью коэффициентов теплового расширения в сочетании с поверхностной активацией Al для того, чтобы обеспечить возможность связывания более дешевого влажного защитного слоя, такого как заливочный материал 2K PUR, напрямую с силиконом с помощью молекулярной адгезии.
В конкретных вариантах осуществления возможно даже совместное взаимодействие силикона и защитного материала, когда они находятся в жидкой форме. Когда фтороуглеродные форполимеры и силиконовые форполимеры объединяются в жидкой форме, они могут образовывать взаимосвязанные молекулярные сети. Затем может быть желательно разделить фторуглерод и силикон в пространстве, что может быть возможно при двухслойном литьевом формовании, или даже возможно на основании различных поверхностных натяжений фторполимера и силиконового полимера. В вариантах осуществления можно использовать разности поверхностного натяжения для разделения различных жидкостей. Кроме того, можно применять катализируемую Pt полимеризацию винила. Это может потребовать модификации перфторсоединений виниловой функциональностью. Следовательно, в вариантах осуществления этот способ может дополнительно содержать контактирование неполностью отвержденного слоя силикона с другим слоем, таким как полимерный слой (такой как фторполимер), содержащий функционализированное алюминиевое покрытие, или с самим полимерным слоем (таким как фторполимер).
2
2
Если химия отверждения не полностью отрегулирована, тесное механическое соединение между полимерными цепями уже может привести к достаточной адгезии и химической защите. Диффузия мульти-NH-модифицированных силиконовых соединений может быть исходной точкой, обеспечивающей точки реакции для вновь образующихся кислотно-функциональных перфторсоединений и амида для их удержания. Можно использовать имеющуюся пористость в силиконе для диффузии в матрицу как мульти-NH-модифицированных силиконовых соединений, так и кислых фторсодержащих соединений.
Как было указано выше, в конкретных вариантах осуществления стопка слоев должна быть обеспечена на объекте, таком как, например, судно. Задняя сторона волновода не должна страдать от морской водной среды или других нежелательных условий, поскольку деградация задней стороны волновода также влияет на выход излучения UV-C спереди. Следовательно, обращенная к объекту сторона стопки слоев должна хорошо приклеиваться к объекту, такому как судно. Со слоем FEP это трудно сделать, а с алюминием можно использовать тонкий алюминиевый слой на пластмассовом носителе, таком как, например, PET. Следовательно, в вариантах осуществления этот способ может таким образом дополнительно содержать обеспечение стопки слоев по меньшей мере на части поверхности объекта. Такой пластмассовый носитель может быть более легко присоединен к поверхности объекта.
Как было указано выше, первый (силиконовый) слой может использоваться в качестве волноводного слоя, в котором залиты (по меньшей мере частично) один или более, предпочтительно множество источников света. Следовательно, в вариантах осуществления один или более, предпочтительно множество твердотельных источников света являются внедренными в первый слой силикона. Дополнительные слои могут быть предусмотрены на таком первом слое силикона.
В одном дополнительном аспекте настоящее изобретение также предлагает способ обеспечения системы для борьбы с биообрастанием на объекте, таком как объект, который во время использования по меньшей мере временно подвергается воздействию воды, причем этот способ содержит обеспечение, такое как интегрирование в объекте и/или присоединение к поверхности, такой как внешняя поверхность, системы для борьбы с биообрастанием для объекта, такого как судно. В частности, УФ-излучающий элемент может быть выполнен с возможностью обеспечения упомянутого ультрафиолетового излучения для одной или более частей поверхности объекта, такой как внешняя поверхность, и воды, находящейся рядом с упомянутой частью (во время использования). В частности, УФ-излучающий элемент присоединяется к внешней поверхности, или может даже конфигурироваться как (первая) часть внешней поверхности.
С помощью описанного в настоящем документе изобретения поверхность может быть обработана излучением против биообрастания таким образом, чтобы биообрастание было уменьшено или предотвращено. Следовательно, в одном дополнительном аспекте настоящее изобретение также предлагает способ предотвращения и/или уменьшения биообрастания на поверхности элемента световода, связанного с внешней поверхностью объекта, как определено в настоящем документе, причем этот способ включает генерирование УФ-излучения и его подачу на поверхность, в то время как по меньшей мере часть УФ-излучения выходит из элемента световода через эту поверхность. В еще одном дополнительно аспекте настоящее изобретение предлагает способ предотвращения и/или уменьшения биообрастания на поверхности объекта, такой как внешняя поверхность, которая во время использования объекта по меньшей мере временно подвергается воздействию воды, причем этот способ включает генерирование УФ-излучения системой для борьбы с биообрастанием (такой как описанная в настоящем документе) и его подачу к внешней поверхности объекта и воде, смежной с этой внешней поверхностью, причем система для борьбы с биообрастанием содержит описанный в настоящем документе элемент световода. Элемент световода может быть использован для подачи ультрафиолетового излучения на поверхность объекта, или элемент световода может обеспечивать поверхность объекта.
Термин «связанный» и подобные ему могут относиться к функциональной связи элементов. Например, элемент световода может покрывать объект или может быть присоединен к объекту, например с помощью одного или более из механических средств, клея, клейкого вещества и т.д. Термин «связанный» и подобные ему в контексте источника света могут также относиться, например, к связи по излучению, в том смысле, что элемент и источник света могут быть связаны таким образом, что элемент получает по меньшей мере часть излучения от источника света.
Дополнительно или альтернативно (к химическому связыванию) также может применяться термическое связывание. Термическое связывание может подразумевать, что поверхность деформируется тепловой энергией пара, позволяя пару проникать в поверхность, которая после охлаждения сжимается вокруг пара. Таким образом, например, «острые выступы» из Al могут формироваться на поверхности PET в качестве «якорей» для последующего пара Al. Как только образуется закрытый слой Al, заякоривание больше не происходит.
Как было указано выше, настоящее изобретение предлагает систему, содержащую источник света, выполненный с возможностью генерации излучения, которое по меньшей мере содержит ультрафиолетовое излучение. Ультрафиолетовое излучение предпочтительно может использоваться для борьбы с биообрастанием. Поскольку эта система может использоваться для нейтрализации бактерий и/или других микроорганизмов, или для предотвращения прикрепления бактерий и/или микроорганизмов, система для борьбы с биообрастанием также в целом быть обозначена как «система», а в конкретных вариантах осуществления «система для борьбы с микробиологическим обрастанием», или «гигиеническая система» и т.д. В настоящем документе, система может дополнительно быть обозначена как «система для борьбы с биообрастанием» или «система».
В частности, система содержит УФ-излучающий элемент. В вариантах осуществления такой УФ-излучающий элемент может содержать источник света со множеством светоизлучающих поверхностей. В вариантах осуществления такой УФ-излучающий элемент может содержать множество источников света, например сконфигурированных в виде матрицы, например для обеспечения относительно широкого луча ультрафиолетового излучения. Например, УФ-излучающий элемент может содержать светодиодное устройство, содержащее множество нанопроволок или нанопирамид, выращенных на графитовой подложке, причем упомянутые нанопроволоки или нанопирамиды имеют p-n или p-i-n переход, первый электрод находится в электрическом контакте с упомянутой графитовой подложкой, второй электрод находится в контакте с вершиной по меньшей мере части упомянутых нанопроволок или нанопирамид, опционально в форме светоотражающего слоя, причем упомянутые нанопроволоки или нанопирамиды содержат по меньшей мере один составной полупроводник III-V группы, такой как, например, описанный в патентном документе WO2017009394A. Такой УФ-излучающий элемент может также содержать волновод, например для распределения ультрафиолетового излучения по меньшей мере по части поверхности волновода. Во всех вариантах осуществления УФ-излучающий элемент выполнен с возможностью генерации ультрафиолетового излучения во время работы, хотя не исключается и другое излучение, сопутствующее этому ультрафиолетовому излучению. Некоторые из этих вариантов осуществления более подробно описываются ниже.
Как было указано выше, система может предпочтительно содержать волновод. Один или более источников света, внешних по отношению к волноводу, и/или один или более источников света, внедренных в волновод, могут обеспечивать излучение источника света для волновода. За счет полного внутреннего отражения по меньшей мере часть излучения источника света может распределяться по волноводу и выходить из его окна выхода излучения. Волновод может содержаться в листовом устройстве вывода света. Следовательно, в вариантах осуществления система содержит компоновку волноводного элемента, которая содержит волноводный элемент, содержащий окно выхода излучения, причем этот волноводный элемент (a) выполнен с возможностью получать излучение от источника света и (b) выполнен с возможностью излучать (в режиме работы) часть излучения источника света наружу из волноводного элемента через окно выхода излучения. Вместо термина «волноводный элемент» также может использоваться термин УФ-излучающий элемент. В частности, волноводный элемент выполнен с возможностью обеспечивать во время использования системы ультрафиолетовое излучение. Термин «волноводный элемент» может относиться к волноводу и опционально другим элементам, внедренным в него, таким как источник света.
В конкретных вариантах осуществления источник света может быть залит в волноводный элемент. Следовательно, единственный источник света с единственной светоизлучающей поверхностью, единственный источник света со множеством светоизлучающих поверхностей (таких как концы множества волокон), или множество источников света со множеством светоизлучающих поверхностей (например множество LED с матрицами LED, являющимися светоизлучающими поверхностями) могут быть залиты в волноводный элемент, то есть залиты в волноводный материал, такой как, например, силикон. Следовательно, волноводный элемент предпочтительно содержит волноводный материал. Источник (источники) света может быть (по меньшей мере частично) залит в волноводный материал. Излучение источника света может распространяться через волноводный материал и выходить из волноводного материала через окно выхода излучения. Часть проходящего по волноводу ультрафиолетового света может рассеиваться внутри волновода (например силиконом) и попадать в окно выхода излучения под достаточно крутыми углами, чтобы покинуть волновод (и обеспечить защиту от обрастания).
В еще одном дополнительном аспекте настоящее изобретение также предлагает компьютерный программный продукт, который при его выполнении компьютером, который функционально соединен с определенной в настоящем документе системой или содержится в ней, способен управлять источником света. Это может также подразумевать управление множеством источников света. Таким образом можно управлять пространственным распределением излучения источника света, например выходящего из светоизлучающей поверхности. Управление может осуществляться в соответствии с одним или несколькими сигналами чувствительного элемента, таймера и т.д. Следовательно, система может дополнительно содержать один или более чувствительных элементов, которые могут быть выполнены с возможностью воспринимать одно или более из биообрастания, температуры, контакта части системы, такой как светоизлучающая поверхность, с водой, близости человека или животного к системе, например светоизлучающей поверхности, и т.д.
Термин «управление» и подобные ему относится по меньшей мере к определению поведения или к наблюдению за работой элемента. Следовательно, в настоящем документе термин «управление» и подобные ему могут относиться, например, к определению поведения элемента (к определению поведения или к наблюдению за работой элемента) и т.д., такому как, например, измерение, отображение, приведение в действие, открытие, сдвиг, изменение температуры и т.д. Кроме того, термин «управление» и подобные ему могут дополнительно включать в себя мониторинг. Следовательно, термин «управление» и подобные ему могут включать в себя определение поведения элемента, а также определение поведения элемента и мониторинг элемента. Управление элементом может осуществляться с помощью системы управления. Система управления и элемент таким образом могут, по меньшей мере временно, быть соединенными функционально. Элемент может содержать систему управления. В вариантах осуществления система управления и элемент могут быть не связаны физически. Управление может осуществляться проводным и/или беспроводным образом. Термин «система управления» может также относиться ко множеству различных систем управления, которые предпочтительно являются функционально связанными, и из которых, например, одна система управления может быть главной системой управления, и одна или более других могут быть подчиненными системами управления.
Как было указано выше, система для борьбы с биообрастанием содержит УФ-излучающий элемент. Термин «УФ-излучающий элемент» может также относиться ко множеству УФ-излучающих элементов. Следовательно, система может включать в себя множество таких элементов. Система может включать в себя источник электроэнергии, но система также может быть (во время использования) функционально связана с источником электроэнергии. В вариантах осуществления каждый УФ-излучающий элемент может быть функционально связан с источником энергии. Это позволяет обеспечить децентрализованное питание УФ-излучающих элементов. Источник энергии используется для питания источника (источников) света.
В настоящем документе УФ-излучающий элемент может также быть обозначен как «осветительный модуль». УФ-излучающий элемент может быть пластинчатым модулем (в настоящем документе также обозначаемым как «оптическая среда»), с одним или более соответствующими элементами, по меньшей мере частично, или даже полностью, внедренными в него. Следовательно, в вариантах осуществления УФ-излучающий элемент содержит светопропускающий (твердый) материал, такой как силикон и т.д. Однако этот элемент может также включать в себя корпус, окружающий, по меньшей мере частично, или даже полностью, один или несколько соответствующих элементов. Эти один или несколько соответствующих элементов содержат по меньшей мере источник света, выполненный с возможностью обеспечивать излучение источника света, предпочтительно ультрафиолетовое излучение. УФ-излучающий элемент может иметь плоское или криволинейное окно выхода излучения. Термин «УФ-излучающий элемент» означает, что элемент выполнен с возможностью обеспечения ультрафиолетового излучения во время использования элемента.
Волноводный элемент может быть сформирован как пластина, опционально криволинейной формы. Однако волноводный элемент также может иметь другие формы. Это может зависеть, например, от приложения. Например, когда объект представляет собой дверную ручку, ручку крана, ручку унитаза, перила, кухонную разделочную доску или медицинское устройство, форма волноводного элемента может или должна отличаться от пластины, и может иметь одну или несколько криволинейных поверхностей.
Поскольку волноводный элемент может быть плоским, источники света могут конфигурироваться так, чтобы оптическая ось была по существу параллельна оси длины волноводного элемента. Это может облегчить распределение излучения источника света по волноводу. Например, источник света может включать в себя LED с боковым излучением. В частности, волноводный элемент может включать в себя множество LED с боковым излучением.
УФ-излучающий элемент содержит выходное окно для ультрафиолетового излучения. Выходное окно для ультрафиолетового излучения выполнено с возможностью передавать по меньшей мере часть ультрафиолетового излучения из источника света. По меньшей мере часть ультрафиолетового излучения выходит через окно выхода излучения из УФ-излучающего элемента наружу. Следовательно, выходное окно является пропускающим для ультрафиолетового излучения. В большинстве случаев окно также будет пропускающим для видимого света. Как было указано выше, и как будет дополнительно объяснено ниже, в вариантах осуществления элемент может быть пропускающей излучение пластиной. В таком случае окно может быть поверхностью (или плоскостью) этого элемента.
Термин «пропускающий излучение» относится к пропусканию излучения, в частности ультрафиолетового излучения, и опционально также видимого излучения.
Выходное окно для ультрафиолетового излучения имеет входную сторону окна и выходную сторону окна. Термины «перед» или «входной» и «после» или «выходной» относятся к расположению деталей или особенностей относительно распространения света от средства генерирования света (здесь, в частности, источника света), причем относительно первого положения внутри луча света от средства генерирования света второе положение в луче света, находящееся ближе к средству генерирования света, считается находящимся «перед» первым положением, а третье положение внутри луча света, находящееся дальше от средства генерирования света, считается находящимся «после» первого положения. Следовательно, входная сторона окна («сторона входа») направлена внутрь элемента и может принимать, напрямую или после внутреннего отражения, излучение источника света. Выходная сторона окна («выходная сторона») может быть направлена от элемента наружу. Эта сторона окна может например (временно) находиться в контакте с водой во время использования системы. Следует отметить, что в пластинчатых вариантах осуществления элемента входная сторона окна и выходная сторона окна могут быть сторонами одного и того же края (или плоскости).
Как было указано выше, объект или система для борьбы с биообрастанием может дополнительно содержать систему управления. Следовательно, объект может содержать такую систему управления. В вариантах осуществления система для борьбы с биообрастанием содержит систему управления, отдельную от объекта. Следовательно, в вариантах осуществления система для борьбы с биообрастанием может дополнительно содержать систему управления, опционально включенную в УФ-излучающий элемент. Когда система управления содержит более одного элемента, один или более элементов могут содержаться в объекте, и/или один или более элементов могут находиться снаружи от объекта.
В одном варианте осуществления система управления содержит множество систем управления. Например, судно может содержать систему управления в качестве главной системы управления, и при этом каждая система для борьбы с биообрастанием может содержать подчиненную систему управления. Опционально система управления может конфигурироваться отдельно от объекта, то есть удаленно от объекта. В конкретных вариантах осуществления главная система управления, удаленная от объекта, управляет подчиненной системой управления, содержащейся в объекте (таком как система для борьбы с биообрастанием). Следовательно, например (главная) система управления может находиться далеко; или не на судне, а на берегу, например в диспетчерской транспортной компании. Такая главная система управления может быть выполнена с возможностью управления борьбой с биообрастанием.
В частности, система содержит множество источников ультрафиолетового света. Еще более предпочтительно они могут быть расположены по существу в регулярном порядке.
Следовательно, в вариантах осуществления система для борьбы с биообрастанием содержит множество источников света, причем соседние источники света имеют взаимные расстояния до источника света (d1), выбираемые из диапазона 0,5-200 мм, например 2-100 мм.
В других дополнительных вариантах осуществления система для борьбы с биообрастанием содержит множество LED, которые выполнены с возможностью генерировать упомянутое ультрафиолетовое излучение и содержат матрицы LED, причем матрицы соседних LED имеют взаимные расстояния до источника света (d1), выбираемые из диапазона 0,5-200 мм.
Как уже было указано выше, система может также содержать множество источников света, причем каждый источник света направлен главным образом к части окна выхода излучения.
Следовательно, предпочтительно система является системой для борьбы с биообрастанием. В вариантах осуществления система для борьбы с биообрастанием содержит волноводный элемент, такой как листовое устройство вывода света, причем в более конкретных вариантах осуществления эти источники света являются внедренными в волноводный элемент. В частности, волноводный элемент является водонепроницаемым. В настоящем документе термин «водонепроницаемый» в конкретных вариантах осуществления может относиться к международной защитной маркировке IPx5 или выше, такой как IPX6, например предпочтительно IPx7 (погружение на глубину до 1 м), и еще более предпочтительно IPx8 (погружение на глубину 1 м или больше). Значение x предпочтительно равно по меньшей мере 4, например по меньшей мере 5 или 6.
Как было указано выше, в вариантах осуществления УФ-излучающий элемент может быть выполнен с возможностью облучать упомянутым ультрафиолетовым излучением (во время стадии облучения) одно или более из (i) упомянутой части упомянутой поверхности и (ii) воды, смежной с упомянутой частью упомянутой поверхности. Термин «часть» относится к части внешней поверхности объекта, такой как например корпус или затвор (дверца). Однако термин «часть» может также относиться по существу ко всей внешней поверхности, такой как внешняя поверхность корпуса или затвора. Предпочтительно внешняя поверхность может содержать множество частей, которые могут облучаться ультрафиолетовым светом одного или более источников света, или которые могут облучаться ультрафиолетовым излучением одного или более УФ-излучающих элементов. Каждый УФ-излучающий элемент может облучать одну или более частей. Кроме того, опционально могут быть части, которые получают ультрафиолетовое излучение от двух или более УФ-излучающих элементов.
В большинстве случаев, в частности для водных (таких как морские) приложений, можно выделить два главных варианта осуществления. Один из вариантов осуществления включает в себя часть внешней поверхности, облучаемой ультрафиолетовым излучением так, что по меньшей мере во время стадии облучения между источником света и УФ-излучающим элементом находится вода (или воздух, если это происходит выше ватерлинии), например морская вода. В таком варианте осуществления эта часть предпочтительно является «первоначальной» внешней поверхностью объекта. Однако в другом варианте осуществления «первоначальная» внешняя поверхность может быть расширена модулем, предпочтительно относительно плоским модулем, который присоединяется к «первоначальной» внешней поверхности объекта (такого как корпус судна), посредством чего сам модуль фактически формирует внешнюю поверхность. Например, такой модуль может быть связан с корпусом судна, посредством чего модуль формирует внешнюю поверхность (по меньшей мере ее часть). В обоих вариантах осуществления УФ-излучающий элемент предпочтительно содержит поверхность выхода излучения (см. также ниже). Однако, особенно в последнем варианте осуществления, в котором УФ-излучающий элемент может обеспечивать часть упомянутой внешней поверхности, такое окно выхода излучения может обеспечивать эту часть (поскольку первая часть и окно выхода излучения могут по существу совпадать; предпочтительно это может быть одна и та же поверхность).
Следовательно, в одном варианте осуществления УФ-излучающий элемент присоединяется к упомянутой внешней поверхности. В одном дополнительном конкретном варианте осуществления окно выхода излучения системы для борьбы с биообрастанием конфигурируется как часть упомянутой внешней поверхности. Следовательно, в некоторых из вариантов осуществления объект может представлять собой судно, содержащее корпус, и УФ-излучающий элемент присоединяется к упомянутому корпусу. Термин «окно выхода излучения» может также относиться ко множеству окон выхода излучения (см. также ниже).
В обоих общих вариантах осуществления УФ-излучающий элемент выполнен с возможностью облучать упомянутым ультрафиолетовым излучением (во время стадии облучения) воду, смежную с упомянутой частью упомянутой внешней поверхности. В тех вариантах осуществления, в которых сам модуль фактически формирует внешнюю поверхность, УФ-излучающий элемент по меньшей мере выполнен с возможностью облучать упомянутым ультрафиолетовым излучением (во время стадии облучения) упомянутую часть упомянутой внешней поверхности, поскольку он фактически является частью упомянутой внешней поверхности, и опционально также воду, смежную с упомянутой частью упомянутой внешней поверхности. Тем самым биообрастание может быть предотвращено и/или уменьшено.
В одном варианте осуществления значительное количество защищаемой поверхности, предпочтительно вся защищаемая поверхность, например корпус судна, может быть покрыто слоем, который излучает бактерицидный свет («свет для борьбы с обрастанием»), в частности ультрафиолетовый свет.
В еще одном варианте осуществления ультрафиолетовое излучение (свет для борьбы с обрастанием) может быть обеспечен для защищаемой поверхности через волновод, такой как волокно.
Следовательно, в одном варианте осуществления система освещения для борьбы с обрастанием может содержать оптическую среду, содержащую волновод, такой как оптическое волокно, выполненный с возможностью обеспечения упомянутого ультрафиолетового излучения (света для борьбы с обрастанием) для загрязняющейся поверхности. Поверхность, например волновода, из которой выходит ультрафиолетовое излучение (свет для борьбы с обрастанием), в настоящем документе также обозначается как эмиссионная поверхность. В большинстве случаев эта часть волновода может быть по меньшей мере временно погружена в воду. Благодаря тому, что ультрафиолетовое излучение (свет для борьбы с обрастанием) выходит из эмиссионной поверхности, элемент объекта, который во время его использования по меньшей мере временно подвергается воздействию жидкости (такой как морская вода), может быть облучен, и тем самым очищен от обрастания. Однако, эмиссионная поверхность также может быть очищена сама по себе. Этот эффект используется в некоторых из вариантов осуществления УФ-излучающего элемента, содержащего описанную ниже оптическую среду.
Варианты осуществления с оптическими средами также описаны в патентном документе WO2014188347. Варианты осуществления в патентном документе WO2014188347 также включены в настоящий документ посредством ссылки, поскольку они могут объединяться с блоком управления и/или водным переключателем, а также с другими вариантами осуществления, описанными в настоящем документе.
Как было указано выше, настоящее изобретение также может применяться для приложений, отличающихся от водных (таких как морские) приложений, например для (дверных) ручек, больничных штор или других медицинских и немедицинских применений и т.д.
Как было указано выше, УФ-излучающий элемент предпочтительно может содержать выходное окно ультрафиолетового излучения. Следовательно, в одном конкретном варианте осуществления УФ-излучающий элемент содержит выходное окно ультрафиолетового излучения, причем УФ-излучающий элемент предпочтительно выполнен с возможностью обеспечивать упомянутое ультрафиолетовое излучение из упомянутого выходного окна ультрафиолетового излучения упомянутого УФ-излучающего элемента. Такое выходное окно для ультрафиолетового излучения может быть оптическим окном, через которое излучение выходит из УФ-излучающего элемента. Альтернативно или дополнительно к этому, выходное окно для ультрафиолетового излучения может быть поверхностью волновода. Следовательно, ультрафиолетовое излучение может подаваться УФ-излучающим элементом в волновод и выходить из этого элемента через поверхность волновода (или ее часть). Как было указано выше, в вариантах осуществления окно выхода излучения опционально может конфигурироваться как часть внешней поверхности объекта. Другим термином для «выхода» может быть «вывод излучения».
Предпочтительно (твердотельный) источник света может переключаться между по меньшей мере первым уровнем ультрафиолетового излучения и вторым уровнем ультрафиолетового излучения, причем первый уровень ультрафиолетового излучения больше, чем второй уровень ультрафиолетового излучения (и причем второй уровень ультрафиолетового излучения меньше, чем первый уровень ультрафиолетового излучения, или даже может быть равен нулю). Следовательно, в одном варианте осуществления источник света может быть выключен и может быть включен (во время стадии облучения). Кроме того, опционально также интенсивность ультрафиолетового излучения может переключаться между этими двумя стадиями, например ступенчато или непрерывно. Следовательно, источник света предпочтительно является управляемым (и таким образом его интенсивность ультрафиолетового излучения является управляемой).
В (водных (таких как морские)) вариантах осуществления система для борьбы с биообрастанием предпочтительно выполнена с возможностью обеспечивать ультрафиолетовое излучение для части объекта или для воды, смежной с этой частью. Это предпочтительно подразумевает, что во время стадии облучения применяется ультрафиолетовое излучение. Следовательно, опционально также могут иметь место периоды, в которых никакое ультрафиолетовое излучение не применяется вообще. Это может (таким образом) происходить не только благодаря, например, переключению системой управления одного или более УФ-излучающих элементов, но также и благодаря, например, предопределенным условиям, таким как день и ночь или температура воды и т.д. Например, в одном варианте осуществления ультрафиолетовое излучение применяется пульсирующим образом.
Следовательно, в одном конкретном варианте осуществления или аспекте система для борьбы с биообрастанием конфигурируется для предотвращения или уменьшения биообрастания на загрязняющейся поверхности объекта, который во время использования по меньшей мере временно подвергается воздействию воды, путем обеспечения света для борьбы с обрастанием (то есть ультрафиолетового излучения) для упомянутой поверхности или смежной с ней воды. Предпочтительно система для борьбы с биообрастанием может быть выполнена с возможностью обеспечивать упомянутый свет для борьбы с обрастанием посредством оптической среды для упомянутой поверхности, причем УФ-излучающий элемент дополнительно содержит (ii) упомянутую оптическую среду, выполненную с возможностью принимать по меньшей мере часть ультрафиолетового излучения (света для борьбы с обрастанием) и содержащую эмиссионную поверхность, выполненную с возможностью обеспечивать по меньшей мере часть упомянутого ультрафиолетового излучения (света для борьбы с обрастанием). Кроме того, предпочтительно эта оптическая среда содержит одно или более из волновода и оптического волокна, а ультрафиолетовое излучение (свет для борьбы с обрастанием) предпочтительно содержит одно или более из света UVC и UVB. Эти волноводы и оптические среды в настоящем документе далее не обсуждаются подробно.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения, посредством только примеров и со ссылками на сопровождающие схематические чертежи, в которых соответствующие ссылочные символы обозначают соответствующие детали, и в которых:
Фиг. 1a-1h схематично изображают некоторые общие аспекты;
Фиг. 2a-2f схематично изображают некоторые варианты осуществления;
Фиг. 3 схематично изображает некоторые варианты, которые могут быть применены, опционально в комбинации; и
Фиг. 4a-4e схематично изображают некоторые варианты и аспекты.
Эти чертежи не обязательно выполнены в масштабе.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг. 1a схематично изображает один вариант осуществления системы 200 для борьбы с биообрастанием, которая содержит УФ-излучающий элемент 210. УФ-излучающий элемент 210 содержит выходное окно 230 ультрафиолетового излучения. УФ-излучающий элемент 210 по меньшей мере частично включает в себя источник 220 света, выполненный с возможностью обеспечивать ультрафиолетовое изучение 221 (свет для борьбы с обрастанием). Здесь для примера изображены три источника 220 света. Здесь УФ-излучающий элемент 210 конфигурируется как волновод или световод с внедренными в него элементами. Следовательно, источники 220 света в этом схематично изображенном варианте осуществления являются внедренными в волновод. Выходное окно 230 ультрафиолетового излучения выполнено с возможностью передавать по меньшей мере часть ультрафиолетового излучения 221 из источника 220 света. Выходное окно 230 ультрафиолетового излучения содержит входную сторону 231 окна, обращенную к источнику (источникам) света, и выходную сторону 232 окна. На Фиг. 1a схематично изображен элемент 1300 световода, содержащий световод 300 или оптическую среду и элемент 30 первого слоя. Световод 300 содержит первую поверхность 301 световода, которая содержит окно 230 выхода излучения. Световод 300 может быть пластиной с первой поверхностью 301 световода и противоположной ей второй поверхностью 302 световода. Расстояние между этими поверхностями может определять толщину или высоту световода 300, обозначаемую как h3 (длина и ширина (см. также Фиг. 2e) могут быть намного больше, чем высота). Вторая поверхность 302 может включать в себя отражающий слой.
Элемент 30 первого слоя содержит оптический слой 310. Оптический слой 310 находится в контакте по меньшей мере с частью первой поверхности 301 световода. Оптический слой находится в физическом контакте по меньшей мере с частью первой поверхности световода. В частности, оптический слой 310 имеет первый показатель преломления n1, составляющий меньше чем 1,36 на длине волны 280 нм. Кроме того, световод 300 содержит пропускающий ультрафиолетовое излучение материал 305 световода (такой как силикон). Оптический слой 310 содержит материал 315 оптического слоя. Этот материал 315 оптического слоя предпочтительно является пропускающим для ультрафиолетового излучения, но имеет показатель преломления меньше, чем у воды. Таким образом, этот слой уменьшает выход ультрафиолетового излучения, когда элемент 1300 световода применяется в водных средах, и может улучшать выход излучения в других частях первой поверхности световода. Оптический слой 310 конфигурируется на выходной стороне 232 окна. Здесь для примера световод 300 содержит оптические структуры 7. Они могут находиться внутри или на поверхностях световода 300. Оптические структуры 7 могут быть выполнены с возможностью обеспечения равномерного распределения ультрафиолетового излучения 221, выходящего из УФ-излучающего элемента 210. Здесь источники 220 света изображены как содержащиеся в элементе 1300 световода; однако это не обязательно должно быть так (см. также Фиг. 2c).
Элемент 1300 световода в комбинации с источником (источниками) 220 света может использоваться, например, в качестве модуля освещения для борьбы с обрастанием (защищаемой) поверхности. Такой модуль может содержать по меньшей мере один источник света для генерации света для борьбы с обрастанием, оптическую среду для распределения через нее по меньшей мере части для борьбы с обрастанием, содержащую излучающую поверхность для излучения распределенного света для борьбы с обрастанием в направлении от защищаемой поверхности, когда модуль освещения расположен в, на и/или около защищаемой поверхности. Излучающая поверхность может быть по существу плоской поверхностью. Излучающая поверхность представляет собой выходное окно 230 ультрафиолетового излучения, включающее в себя элемент 30 первого слоя, и является первой поверхностью 301 световода, включающей в себя элемент 30 первого слоя.
Фиг. 1b-1d схематично изображают варианты осуществления объекта 10, который во время использования по меньшей мере частично погружен в воду 2, см. ватерлинию 13. Объект 10, такой как судно или затвор, см. также ниже, дополнительно содержит систему 200 для борьбы с биообрастанием, содержащую УФ-излучающий элемент 210, специально для применения ультрафиолетового излучения 221 к части 111 поверхности 11, такой как внешняя поверхность объекта 10, такого как корпус или часть корпуса. Здесь показаны два варианта осуществления, в которых система 200 для борьбы с биообрастанием, конкретно УФ-излучающий элемент 210, является частью наружной поверхности, и тем самым фактически формирует часть наружной поверхности (Фиг. 1a), или в которых УФ-излучающий элемент 210 выполнен с возможностью облучать наружную поверхность, и не обязательно является частью наружной поверхности, такой как корпус судна (Фиг. 1c). Например, объект 10 выбирается из группы, состоящей из судна 1 и инфраструктурного объекта 15 (см. также ниже). Ссылка 400 на Фиг. 1b обозначает систему управления, которая в вариантах осуществления может управлять источником (источниками) 220 света системы 200 для борьбы с биообрастанием.
УФ-излучающий элемент 210 содержит один или более источников 220 света и может таким образом быть выполнен с возможностью облучать упомянутым ультрафиолетовым излучением 221 во время стадии облучения одно или более из (i) упомянутой части 111 упомянутой внешней поверхности 11 и (ii) оды, смежной с упомянутой частью 111 упомянутой внешней поверхности 11. Первый вариант относится к варианту осуществления, показанному на Фиг. 1c, а последний вариант осуществления относится к обоим вариантам осуществления, показанным на Фиг. 1b-1c. Отметим, однако, что когда поверхность, такая как внешняя поверхность УФ-излучающего элемента 210 конфигурируется как внешняя поверхность объекта 10, часть 111 конечно же по сути облучается ультрафиолетовым излучением 21.
Следовательно, УФ-излучающий элемент 210 содержит выходное окно 230 ультрафиолетового излучения, и УФ-излучающий элемент 210 выполнен с возможностью обеспечивать упомянутое ультрафиолетовое излучение 221 после упомянутого выходного окна 230 ультрафиолетового излучения упомянутого УФ-излучающего элемента 210.
Как было указано выше, термин «судно», обозначенный ссылкой 1, может относиться, например, к лодке или кораблю (см. 10a на Фиг. 1d) и т.д., такому как парусная шлюпка, танкер, круизное судно, яхта, паром, подводная лодка (см. 10d на Фиг. 1d), и т.д., как схематично обозначено на Фиг. 1d. Термин «инфраструктурный объект», обозначенный ссылкой 15, может относиться в частности к водным приложениям, которые в большинстве случаев располагаются по существу неподвижно, таким как плотина/затвор (см. 10e/10f на Фиг. 1d), понтон (см. 10c на Фиг. 1d), буровая вышка (см. 10b на Фиг. 1d) и т.д.
Фиг. 1e схематично изображает более подробно один вариант осуществления системы 200 для борьбы с биообрастанием, для примера включающей в себя интегрированную систему управления 300 и интегрированный чувствительный элемент 310.
Фиг. 1f схематично изображает поверхность 11, такую как внешняя поверхность, объекта 10, такого как стенка судна или инфраструктурного объекта, со множеством УФ-излучающих элементов 210 (здесь связанных с корпусом 21 судна 1). Альтернативно или дополнительно к этому может применяться множество функционально связанных или независимо функционирующих систем 200 для борьбы с биообрастанием.
Фиг. 1f также схематично изображает вариант осуществления, в котором система 200 для борьбы с биообрастанием содержит множество УФ-излучающих элементов 210 (со множеством источников света), множество выходных окон 230 излучения и множество упомянутых частей 111, причем множество источников 220 света выполнено с возможностью обеспечивать упомянутое ультрафиолетовое излучение 221 через упомянутое множество выходных окон 23 излучения к упомянутому множеству частей 111, и причем упомянутое множество частей 111 конфигурируется на различных высотах объекта 10, и причем система 300 управления выполнена с возможностью управления источниками 220 света индивидуально в зависимости от упомянутых входных данных. Например, в одном варианте осуществления система 300 управления может быть выполнена с возможностью управления источниками 220 света индивидуально в зависимости от положений частей 111 внешней поверхности 11 относительно воды.
Фиг. 1g схематично изображает один вариант осуществления, в котором судно 1 в качестве варианта осуществления объекта 10 содержит множество систем 200 для борьбы с биообрастанием и/или одну или более таких систем 200 для борьбы с биообрастанием, содержащих множество УФ-излучающих элементов 210. В зависимости от высоты конкретной такой системы 200 для борьбы с биообрастанием и/или высоты УФ-излучающих элементов 210, например относительно ватерлинии, соответствующие УФ-излучающие элементы 210 для борьбы с биообрастанием могут включаться.
Фиг. 1h показывает один вариант осуществления мелкой проволочной сетки, где источники 210 света, такие как ультрафиолетовые светоизлучающие диоды, располагаются в сетке и соединяются в ряд параллельных соединений. Эти светоизлучающие диоды могут быть установлены в узлах сетки посредством спаивания, склеивания или посредством любой другой известной методики электрического соединения для соединения светоизлучающих диодов с мелкими проволочными сетками. Один или более светоизлучающих диодов могут быть размещены в каждом узле сетки. Может использоваться питание постоянного тока или переменного тока. В случае использования переменного тока может использоваться пара светоизлучающих диодов в антипараллельной конфигурации. Специалисту в данной области техники известно, что в каждом узле сетки может использоваться более одной пары светоизлучающих диодов в антипараллельной конфигурации. Фактический размер мелкой проволочной сетки и расстояние между ультрафиолетовыми светоизлучающими диодами в сетке может быть отрегулировано путем растягивания структуры наподобие гармошки. Мелкая проволочная сетка может быть залита в оптическую среду. Выше описаны активные приложения, в которых система 200 для борьбы с биообрастанием выключает или переключает конкретные УФ-излучающие элементы 210 или конкретные источники 220 света в зависимости от их контакта с водой, сигнала чувствительного элемента и т.д. Однако альтернативно или дополнительно, также могут использоваться предупредительные сигналы или сообщения для предупреждения человека об опасности.
Фиг. 2a схематично изображает один вариант осуществления, в котором оптический слой 310 является узорчатым оптическим слоем 310. Одна или более первых областей 311 могут содержать упомянутый материал 315 оптического слоя с первой толщиной слоя h1. Одна или более вторых областей 312 могут содержать упомянутый материал 315 оптического слоя со второй толщиной слоя h2 в диапазоне 0≤h2<h1. Здесь h2≠0. Следует отметить, что различные области могут содержать различные материалы 315 оптического слоя или те же самые материалы оптического слоя. В частности, когда вся первая поверхность световода находится в физическом контакте с оптическим слоем 310, оптический слой 310 содержит пропускающий ультрафиолетовое излучение материал 315 оптического слоя. Толщина слоя (h1, или h1 и h2) может зависеть от расстояния до самого близкого источника света; в частности ближе к источнику света h1≠0, а дальше от источника света в некоторых вариантах осуществления h2=0. Пропускание ультрафиолетового излучения через оптический слой (то есть через высоту h1 (и/или h2)) составляет по меньшей мере 10%, например по меньшей мере 20%, например по меньшей мере 40%, например в диапазоне 40-95% или даже выше (то есть для ультрафиолетового излучения, которое не направлено обратно в световод 300). Это в частности относится к ультрафиолетовому излучению, распространяющемуся в направлении, по существу перпендикулярном первой поверхности 301 световода (в направлении от световода, и таким образом через оптический слой с указанной высотой слоя h1 (или h2; если она есть)).
Кроме того, здесь для примера указаны первая область и вторая область. Также могут применяться более двух различных областей.
Фиг. 2b схематично изображает одну комбинацию вариантов осуществления. Среди прочего этот чертеж схематично изображает пористый оптический слой 310. Этот оптический слой включает в себя поры или полости, обозначенные ссылкой 313. Они могут быть заполнены газом, таким как инертный газ или воздух. Кроме того, элемент 30 первого слоя содержит стопку 3 слоев, содержащую упомянутый оптический слой 310 и дополнительно содержащую второй слой 320, находящийся в контакте по меньшей мере с частью упомянутого оптического слоя 310. В вариантах осуществления второй слой 320 является водонепроницаемым. В частности, когда второй слой покрывает по существу всю первую поверхность световода, второй слой 320 содержит пропускающий ультрафиолетовое излучение материал 325 оптического слоя. Как было указано выше, оптический слой может конфигурироваться по всей первой поверхности световода, как на Фиг. 2b, но в других вариантах осуществления может также находиться только на части первой поверхности световода, как на Фиг. 1a.
Фиг. 2c схематично изображает варианты, в которых источник 220 света конфигурируется снаружи световода 300 (слева) и по меньшей мере частично внутри световода 300. Источник света 220 содержит светоизлучающую поверхность 227. В последнем варианте светоизлучающая поверхность 227 конфигурируется внутри световода 300.
Фиг. 2d схематично изображает один вариант осуществления, в котором световод 300 содержит закрытую полость 350, заполненную пропускающей ультрафиолетовое излучение жидкостью 305a. Световод 300 в этом варианте осуществления может содержать первый материал 305b, в частности содержащий силикон. Первый материал 305b может определять полость 350. Здесь фактически оптический слой 310 может определять полость 350. Пропускающая ультрафиолетовое излучение жидкость 305a может представлять собой, например, деминерализованную воду. Если такой элемент 1300 световода используется в системе для борьбы с биообрастанием, эта система может включать в себя насос для перемещения, например циркуляции, жидкости 305a. Такой насос может управляться упомянутой в настоящем документе системой управления.
Фиг. 2e и 2f очень схематично изображают два варианта световода 300 с удлиненной пластиной, такой как пластина из силикона (которая может быть покрытием на объекте), или канальной системой. Диаметр последней определяется как d2. Размер диаметра может быть по существу тем же самым, что и определенный в настоящем документе для высоты h3 световода 300. Что касается первого варианта, световод может иметь высоту, существенно меньшую, чем длина или ширина, например по меньшей мере в 5 раз меньше. На Фиг. 2e длина пластины обозначена ссылкой l1, а ширина обозначена ссылкой w1. В частности, w1/h3≥5 и l1/h3≥5. Верхняя поверхность, здесь первая поверхность 301 световода (оптический слой не указан), может использоваться в качестве поверхности вывода излучения. Поверхность, противоположная первой поверхности 301 световода, обозначена ссылкой 302, и в данном случае является нижней поверхностью. Эта поверхность может включать в себя отражатель. Край (края) 303 может использоваться для ввода ультрафиолетового излучения в световод 300, если источники света являются внешними по отношению к световоду 300. Неиспользуемые края, и/или в тех вариантах осуществления, в которых источники света имеют светоизлучающие поверхности внутри световода 300, край (края) 303 может включать в себя отражающий материал. Длина световода 300 на Фиг. 2f перпендикулярна диаметру и параллельна длинной оси световода. Следовательно, световод в вариантах осуществления может представлять собой волокно.
Фиг. 3 схематично изображает один вариант осуществления стопки слоев 500. Стопка слоев 500 содержит первый слой, в частности первый слой 510 силикона. Этот первый слой имеет первую поверхность 511 и вторую поверхность 512, определяющие толщину d1 первого слоя 510 силикона. Первый слой 510 силикона является пропускающим для ультрафиолетового излучения, имеющего одну или более длин волн, выбираемых из диапазона 200-380 нм. Следовательно, когда ультрафиолетовое излучение, имеющее длину волны в этом диапазоне, попадает на первую поверхность 511, тогда по меньшей мере часть этого ультрафиолетового излучения будет также выходить из второй поверхности 512, в частности существенная часть, поскольку первый слой 510 является пропускающим для ультрафиолетового излучения. Следовательно, этот первый слой 510 также обозначается как световод 300.
Стопка слоев содержит один или более из элемента 610 первого слоя и элемента 620 второго слоя. Здесь изображен один из возможных вариантов осуществления с элементами обоих слоев.
Элемент 610 первого слоя конфигурируется на первой стороне первой поверхности 511. Элемент 610 первого слоя связан химическим связыванием (не показано) с первой поверхностью 511 напрямую (или через первый промежуточный слой), которая является пропускающей для ультрафиолетового излучения, имеющего одну или более длин волн, выбираемых из диапазона 200-380 нм. Элемент 610 первого слоя содержит по меньшей мере первый слой 1210, отличающийся по составу от первого слоя 510 силикона. Элемент первого слоя может также содержать множество слоев, из которых по меньшей мере один отличается по составу от первого слоя. В большинстве случаев все слои элемента первого слоя будут отличаться по составу от первого слоя.
Здесь для примера элемент первого слоя содержит два слоя, обозначенные ссылками 1211 и 1212, причем первый из них химически связан с первым слоем 510, а последний (химически) связан с ним. Элемент 610 первого слоя является пропускающим для ультрафиолетового излучения, имеющего одну или более длин волн, выбираемых из диапазона 200-380 нм. Слой 1211 может содержать, например, тонкий слой Al, а слой 1212 может содержать, например, слой FEP.
Элемент 620 второго слоя конфигурируется на второй стороне второй поверхности 512. Элемент 620 второго слоя связан химическим связыванием (не показано) со второй поверхностью 512 напрямую (или через второй промежуточный слой). Элемент 620 второго слоя содержит по меньшей мере второй слой 1220, отличающийся по составу от первого слоя 510 силикона. Элемент второго слоя может также содержать множество слоев, из которых по меньшей мере один отличается по составу от второго слоя. В большинстве случаев все слои элемента второго слоя будут отличаться по составу от второго слоя.
Стопка слоев (500) дополнительно содержит один или больше, предпочтительно множество твердотельных источников 220 света, внедренных в первый слой 510 силикона. Энергия может подаваться из внешнего источника электроэнергии и/или внутреннего источника электроэнергии, такого как один или более из аккумулятора, солнечной батареи и т.д. Эти электрические детали не показаны ради простоты.
Следовательно, Фиг. 3 схематично изображает также один дополнительный вариант осуществления элемента 1300 световода и системы 200 для борьбы с биообрастанием, в который включено множество вариантов, которые могут использоваться независимо или которые могут применяться в комбинации.
Например, в этом схематично изображенном варианте осуществления источник 220 света по меньшей мере частично, здесь по существу полностью, залит в световод 300. Следовательно, источник (источники) света содержат светоизлучающую поверхность 227, которая находится внутри световода 300. В частности, светоизлучающая поверхность представляет собой матрицу твердотельного источника света (220).
Кроме того, элемент 1300 световода содержит первую стопку 30, содержащую по меньшей мере один слой, здесь для примера два слоя, в которой первый слой является оптическим слоем 310, и в которой второй слой 320 может использоваться, например, в качестве защитного слоя. Оптический слой 310 находится в контакте с первой поверхностью 301 световода. Материал 315 оптического слоя и материал второго слоя, обозначенный ссылкой 325, являются пропускающими для ультрафиолетового излучения.
Альтернативно или дополнительно к этому имеется вторая стопка 130, содержащая по меньшей мере один слой, здесь для примера один слой, обозначенный как третий слой 330. Эта стопка слоев, здесь третий слой 130, находится в контакте со второй поверхностью 301 световода. Этот третий слой может содержать материал 335 третьего слоя, который в вариантах осуществления может быть идентичным материалу 315 оптического слоя, но который в других вариантах осуществления может быть по существу отражающим, и/или который в других вариантах осуществления может быть клейким. Например, третий слой 330 может быть нанесен для размещения элемента 1300 световода, точнее световодного слоя 300, на поверхности 11 объекта.
Световод 300 имеет первую поверхность 301 световода. Когда имеется элемент 30 первого слоя, внешняя поверхность элемента 1300 световода является поверхностью внешнего слоя, обозначаемой в настоящем документе как 1301. Следовательно, ссылка 1301 означает наружный слой элемента 1300 световода. Окно выхода излучения может рассматриваться как слой (стопка слоев) между первой поверхностью 301 световода и наружным слоем 1301.
Следовательно, может быть верхний слой или верхняя фольга и/или может быть нижний слой или верхняя фольга. Первый может быть обозначен более общим как оптический слой, или может в более общем смысле содержаться в стопке слоев. Последний может быть обозначен в целом как третий слой, или может в более общем смысле содержаться во второй стопке слоев.
Верхняя фольга/слой может наноситься для того, чтобы защитить световод от механических повреждений. Кроме того, она должна быть в достаточной степени прозрачной в диапазоне UV-C.
Оптический слой или (первая) стопка слоев может обеспечивать защиту против химической интрузии нежелательных молекул, которые могут нарушить прозрачность световода.
Второй слой может иметь хорошую стойкость к разрыву. Второй слой может иметь более низкий показатель преломления по сравнению с силиконом, чтобы распространять свет в диапазоне UV-C через силикон до его излучения из поверхности. Это становится более важным, если слой силикона является очень тонким (≤2 мм) или если силикон является высокопрозрачным. Этот эффект также может быть получен путем добавления слоя золь-геля в качестве варианта осуществления оптического слоя между световодом и верхней фольгой (см. выше).
Нижняя фольга может применяться для того, чтобы отражать свет от поверхности обратно в световод. Третий слой может быть химической границей, позволяющей присоединять снизу другие слои, такие как свинцовые рамки, провода и электронику.
также третий слой может иметь более низкий показатель преломления по сравнению с силиконом, чтобы распространять свет в диапазоне UV-C через силикон до его излучения из поверхности. Этот эффект также может быть получен путем добавления слоя золь-геля (см. также выше) в качестве варианта осуществления оптического слоя между световодом и третьим слоем.
Подходящие материалы для второго слоя или для третьего слоя или и для второго слоя, и для третьего слоя могут выбираться из PET (полиэтилентерефталата) и FEP (фторированного этиленпропилена). Также возможны и другие материалы. Альтернативно или дополнительно к этому, подходящие материалы для второго слоя или для третьего слоя, или и для второго слоя, и для третьего слоя, могут быть выбраны из силиконовых материалов (но отличающихся от материала световода в тех вариантах осуществления, в которых материал световода также содержит силикон). Материалы второго слоя и третьего слоя могут отличаться.
Фиг. 4a-4e схематично изображают некоторые дополнительные аспекты.
Фиг. 4a схематично изображает вариант осуществления, включающий как элемент 610 первого слоя, так и элемент 620 второго слоя. Оба элемента включают в себя для примера единственный слой, обозначаемый ссылками 1210 и 1220, соответственно.
Фиг. 4b схематично изображает один вариант осуществления, в котором нанесены промежуточные слои 615 и 625, соответственно. Конечно, может быть нанесен только один из них, или как первый промежуточный слой 615, содержащийся в элементе 610 первого слоя, или как второй промежуточный слой 625, содержащийся в элементе второго слоя. Примером обеспечения такого промежуточного слоя может быть нанесение жидкого силикона на слой, активированный функциональными группами, в присутствии грунтовки (на границе). Это может привести к химическому связыванию между силиконом и слоем с функциональными группами.
2
Фиг. 4c и 4d схематично показывают некоторые из возможных вариантов осуществления для создания химического связывания, например, с прерывистым слоем алюминия на непрерывном слое, которые вместе образуют, например, элемент 620 второго слоя (Фиг. 4c) или элемент первого слоя (Фиг. 4d). Алюминиевый слой может быть осажден, например, из паровой фазы. Первый слой 510 может быть функционализирован, например, группами COOH; слой Al может быть функционализирован, например, группами NH. При их контакте друг с другом может быть обеспечена стопка химически связанных слоев.
Фиг. 4e схематично изображает один вариант осуществления способа по настоящему изобретению для обеспечения стопки слоев 500, хотя могут быть возможными и другие варианты осуществления (см. также выше). Этот способ содержит связывание (i) первого слоя 510 силикона и (ii) одного или более из элемента 610 первого слоя и элемента 620 второго слоя путем одного или более из (a) химического связывания первой поверхности 511 слоя 510 силикона и элемента 610 первого слоя непосредственно или через первый промежуточный слой 615, и (b) химического связывания второй поверхности 512 слоя 510 силикона и элемента 610 второго слоя непосредственно или через второй промежуточный слой 625. Здесь также показан вариант осуществления, в котором способ дополнительно содержит обеспечение стопки слоев 500 по меньшей мере на части поверхности 11 объекта 10.
4
Сначала обеспечивается слой по существу прозрачного материала, в котором для рассеивания предусматривается материал в виде частиц, такой как BaSO и/или BN. Этот слой может содержать, например, FEP. Слой FEP может быть активирован функциональными группами (не показано), и на нем может быть предусмотрен (неотвержденный) функционализированный силикон с праймером на границе, чтобы обеспечить дополнительный слой, обозначенный ссылкой 1220, хотя он также может быть обозначен как второй промежуточный слой 625. Обеспеченный таким образом элемент 620 второго слоя и первый (силиконовый) слой 510, который также может быть активирован функциональными группами, могут быть объединены, с праймером на границе, для того, чтобы обеспечить стопку 500. Здесь первый (силиконовый) слой содержит источники 220 света. Кроме того, он может быть объединен с защитным слоем, таким как тонкий слой Al или полимерный слой. Этот дополнительный слой, который обеспечивает в этом варианте осуществления элемент 610 первого слоя, обозначен ссылкой 1210.
Среди прочего, была проведена экспериментальная работа, в которой световод Lumisil 400 подвергался воздействию ксилола. Этот эксперимент был повторен с покрытием Lumisil 400 активированной плазмой фольгой из FEP толщиной 100 мкм. Эта стопка слоев также была подвергнута воздействию ксилола. В незащищенном Lumisil ксилол, по-видимому, проникал в Lumisil, так как со временем пропускание ультрафиолета уменьшалось. Это указывает на присутствие поглощающих ультрафиолет частиц, в качестве здесь для примера был выбран ксилол. Однако защищенный Lumisil по существу не имел уменьшения пропускания УФ-излучения со временем, что указывает на то, что ксилол не проникал в Lumisil через слой FEP. Слой FEP таким образом является хорошей защитой от проникновения органических молекул в первый слой силикона.
Был повторен по существу тот же самый эксперимент, за исключением того, что слои не подвергались воздействию ксилола, а контактировали с электрическим кабелем. Даже несмотря на то, что полимерная защита была отверждена, оказалось, что незащищенный Lumisil поглощает органические молекулы (например пластификатора) из электрического кабеля, а защищенный Lumisil - нет. Этот эффект является довольно сильным, поскольку только физический контакт уже вызывал уменьшение пропускания на несколько % в день для незащищенного Lumisil. Защита, например с помощью FEP, по существу решает эту проблему.
Примеры и вариации некоторых вариантов осуществления стопок слоев на корпусе, например стальном корпусе, показаны в следующей таблице:
Слой
Пример слоев 1
Пример слоя 2
1
Защитный слой, сделанный из фторполимера, например FEP.
Защитный слой, сделанный из фторполимера, например FEP.
2
Силикон с внедренными LED
Силикон с внедренными LED
3
Задняя сторона того же самого или другого фторполимера
-
4
Алюминиевый отражающий слой (может частично покрывать поверхность=узорчатый)
Алюминиевый отражающий слой, также может быть узорчатым или даже отсутствовать, если нижележащий слой является стойким к UV-C.
5
Защитная пленка из любого полимера
Полимер обратной стороны, например FEP или Kapton (полиимид)
Краска для покрытия корпуса
антикоррозионная краска
антикоррозионная краска
Корпус
(стальной корпус)
(стальной корпус)
Термин «множество» означает два или больше.
Используемый в настоящем документе термин «по существу», такой как «по существу весь свет» или «по существу состоит из», будет понятным специалистам в данной области техники. Термин «по существу» может также включать в себя варианты осуществления «в целом», «полностью», «все» и т.д. Следовательно, в вариантах осуществления прилагательное «существенно» также может быть удалено. Когда это применимо, термин «по существу» может также относиться к 90% или больше, например к 95% или больше, предпочтительно к 99% или больше, и еще более предпочтительно к 99,5% или больше, включая 100%. Термин «содержит» включает в себя также варианты осуществления, в которых термин «содержит» означает «состоит из». Термин «и/или» относится к одной или более сущностям, упомянутым до и после термина «и/или». Например, фраза «сущность 1 и/или сущность 2» и подобные ей фразы могут относиться к одной или более из сущности 1 и сущности 2. Термин «содержащий» в одном варианте осуществления может относиться к термину «состоящий из», но в другом варианте осуществления может также относиться к термину «содержащий по меньшей мере определенные разновидности и опционально одну или более других разновидностей».
Кроме того, термины «первый», «второй», «третий» и т.п. в описании и в формуле изобретения используются для различения подобных элементов, а не обязательно для того, чтобы описать последовательный или хронологический порядок. Следует понимать, что используемые таким образом термины являются взаимозаменяемыми при соответствующих обстоятельствах, и что описанные в настоящем документе варианты осуществления настоящего изобретения могут работать в других последовательностях, отличающихся от описанных или проиллюстрированных в настоящем документе.
Эти устройства в настоящем документе находятся среди других, описываемых во время работы. Как будет понятно специалисту в данной области техники, настоящее изобретение не ограничивается способами работы или устройствами, участвующими в работе.
Следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают настоящее изобретение, и что специалисты в данной области техники будут в состоянии разработать альтернативные варианты осуществления, не отступая от области охвата прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения любые ссылочные знаки, помещенные в круглые скобки, не должны рассматриваться как ограничивающие соответствующий пункт формулы изобретения. Использование глагола «содержать» и его спряжений не исключает присутствия элементов или стадий, отличающихся от заявленных в формуле изобретения. Упоминание элемента в единственном числе не исключает наличия множества таких элементов. Настоящее изобретение может быть осуществлено посредством технических средств, содержащих несколько различных элементов, а также посредством подходящим образом запрограммированного компьютера. В пункте формулы изобретения, описывающем устройство и перечисляющем несколько средств, некоторые из этих средств могут быть воплощены одним и тем же аппаратным средством. Тот факт, что некоторые меры приведены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих мер не может быть использована для получения выгоды.
Настоящее изобретение дополнительно относится к устройству, содержащему одну или более характеризующих особенностей, описанных в описании и/или показанных в прилагаемых чертежах. Настоящее изобретение дополнительно относится к способу или процессу, содержащему одну или более характеризующих особенностей, описанных в описании и/или показанных в прилагаемых чертежах.
Различные аспекты, обсужденные в этом патенте, могут быть скомбинированы для того, чтобы обеспечить дополнительные преимущества. Кроме того, некоторые из особенностей могут формировать базис для одной или более выделенных заявок.