TWI353396B - Method and device for production of a layer of nan - Google Patents

Description

1353396 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於在高強度靜電場中八 融化物產生奈米粒子層或奈米纖維層之二二,溶液或 室之美板：：： 奈米纖維沉積在通過主動 至土板材科上，於此主動室中定位有主動電極。 本發明亦關於從聚合物之玄 早屏卞去太丄& 初之，合液或融化物產生奈米粒 奈米纖維層之裝置’該裝置包括主動室，於此主 動雷;有彼此相u之主動電極和基板材料，該主 =電=與Μ壓源連接㈣基板㈣與用來起始其 動之機構耦接。 【先前技術】 目前用來創造（create)靜電場之集隸（coUec^ ⑽r〇de)最初由簡單的金屬薄片、金屬板設計而成，該 靜電場適合用來從聚合物之溶液和融化物產生奈米纖維。 籲此等電極就品質方面而言仍㈣合用來創造電場之條件。 料透過靜電自旋（electn)statie spinning)方法之大於實驗 至尺度之奈米纖維產生製程，該電場亦必需符合具體的定 性參數（qualitative parameter)。 依 Μ 101 36 255 A1 自旋電極（Spinning electr〇de) 係藉由具有自旋導線之系統所形成，該自旋導線係平行配 置於一個相互平行之無端帶（endless belt)之間，該無端帶 係導引於上下配置之上和下圓柱體之間。於該自旋導線之 下區4又延伸入聚合物溶液之儲存槽中。相對於自旋電極從 6 94207 1353396 •儲存槽實施聚合物溶液之區段係配置有 ^ rt> it . ' A 7Κ 电極 • 導次馮（W11^ )或金屬箔之導恭抵尹* ^#rrrrond^ 、《電極之表面係大於自旋電極之各自表面。自旋 “和集電極係連接至高電壓源之相對極，而使得在 引發靜電場，該靜電場用來自旋實施於自旋導線上之〜 内之，合物溶液。所產生的纖維沉積在基板織物(subs: alrnc)上，f亥基板織物引導在集電極之表面上。於 電场係引發於自旋電極之個別自旋導線與集電極之表面之 $ ’同時自旋導線朝從聚舍物溶液之儲存槽向上之方向移 =’而各自旋導線之靜電場隨同該自旋導線移動。於此情 况，因為所有的自旋導線具有相同的極性和電壓，因此盆 =點^是個別自旋導線之電場會相互影響。於形成集電 之導電帶或洛之邊界處形成所謂.的三重點（吻& point，產生電暈(㈣㈣)，並且由於 •極和集電極之間發生電場之同質性(—：^ 點該專娘點在於電場中形成' 输ϋ 办戚纖維和於轉送纖維至放置該 ，木電極之整個表面上之基板材料的不均勻。 ^『如36 255川复於中請專利範圍第8項和第16 ㈣路了使用二個自旋電極之可能性，如上所述，配置成 一個對者另-個，並且於他們之間’在集電極之位置，定 =或引導著織物。自旋電極具有相反極性和產生於自旋電 I:之纖維用仍然束缚在纖維中之相反電荷而從各側沉積 4物之一個表面。很顯然的，用於靜電自旋之電場由於 7 94207 比3396 •=們的相反電荷彼此吸引並且沉積在織物之相反側而被引 .發於自旋電極與纖維之間，並且沉積在織物之相對側。於 貫施例中引發同質的電場幾乎為不可能，並且，根據現 =經驗該描述裝置不是全職法工作便是僅能不規則地工 t作~段非常短的時期。 ΕΠ 〇59⑽AUf示用於聚合物溶液之靜電自旋之裝 :於此自旋電極藉由喷嘴（n〇zzie)系統或圓盤（此。 =形成自旋電極’而藉由接地之導電無端驅動帶而形 山木電極。於此貫施例之電場係引發於自旋電極盘益 =::1_之自旋電極之區段之間。此實施例之缺 說明™ 一之帶型一 〒專利294 274揭示圓柱細長型之旋轉式自旋電極。 半圓 周邊的區段配置了由穿孔金屬片製成之 材料’該基板材料由於在集電極後面的空間 擠=至集電極之内部表面。此種配置就功能點 =:表板材_期間其非常可能二 將發生於基板材料之表面。同時纖維沉積 _多之非導電基板或載送材料 於圓柱自旋電極與半圓柱集電極之間之每一電場將不= 質^，因為於圓柱自旋電極之中間區段電 = 較低之強度，但非同質性將由於集電極之邊界上=二 94207 8 1353396 •謂的三重點’和亦非常可能於用於空氣流通過集電極之金 屬片之邊界上之孔而被進一步支援。 其-人’ cz 294 274揭示平板和桿狀電極，其是由於自 旋電極位於基板材料後面的緣故，該基板材料並未接觸到 、該平板和桿狀電極的表面。電場係引發於圓柱自旋電極和 、形成集電極之個別桿之間。所得到的電場不是同質的，並 且於時間上也許不穩定。於製程過程中和於奈米纖維層上 此情況將尤其藉由下降和增加性能的不規則性而顯示盆本 —身。 欲克服此等缺點，6設計出依照PV2〇〇6_477之集電 極’該集電極包含電極之導電薄壁主體（。。一加 walled body)，於此導電薄壁主體中在其配置為邊界 之^邊上至少完成了一個開口，同時於電極主體之内部空 有至〆自电極之保持器，該電極之保持器盘扣緊 二自:走：内之至少一個支架（brac〇連接，同時電極之保 . 置在開口之邊界的後面並㈣保持器為非導電體。 =^電極之結構的優點在料不包含任何尖銳的 、有高曲率之形狀，以及以三個不同介電固體環境 進入接觸之諸點被隱藏入電極主體内，於此處 U零強度。如此一來，結果是，電極不會產 並因此與其他電性元件共同引發之電場僅受電極之幾何構 也所:響。此事實顯著提供了可以更佳地調整和控制電場。 依照先前技術之集電極之缺點首先是從聚合物之溶 液或融化物創造和沉積奈米纖維和奈米粒子，於使用極不 94207 9 導電之基板材料（例如，靜電未修正疏水聚丙稀訪勒和炼喷 材料⑽伽伽c non_modified hydr〇ph〇bic p〇】州㈣ spimbonds and m_owns))情況時，其方法有問題。這些 電極之相關材料和產生複雜性亦應有關係。 本發明之目的係建議—種奈米粒子層或奈米纖維層 之產生方法，該產生方法將去除先前技術之缺點，並因此 在有從聚合物之溶液或融化物產生奈米粒子之製程或聚合 物之溶液或融化物之自旋被起始和運作的區域中，可靠地 Γ成？處？電極上創造有界限的(defined)和穩定的所需強 又，靜電％。本發明尤其解決了使用極不導電基板材料之 1題α為該極不導電基板材料於靜電自旋期間能夠使奈 米粒子或奈米纖維被沉積在此等材料上。 本發明之目的亦為建構一種用於此種產生類型之裝 置，該裝置之構造會是簡單的甘3 士、甘认^ ^ s疋間早的並且尤其於長期使用時是可 罪的。 Φ【發明内容】 經由依照本發明之用來產生奈米粒子沉積或層或者 二未纖維層之方法而達成了本發明之目的，該方法的原理 :用於不米粒子之產生、轉移和沉積或奈米纖維之產 、轉移和沉積之靜電場係引發於主動電極和基板材料之 於該基板材料上朝其移動之方向於主動電極之前面和/ 把相對於該主動電極處以無接觸方式施加與主動電極之極 太反之電荷，而施加於基板材料之電荷經由奈米粒子或 只纖維"匕積於移動的基板材料上而被部分或全部地消 94207 10 1353396 耗。 此方法之優點為尤其可能❹甚至 板或载送材料。 田井导屯的基 •依照巾請專利範圍第2項藉^電暈發射H (corona emmer)將電荷施加到基板材料上。 定位於相對於相反極性之起始電極之電暈發射 其鄰近處創造沿著其全部長度和朝起始電極方向㈣” 子流。因此藉由引導基板材料於此種發射器附近二 =射器嫩電極之間，基於與電暈發射器保持固定的 離’均勾I的電荷正沉積在基板材料上沿著其整個寬 :’結果確保了於基板材料與起始電極之間引發同質 (h咖g_s)靜電場。若電暈發射器錢位在相對於主動 、皮極太則起始電極由主動電極代表。由於同質靜電場，創 =之奈求粒子沉積或層或者奈米纖維層基於紡織品之較$ ^較小程度導電率亦同質的沿著於基板材料上之寬度和長 藉由用於帶電紡織品材料之放電之標準技術元件，若 需要的話則可能去除可能餘留的電荷。 纖維二、二發明之用來產生奈米粒子沉積或層或者奈米 垃\、置之原理在於··於主動室中而不與任何帶電和/ ^接地機構接觸之基板材料包含了與主動電極相反極性之 電=量，該電荷之量足狗於該主動電極與基板材料之間 弓丨發而強度靜電場。 換言之如上已經說明，在基板材料上於奈米粒子或奈 94207 11 1353396 米纖維之撞擊（impact)後，藉由帶雷 米纖维咬夺乎粒子）i入二處材料(因此藉由奈 入戰隹U粒子）#之電荷而發生基板材料之電荷之 王邛或部分補償（compensation)，其為優點。 依照申請專利範圍第5項，若在 ，料後面之主動室中定位了與主動電極相反=3 ，而基板材料之執跡㈣eetGry)通過電暈發射器之 輪射％ ’其同時為優點。 依照申請專利範圍第6項，若與主動電極之極性相反 之電軍發射器定位於主動室之前面於基板材料之一侧上， 而於基板材料之相對侧上對著電晕發射器定位了盘 極㈣極性之起始電極，並且基板材料之執跡通過電晕發 射器之輻射場，其為優點。 同恰，於疋位電軍發射器朝基板材料從主動室之方向 :情況1相對於靜電場為相同或相反方向之靜電場被^ 發於主動電極和基板材料之間，其為優點。 >優點情況是用相對於主動電極為相反之電荷同質充 電基板材料’其結果促成創造沉積之奈米纖雉或奈立 之同質層。 τ 、此於主動室中之靜電場有利地引發於電暈發射器與 位於基板材料之相對側上之主動電極（於此情況同時為起 =電極）之間’而基板材料被引導穿過電暈發射器之輕射 場’亦即，在其鄰近處但不與其接觸。 優點是，此變化結合了靜電場之用於沉積奈米纖維或 不未叔子層於基板材料本身上之製程及用來充電該基板材 9420? 12 1353396 料的功能。 亦為優點疋，若在主動室之前此靜電場由位於基板材 側上之電暈發射器所引發，於該基板材料之相對的 侧上疋位有非產生電暈不產生起始電極（corona np:〇ducmg lmtlati〇n electr〇de)，而基板材料被引導穿 過電暈發射為之輕射場，亦即，在其鄰近處但不與其接觸。 —電暈發射器必須總是產生與主動電極相反極性之電 /於此主動電極上發生從聚合物之溶液或融化物起始產 生奈米粒子或奈米纖雉。 么士於定位在進入主動室之前面之情況，依照對此裝置之 結構和/或技術需求，電暈發射器可以相對於主動電極而定 位在基板材料之相同或相對側。然而必須總是有起 與它相對著。 。 優點是自旋裝置或用來產生奈米粒子..之裝置的結構 的多變性’以及由此多變性而造成其技術上的可能性和經 濟上的最佳配置。 ^電暈發射器必須符合電暈發射器之準則，亦即，其必 須包含具有高曲率（curvature)之元件。具有優點是，以 使用具有圓形直徑（circular diameter)之非常薄的細長單 凡，亦即導線（wire)或絕緣電線（cord)。 又 此種電暈發射器之低價與技術簡單為其優點。 若電暈發射器安裝垂直於基板材料之移動方向（該美 板材料之移動方向對稱平行於主動電極之縱軸方向）， 優點'、马 94207 13 • 此種配置確保同質施加堂# Aα .亦有同質之靜電場和所施加夺:粒子：:上’而結果其 所沉積奈米纖維之同質層。 同貝况積或層或者 【實施方式】 下文_將說明太称as 来纖維層之裝置之實_之例用子來;;溶=融化物產生奈 椏與任何裝置之 tA之相同狀況為在主動電 米纖維或奈米粒子。如此用兄度靜電場中產生奈 之华電：t:: 動電極並在基板材料後方）定位 '荷的基板材料。 -動電極相反極性之電 之圖：：地表不用於聚合物溶液之靜電自旋的裝置 之4面®，該裝置包括自旋室 罝 95 C7 0Q407/ ^ , 一於该自方疋至L·中定位依 •柱體二九自旋電極^自输 液么之儲存槽江中並以其周裝在聚合物溶 )7該基板材:;置通了二=板材料 電=材細面的自旋電極^對著自旋電極2-電軍發射器i，該電暈發射器心係 -置有 其他小直徑之®柱體所二，或導線或 於自碇電極2_之旋轉軸，該旋轉並定位平行 基板材料k整個寬度之移動^垂直於基板材料U著 94207 14 自旋電極2_係以已知的方式連接至高電壓 • +20至+ 8GkV)之其中—個極（P*) ’該高電墨源之第 個極係連制電暈發㈣H暈發射可接地 ㈣在距基板材料請當的距二同時:對 .避免電軍發射器4盘其4C 44· Μ 丁巴 4之导产㈣之任何接觸。電暈發射器 ，#之長度。基板材料[穿過以已知 ^ ” ^ ’猎由未顯示之供給滾軸（feedingn)Iler) 心輸送滾軸㈤iv„)方式）之自旋室 任何已知的方法（例如，藉由依照CZ Ρν 2005Γ360或^ PV 2005_545之旋轉自旋電極，或者依照助 嘴電極）而形成自旋叫以相同方法，可藉由1 可八他已知之電暈發射器（例如，呈有尖端的/ 成電暈發射ϋ。 八有心的柃專）來形 場’=:=，舆自旋電…引發電 I作產生輕日a 一，口耆於其鄰近處之其全部長度之動 荷粒子ί开Γ如此稱之為電晕，由對應之相反極性之電 向:而非由自旋電極1_形成’同時這些粒子被 二：二：，童擊於基板材料1上。由於事實上基板 ' 7 Ί過自旋室L期間係通過電暈發射器1之輻射 材料其沿著整個寬度相同的距離，因此於基板 1U二:者“整個寬度沉積有與自旋電極之電荷相反極 勾里之電荷。此電荷是在再分配於該方向以及對著 之移動方向之基板材料之表面。用於自旋之靜 電麥被引發於自旋電極^_與基板材料^之間分別於該基板 94207 ⑶ 3396 -材料3之段（section) ’該段包含足夠量之電核用於引發高 •強度靜電場。 . 此結果係於基板材料與自旋電極2_之間引發高強度 之同貝靜電場，該高強度之同質靜電場確保同質的施加奈 米纖維層於基板材料上沿著其整個寬度，以及亦同時確保 所奈米纖維層之長度的同質性。施加於基板材料太上 的電荷係透過沉積奈米纖維於移動之基板材料^上而被部 S地或全部消耗。 二增加所產生奈米纖維之量，最好能沿著自旋區域之 接者個配置數個自旋電極之，同時對著他們配 置有電暈發射器4。 上為^^圖之實_提供足夠量之電荷於基板材料3 個接著"'個貫施例包括數個位於沿著自旋空間之長度一 個接者一個之電暈發射器及。' 仅厌 係顯二:Γ:=:σ:之數量於基板材料i上之方* 基板材料L之移動方向配置於自旋室h之前面朝 電暈發射器Ά和相對於電暈發射器至二該辅助室[包括 之相對側之起始電極6。其2射益江配置在基板材料！ 電暈發射器之附近，土 料係在輔助室1_中引導於 任何適當的電暈發射器而形因此其曰穿:他的輻射場。可藉由 施例所提及者。藉由具有足夠長；：:：iij如於上述實 來形成起始電極互。 X ’又有電暈之任何電極 於依照第3圖之實施例 電軍么射器生1_是於位於 94207 16 基板材料之相 室l中之電暈發射jy用助室[中，並且其連接至與自旋 基板材料3之柏〜相Θ的電位’同時起始電極[位於 •電位。於_室Λ並且其連接至與自旋電極i相同的 室L中之電晕二之電晕發崎之輻射場具有與自旋 位於基板材料相同極性之電荷，並因此

於依照第4圖之每V , A a 圖之η轭例中，電暈發射器4ί 1 [疋於位於基板材料1之相同側之辅助室；7 ::疋電 始電極^有與自旋電極1相同的f原連接，並且起 發射電1引發於輔助室[中之基板材料1與電晕 造由-自：電:2二作用該電晕發射器1L於其鄰近處創 射場m4—= 之賴電餘子流所形成之輕 u。昊板二ΓΓ被指向起始電極錢撞擊於基板材料 :反二量L之前包括舆自旋電以 器[帶入另-數量之電荷。 疋至^中之電軍發射 依照本發明裝置之另一變化表 且係根據依照第3和4圖之實施例。二圖中，並 自旋室中之每-集電極沒有定位任何的電中，對 自旋室中僅有自旋電極匕和基板村 。於 僅定位於輔助室”，於此輔助室二發射器红 的起始電極盔。於依照第5圖之實施例中、，二：置了對應 J τ ’於輔助室4_中 94207 17 1353396 -之電暈發射器生1_和起始電極么係以與依照第3圖中實施例 中相同的方式配置。於依照第6圖之實施例中，電暈發射 器1L和於輔助室圣中之起始電極么係以與依照第4圏^實 施例中相同的方式配置。他們的功能亦與依照第4圖中實 施例:者相同。依照實施例之此種變化，基板材料1進入 自旋室1_中具有與自旋電極相反極性之電荷量，該'電荷 量足夠於自旋電極[與基板材料丄之間創造高強度靜電^ 中用者’可以相同方式配置在高強度靜電場 a 生不米纖維或奈米粒子之任何裝置，而使用何種 自旋電極或其他主動電極並 八物夕冷、广人 1个更罟该電極用來轉移由聚 i t : 融化物所形成之自旋村料。於下文 用赫I ’對於自旋室和用來產生奈米粒子之室將使 之主動室’對於自旋電極和 之 粒子之_將使用統稱之主工間和用來產生奈米 退出且粒子或奈米纖維於基板材料^上後，若於 迟出具有沉基雇或冬半私2 2、丄 说方万、 h後該電荷藉由夺米纖維^米纖維之沉積之基板材料 板材料1之電荷而被消耗;;1子從主動電極輸送至基 而於實務上基板材料3常、1於多數情況其為有利的。然 為帶電的，於非導雷4乃有過剩的未消粍電荷而維持 料1另，持為帶電的：:二:情況係意味著，基板材 右奈米纖維或夸半私7 β 板材料1，例如，於靜雷:依照本發明沉積在非導電基 、”修正疏水聚丙烯紡黏和熔噴上， 94207 18 1353396 螓 則有利的從電基板材料3 μ * 土、Α + , a 寸I上取走過剩的電荷。因此以此優 點而在^至後配置了不表示接地的電極，該主動室與離 開主動室之電基板材料1接觸。 "依照本發明用來從聚合物之溶液或融化物產生奈米 Ϊ子層t t米纖維層之方法及裝置之優點為其靜電施加於 實際非導電的電基板材粗1 ^ —上之可犯性。藉由相當價廉之 二軍x H之方式能㈣成電荷同質的分部於基板 L上，而結果創造了奈米纖維之同質層或奈米粒子之 =層。於靜電場之配置之變化性使得能夠依照進入半 導體產品之性質和關你m Μ 士 關於取終產品之要求而最佳的調適裝 置0 【圖式簡單說明】 依照本發明之用來從聚合物之溶液或融化物產生奈 ;;粒^層或奈米纖維層之裝置示意地顯示於圖式中，其中： 第^表示選擇制主動/自旋室之基本實施例，該主 敎至包括主動/自旋電極和電暈發射器； Α圖為依&、帛丨圖之實施例包括更多個電晕發射 〇〇 ， 叙/白第3至611為實施例包括相同的主動/自旋室與至該主 器是纽置的輔助室，而錢第3圖該電暈發射 材料之相同側之主:助自二室之電暈發射器而定位上在基板 定位於Α 輔助至中，依照第4圖該電暈發射器是在 應於Π材,之相對側上之輔助室中，帛5和第6圖對 弟4圖，而於該主動/自旋室中沒有定位主動/ 94207 19 1353396 自旋電極。 【主要元件符號說明】 1 自旋室 2 自旋電極 3 基板材料 4 於自旋室中之電暈發射器 5 辅助室 6 起始電極 21 聚合物溶液之儲存槽 22 聚合物溶液 41 於輔助室中之電暈發射器 20 94207

Claims (1)

1. rrj < 9 9 年 9 月 2 4 干 y月 24日」 年月日修(成)正本 a- p·^ 、申請專利範圍： :=度Γ場中從聚合物之溶液或㈣物= 籍/ θ法，於此方法_，該產生之奈米纖 維Γ積在通過主動室⑴之表面基板材料（3)上， 於"玄主動至⑴中定位有主動電極（2)，其中，用 於產生 '㈣和沉積奈⑽維之該靜電場被引發於該 主動電極（2)和該表面基板材料（3)之間，以無接 ，方式於該表面基板材料（3)上相對於該主動電極⑺ 處:藉由置放至少-個電暈發射器（4)於該表面基板 材料⑺後，施加與該主動電極⑺之極性相反之 電荷，而施加於該表面基板材料（3)上之電荷經由夺 米纖維沉積於移動的表面基板材料（3)上而被部分或 全部地消耗。 如申請專利範圍第Μ之方法，其中，於沉積該奈米 纖維於該表面基板材料（3)上後，從該表面基板材料 (3 )上至少部分去除可能餘留的電荷。 一種從聚合物之溶液或融化物產生奈米纖維層之裝 置，包括：主動室，於該主動室中具有彼此相對設置 =主動電極和表面基板材料，該主動電極連接至高電 壓源，而該表面基板材料與用來起始其向前移動之機 構耦接，其t，定位於該主動室（1)令而不與任何帶 電和/或接地機構接觸之該表面基板材料（3)包含與該 主動電極（2)之極性相反之電荷之量，該電荷之量足 夠於該主動電極（2)與該表面基板材料之間引 i S ] (修正本）94207 21 1353396 第971〇2599號專利申請案 4. 5. 6. 發高強度靜電場，同時在相對於該主動電γ(?)2二) ==斗、(3)後面之主動室⑴中定位有與該 面美族叔祖相反極性之電暈發射器（4)，而該表 如“主袁:,上3'之執跡通過該電暈發射器⑷之場。 (二)係二圍/_3二裝置，其中^ 如申請專利範圍第4 直控之細長體所形成。 (4、41)传“項之袭置，其令，該電暈發射器 如申請專= 緣電線Μ所形成。 該電暈發射哭“ 4或5項中任何一項之裝置，其中， (3)之移動；、41)係定位垂直於該表面基板材料 之縱轴。° ’該移動方向係平行於主動電極（2)

   (修正本）94207 22