專利名稱：光響應(yīng)層以及層組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液體尤其是水的UV凈化的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
眾所周知，UV輻射可以殺死諸如細菌、病毒、霉菌、藻類、酵母菌和像隱孢子蟲和賈第蟲那樣的卵囊(oocyst)之類的水中微生物。當(dāng)前該知識被應(yīng)用在各種以安全飲用水的生產(chǎn)為目的的水凈化系統(tǒng)中。這種水凈化系統(tǒng)的一個例子是并入水在其周圍流動的UV燈的水凈化系統(tǒng)。在所有這些系統(tǒng)中，UV源一減少水供給就停止是必要的，否則不安全的飲用水可能被生產(chǎn)并消費?？梢杂蒛V傳感器于水凈化應(yīng)該發(fā)生之處檢測UV強度，所述UV傳感器當(dāng)被連接于電磁閥時可以停止水流。這種UV探測器的一個例子在US3，413，465中被公開，其中公開了用于利用紫外輻射而對諸如飲用水之類的流體消毒的裝置。公開于US3，413，465 中的裝置包括被布置為控制水的流動的位于流體入口的閥組件。閥組件包括使用金屬球的電磁閥以及由外部光化學(xué)單元(photochemical cell)控制的電磁體。當(dāng)足夠的UV輻射量被外部光化學(xué)單元探測到，電磁體被供能并且保持金屬球以使得它提供打開的流體入口。 當(dāng)太低的UV輻射量被光化學(xué)單元探測到，電磁體被關(guān)斷，這導(dǎo)致閥中的金屬球相反地覆蓋流體入口，以使得沒有流體可以通過裝置。然而對于一些應(yīng)用，期望更自主的響應(yīng)。例如，在第三世界國家，有時利用太陽光的UV輻射光譜的UV部分來凈化潛在的受污染的水。尤其是在利用太陽光作為UV源的地方，電力不總是可以得到的。然而，在燈操作的系統(tǒng)的情況下，自主系統(tǒng)也將是有利的。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中仍然有找到水和其他流體的凈化的新的技術(shù)方案的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是至少部分地克服上述問題，并且提供UV輻射控制的光響應(yīng)層，所述光響應(yīng)層例如可以被用在流體凈化系統(tǒng)中的光響應(yīng)層組件中。根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，這個和其他目的由一種光響應(yīng)層來實現(xiàn)，所述光響應(yīng)層包括第一區(qū)域，所述第一區(qū)域包括第一材料，所述第一材料包括具有光響應(yīng)部分 (photo-responsive moiety)的分子，其中當(dāng)光響應(yīng)部分暴露于光活化照射時，所述光響應(yīng)層的第一區(qū)域能夠進行可逆的幾何改變。通過使用這樣的光響應(yīng)層，可能將光響應(yīng)層的幾何形狀從當(dāng)未暴露于光活化照射時的第一幾何形狀的第一狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)楫?dāng)暴露于光活化照射時的第二幾何形狀的第二狀態(tài)。有利地，當(dāng)光響應(yīng)部分未暴露于光活化照射時，第一區(qū)域能夠進行相反的幾何改變。從而，通過使用合適的光活化照射，光響應(yīng)層可以在不活動狀態(tài)和活動狀態(tài)之間反復(fù)地可逆地轉(zhuǎn)變。該層可以有利地被用來控制通過水凈化系統(tǒng)的流動。 然而，該層也可以被用于其中期望通過照射進行幾何的控制的其他技術(shù)應(yīng)用，例如在功能表面的領(lǐng)域中。在本發(fā)明的實施例中，幾何改變提供光響應(yīng)層的形貌改變，諸如層的厚度的改變或者導(dǎo)致凸出和/或凹陷的形成的改變。在本發(fā)明的實施例中，光響應(yīng)層的第一材料包括第一分子排列相。從而，相比使用包括隨機分布分子的材料，幾何改變的轉(zhuǎn)變可以被增大。用于光活化照射的波長取決于使用哪種光響應(yīng)部分。照射應(yīng)該具有誘導(dǎo)光響應(yīng)層中的光響應(yīng)的波長。在本發(fā)明的實施例中，光活化照射是UV輻射，例如在IOOnm到400nm 范圍內(nèi)。通過使用響應(yīng)于UV輻射的光活性部分，在例如水凈化系統(tǒng)中提供對自主響應(yīng)有用的層。在本發(fā)明的實施例中，第一材料是液晶聚合物材料，例如具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過使用液晶聚合物材料與光響應(yīng)部分組合，可以獲得分子排列的更寬范圍的可能性。例如，第一分子排列相可以是諸如手性向列相之類的向列相。從而，當(dāng)暴露于光活化照射時，液晶聚合物材料中的分子排列將例如改變?yōu)閷?dǎo)致在Z方向上的幾何延伸的各向同性排列，從而當(dāng)暴露于光活化照射時提供在層的表面上的凸出。在本發(fā)明的實施例中，光響應(yīng)部分是能夠進行光異構(gòu)化的部分。由于當(dāng)進行幾何改變時它是可逆的并且由于沒有副產(chǎn)品被釋放，這是優(yōu)選的光反應(yīng)。有利地，光響應(yīng)部分包括諸如偶氮苯或其衍生物之類的偶氮化合物?？商娲?，能夠進行諸如反式/順式轉(zhuǎn)變之類的異構(gòu)化的其他化合物可以被用于光響應(yīng)部分。例如，可以使用螺惡嗪、二苯乙烯或其衍生物。發(fā)現(xiàn)被提供于具有分子排列的材料中的這樣的部分當(dāng)暴露于光活化照射時提供了分子排列和幾何的有效改變。在本發(fā)明的實施例中，光響應(yīng)層進一步包括第二區(qū)域，所述第二區(qū)域包括第二材料，所述第二材料可以是當(dāng)暴露于光活化照射時能夠進行可逆的幾何改變的材料。第二材料可以具有不同于第一分子排列相的第二分子排列相，包括具有光響應(yīng)部分的分子，其中當(dāng)?shù)诙^(qū)域的光響應(yīng)部分暴露于光活化照射時，第二區(qū)域能夠進行幾何改變，其中幾何改變不同于第一區(qū)域的幾何改變。通過使用這樣的第二材料，可以提供光響應(yīng)層，該光響應(yīng)層提供了使用光活化照射來控制該層的幾何形狀的增加的可能性。例如，當(dāng)暴露于光活化照射時，在第一區(qū)域中可以形成凸出，而在第二區(qū)域中可以形成凹陷，或者反之。優(yōu)選地，第二材料是液晶聚合物材料。通過使用液晶聚合物材料與也位于第二區(qū)域中的光響應(yīng)部分組合，可以實現(xiàn)不同形貌的寬范圍的可能性。因此，分子排列可以取決于技術(shù)應(yīng)用而變化。例如，第二分子排列相可以是垂直相。例如與包括向列相的第一區(qū)域組合，這是有利的，因為當(dāng)暴露于光活化照射時，相比使用不響應(yīng)于照射的第二區(qū)域，形貌將因此包括增加的形貌差別。優(yōu)選地，當(dāng)活化照射被中止時，第二區(qū)域能夠進行相反的幾何改變。在一些實施例中，在第二區(qū)域中使用各向同性相，即第二分子排列相可以是各向同性相，可能是有利的。對于由第一區(qū)域提供足夠的幾何改變的應(yīng)用，這是優(yōu)選的。在這些情況下，沒有必要進一步使第二區(qū)域功能化，從而例如產(chǎn)品成本可以被降低。根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及光響應(yīng)層組件，所述光響應(yīng)層組件包括流體穿透層以及被布置接觸于流體穿透層的根據(jù)本發(fā)明的光響應(yīng)層，其中在光活化照射下光響應(yīng)層能夠進行形貌改變，所述形貌改變允許打開至少一個經(jīng)過光響應(yīng)層并且通過穿透層的流體通路，以使得允許通過光響應(yīng)層組件的流體的流動或增加的流動。流體穿透層可以是其中層的至少一部分是透水的層以使得水可以通過穿透層被傳輸。
通過將光響應(yīng)層和流體穿透層組合，可以構(gòu)造寬范圍的不同的有利的光響應(yīng)層組件，例如用于響應(yīng)于特定照射的水流控制膜。在本發(fā)明的實施例中，當(dāng)未暴露于光活化照射時，光響應(yīng)層組件具有范圍在0到 1 μ m、優(yōu)選地0到0. 02 μ m的最大平均流體通路或通道直徑。從而，光響應(yīng)層組件可以阻止水的流動或者起到濾水器的功能，所述濾水器當(dāng)未暴露于光活化照射時允許水的流動但阻止諸如病毒和/或細菌之類的污染物通過層組件。因此，本發(fā)明提供了使用以下系統(tǒng)的可能性，所述系統(tǒng)當(dāng)暴露于UV輻射時是打開的，也透過隨后被UV輻射殺死的生物種類，而當(dāng)沒有UV輻照時允許水通過孔(或通道)流動，所述孔是如此小以至于生物種類被濾出。沒有UV輻射時，水凈化系統(tǒng)因而仍然繼續(xù)工作，但是以低產(chǎn)量工作。根據(jù)第三方面，本發(fā)明涉及控制根據(jù)本發(fā)明的實施例的光響應(yīng)層組件的方法，所述方法包括將光響應(yīng)層暴露于UV輻射，以使得光響應(yīng)層響應(yīng)UV輻射而經(jīng)歷形貌改變，借此光響應(yīng)層從穿透層的流體密閉布置或者低流動布置的狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)榇┩笇拥牧黧w穿透布置或者高流動布置的狀態(tài)，所述流體穿透布置包括至少一個經(jīng)過光響應(yīng)層到穿透層的流體通路，其中通過光響應(yīng)層組件的流動被允許或增加。通過該方法，有可能使用光活化照射來控制水的流動。因此，本發(fā)明提供了不使用電傳感器(和電磁閥)而取決于照射來控制水流的可能性。根據(jù)第四方面，本發(fā)明涉及包括具有流體入口和流體出口的UV輻射腔以及布置在流體入口或流體出口中的流動控制設(shè)備的流體凈化設(shè)備，其中流體控制設(shè)備包括這里描述的光響應(yīng)層組件。本發(fā)明因此提供了不需要電來操作和控制的流體凈化系統(tǒng)。根據(jù)第五方面，本發(fā)明涉及生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的光響應(yīng)層的方法，所述方法包括提供襯底；向襯底施加復(fù)合物從而形成襯底上的層，其中復(fù)合物包括響應(yīng)于UV輻射并且能夠形成分子排列相的單體、和/或響應(yīng)于UV輻射的單體以及能夠形成分子排列相的單體、和光引發(fā)劑；通過光聚合選擇性地聚合單體的第一區(qū)域；通過加熱、施加電場或者外部磁場來重新布置第二區(qū)域中的單體；以及通過光聚合來允許第二區(qū)域聚合。根據(jù)第六方面，本發(fā)明涉及生產(chǎn)這里描述的光響應(yīng)層的方法，所述方法包括在襯底上提供不連續(xù)的層；在沒有被不連續(xù)層覆蓋的襯底的至少一個區(qū)域上，施加包括光響應(yīng)的單體以及可選的光引發(fā)劑的復(fù)合物，因而形成第一區(qū)域；可選地通過光聚合，來聚合第一區(qū)域的單體或允許所述單體聚合。在本發(fā)明的實施例中，光引發(fā)劑被大于400nm的波長激活。由于在本方法的聚合步驟期間光活性部分不進行光響應(yīng)反應(yīng)，所以當(dāng)光響應(yīng)部分響應(yīng)于在諸如IOOnm到400nm 的UV范圍內(nèi)的照射時，這是有利的。根據(jù)第七方面，本發(fā)明涉及在用于水凈化的系統(tǒng)中根據(jù)本發(fā)明的光響應(yīng)層的使用。注意，本發(fā)明涉及權(quán)利要求書中記載的特征的所有可能組合。


現(xiàn)在將參照示意性地示出本發(fā)明的實施例的附圖而更詳細地描述本發(fā)明的這些方面和其他方面。如圖中示出，為了示出的目的，層和區(qū)的尺寸被夸大，因此被提供來示出本發(fā)明的實施例的一般結(jié)構(gòu)。
圖Ia示出了包括根據(jù)本發(fā)明的實施例的光響應(yīng)層的UV燈操作的水凈化設(shè)備。圖Ib示出了包括根據(jù)本發(fā)明的實施例的光響應(yīng)層的太陽光操作的水凈化設(shè)備。圖加示出了不活動狀態(tài)下的根據(jù)本發(fā)明的實施例的光響應(yīng)層的實施例。圖2b和圖2c分別示出了活動狀態(tài)下的根據(jù)本發(fā)明的實施例的光響應(yīng)層的一個例子。圖3示出了活動狀態(tài)下的根據(jù)本發(fā)明的實施例的光響應(yīng)層的不同實施例。圖如和圖4b示出了不活動狀態(tài)(圖4a)下和活動狀態(tài)(圖4b)下的根據(jù)本發(fā)明的實施例的光響應(yīng)層組件的截面圖。圖如和圖4d示出了不活動狀態(tài)(圖4c)下和活動狀態(tài)(圖4d)下的根據(jù)本發(fā)明的實施例的光響應(yīng)層組件的截面透視圖。圖5示意性地示出了用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的實施例的光響應(yīng)層的第一種方法的步驟。圖6a示出了用于提供本根據(jù)本發(fā)明的實施例的第二區(qū)域的網(wǎng)格層。圖6b示意性地示出了用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的實施例的光響應(yīng)層的第二種方法的步驟。圖7a和圖7b示出了包括起皺雙層結(jié)構(gòu)的光響應(yīng)層。
具體實施例方式本發(fā)明尤其涉及光響應(yīng)層、包括光響應(yīng)層的光響應(yīng)層組件、使用光響應(yīng)層控制液體的流動的方法、包括光響應(yīng)層的流體凈化設(shè)備和生產(chǎn)光響應(yīng)層的方法。在隨后的詳細描述中，將描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。然而，應(yīng)該理解不同實施例的特征在實施例之間是可以交換的并且可以以不同的方式被組合，除非具體作出任何相反指示。圖Ia示出了根據(jù)本發(fā)明的UV燈操作的流體凈化設(shè)備的一個例子，而圖Ib示出了根據(jù)本發(fā)明的太陽光驅(qū)動的水凈化設(shè)備的一個例子。流體凈化設(shè)備10包括具有流體入口 12和流體出口 13的UV輻射腔，以及包括布置于流體入口 12中的光響應(yīng)層或?qū)咏M件15的流動控制設(shè)備14。設(shè)備14也可以位于流體出口 13。UV燈16被布置為照射腔11中的流體并且因此殺死微生物?？商娲?，太陽光17的UV成分被用來照射腔11中的流體，因此提供抗菌效果。這可以通過使用例如至少部分地包括UV透射層18的腔來實現(xiàn)。光響應(yīng)層或?qū)咏M件15被布置為控制通過凈化設(shè)備10的腔11的水/流體的流動。 在活動狀態(tài)下，即在光活化照射期間，光響應(yīng)層允許通過流動控制設(shè)備的流動；而在不活動狀態(tài)下，即當(dāng)沒有足夠的光活化照射存在時，通過層組件的流動被阻止。可替代地，在不活動狀態(tài)下，光響應(yīng)層允許減少的水的流動并且可以起到濾水器的作用，所述濾水器具有允許水通過但濾出病毒、細菌和其他污染物阻止其通過層組件的狹窄通道。因此，取決于層是否被諸如UV輻射之類的光活化照射照射來控制液體/水的流動。本發(fā)明在水和其他液體的凈化中有用，諸如用作UV激活閥。因此，可提供不依賴于電控制的閥來控制水的流動的水凈化設(shè)備。并且，本發(fā)明可以被用作水/流體過濾器來改善任何類型的基于UV的凈化系統(tǒng)的凈化效率。另外，本發(fā)明也對許多其他技術(shù)應(yīng)用有用，例如在微流體領(lǐng)域中的技術(shù)應(yīng)用，其中光響應(yīng)層可以被用作泵并且可以被用來創(chuàng)建臨時的通道、存儲腔或者反應(yīng)容器。在該情況下，相反的效應(yīng)也可以有用，即UV暴露下的關(guān)閉的通道而不是打開的通道。發(fā)明的光響應(yīng)層以及層組件也可以被應(yīng)用于期望響應(yīng)于照射的幾何改變的任何場合。根據(jù)本發(fā)明的光響應(yīng)層包括至少一個包括第一材料的第一區(qū)域，所述第一材料包括具有光響應(yīng)部分的分子，其中當(dāng)所述光響應(yīng)部分暴露于光活化照射時光響應(yīng)層的第一區(qū)域能夠進行可逆的幾何改變。例如，層可以由包括光響應(yīng)部分的材料制成，所述光響應(yīng)部分由于當(dāng)暴露于光活化照射時的化學(xué)反應(yīng)或結(jié)構(gòu)改變能夠進行由相變(phase-shift)導(dǎo)致的幾何改變。這樣的相變可以是晶相或者液晶相的改變，但也可以對應(yīng)于在包括隨機排列分子的材料中獲得的幾何改變。例如，相變可以對應(yīng)于由于導(dǎo)致低臨界溶解溫度(LCST)的移動的材料的照射而獲得的幾何改變。光響應(yīng)層的第一材料可以包括具有包括光響應(yīng)部分的分子排列相的第一區(qū)域。當(dāng)暴露于照射時，光響應(yīng)部分導(dǎo)致在ζ方向上的幾何改變。從而，取決于是否暴露于光活化照射以及光響應(yīng)層的構(gòu)造，層的形貌 (topography)和厚度將改變。在光響應(yīng)層只包含一種具有均勻含量和分子排列的材料的情況下，幾何改變將導(dǎo)致層厚度的改變。在光響應(yīng)層包含第一材料的第一區(qū)域以及第二不同材料的第二區(qū)域，其中第一材料包括具有光響應(yīng)部分的分子的情況下，幾何改變可以導(dǎo)致凸出和/或凹陷的形成。參考圖2a，根據(jù)本發(fā)明的光響應(yīng)層被示出在不活動狀態(tài)下。根據(jù)該實施例，光響應(yīng)層20包括第一區(qū)域21以及第二區(qū)域22，所述第一區(qū)域21包括具有第一分子排列相的第一材料，所述第一分子排列相包括具有光響應(yīng)部分的分子，所述第二區(qū)域22包括第二材料。第一區(qū)域21被布置于層中來提供光響應(yīng)層的光響應(yīng)區(qū)。因此，當(dāng)暴露于光活化照射時光響應(yīng)層能夠進行幾何改變，導(dǎo)致諸如凸出(或者凹陷)的形成之類的形貌的改變。在優(yōu)選實施例中，層包括多個第一區(qū)域和第二區(qū)域。圖2b示出了在第一區(qū)域中形成凸出的光響應(yīng)層，而圖2c示出了在第一區(qū)域形成凹陷的光響應(yīng)層。第一材料可以是任何包括當(dāng)暴露于光活化照射時導(dǎo)致可逆的幾何改變的光響應(yīng)部分的材料?？蛇x地，第一材料可以包括分子排列相。優(yōu)選地，當(dāng)呈現(xiàn)在第一區(qū)域的材料里的光響應(yīng)部分從活動狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴换顒訝顟B(tài)時，第一區(qū)域進行相反的幾何改變。此處使用的“分子排列相”是指分子具有優(yōu)先取向，或者具有一定程度的規(guī)律性或者晶體性。這樣的相包括液晶相和各種類型的分子取向，例如向列相、手性向列相、近晶相、 手性近晶相、垂直相以及其他晶相。這樣的相可以進一步包括液晶聚合物網(wǎng)絡(luò)。此處使用的“光響應(yīng)部分”是指提供于第一材料中的分子或者分子組，所述分子或者分子組當(dāng)變得暴露于照射時進行例如光異構(gòu)化的化學(xué)改變或者結(jié)構(gòu)改變。此處使用的 “光響應(yīng)”是光活性(photo-active)的同義詞。光響應(yīng)部分可以是偶氮化合物、螺惡嗪、二苯乙烯或者其衍生物。該部分可以共價鍵合或者靜電附著于第一材料。第一材料可以由包括形成分子排列的化合物的單體和光響應(yīng)單體的聚合物形成。例如，第一材料可以包括液晶聚合物材料以及作為光響應(yīng)部分的偶氮苯部分。可替代地，第一材料可以由形成分子排列的單體形成，所述單體中的一些或全部包括光響應(yīng)分子組。另外，第一材料可以可選地包括例如可以被用來控制材料的交聯(lián)和粘性的其他額外的單體。此處使用的“光活化照射”被定義為特定類型的照射，響應(yīng)于所述照射光響應(yīng)層進行幾何改變。被選擇的光響應(yīng)部分的類型將取決于技術(shù)應(yīng)用以及使用哪種照射。例如，在偶氮苯作為光響應(yīng)部分的情況下，使用的照射在UV范圍內(nèi)，優(yōu)選地在從IOOnm到400nm的范圍內(nèi)。圖2中的第二區(qū)域22可以包含不響應(yīng)于照射的材料，例如非照射響應(yīng)聚合物或者諸如金屬之類的無機材料。例如，第二層可以是非光活性聚合物材料或者無機材料?？商娲兀诙牧峡梢跃哂胁煌诘谝环肿优帕邢嗟牡诙肿优帕邢?，包括具有光響應(yīng)部分的分子。其中當(dāng)?shù)诙^(qū)域的光響應(yīng)部分暴露于照射時第二區(qū)域能夠進行幾何改變，其中該幾何改變不同于第一區(qū)域的幾何改變。這樣的幾何改變的一個例子在圖 3中被示出。例如，第二材料可以是液晶聚合物材料，并且第二分子排列相可以是垂直相 (homeotropic phase)。可替代地，第二材料可以包括各向同性相。優(yōu)選地，當(dāng)不再暴露于照射時，第二區(qū)域能夠進行相反的幾何改變至不活動狀態(tài)。取決于技術(shù)應(yīng)用和/或生產(chǎn)考慮，層中的第一區(qū)域和第二區(qū)域的形狀、尺寸及分布可以隨期望而變化。在光響應(yīng)層中第一區(qū)域和第二區(qū)域可以不規(guī)則地分布或者可以被布置成規(guī)則的圖樣。例如，層可以包括交替的第一區(qū)域和第二區(qū)域。幾何改變?nèi)Q于區(qū)域的布置以及光響應(yīng)部分的類型與所使用的輻照波長結(jié)合。參考圖如-d，示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的光響應(yīng)層組件40，其中圖如和圖如示出了不活動狀態(tài)下的光響應(yīng)層組件40，而圖4b和圖4d示出了光響應(yīng)層組件40的活動狀態(tài)。根據(jù)該實施例，光響應(yīng)層組件40包括流體穿透層42和光響應(yīng)層41。穿透層42可以由多孔穿透膜43以及非穿透的膜載體44形成。例如，穿透層42可以包括具有多孔穿透膜 43適配在其中的開孔的、由金屬制成的非穿透載體44。層組件40可以被用作膜或者閥，所述膜或者閥在活動狀態(tài)期間允許水流動但在不活動狀態(tài)期間阻止流體(例如包括污染物的水)的流動。不活動狀態(tài)下(參見圖如和圖如)，光響應(yīng)層41展示了阻止包括污染物的流體通過穿透層的流動的表面結(jié)構(gòu)。例如，光響應(yīng)層41可以是被布置接觸穿透層42以使得不允許水通過穿透層42的穿透膜43的光滑層?？商娲?，不活動狀態(tài)下，光響應(yīng)層41被布置以使得允許小的流體通路，在所述小的流體通路中水可以通過穿透部分但其中污染物不可以通過。這可以通過使用比要阻止通過層組件40污染物的尺寸小的流體通路來實現(xiàn)。暴露于光活化照射時，層41轉(zhuǎn)變?yōu)榛顒訝顟B(tài)41’，該活動狀態(tài)41’是穿透層42的流體穿透布置或者高流動布置的狀態(tài)(參見圖4b和圖4d)。由于光響應(yīng)層暴露于光活化照射，所以諸如第一區(qū)域21之類的光活性區(qū)域進行諸如凸出47的形成之類的幾何改變，所述幾何改變導(dǎo)致在光響應(yīng)層41和穿透層42之間形成至少一個流體通路或通道。流體通路 45允許例如水的流體通過光響應(yīng)層組件40的流動/高流動，因為由于該幾何改變流體被允許通過穿透層42的穿透部分43。因此，活動狀態(tài)下，根據(jù)本發(fā)明的流體穿透組件因此包括至少一個經(jīng)過或通過光響應(yīng)層41和穿透層42的流體通路45，其中通過光響應(yīng)層組件40 的流動被允許或增加。不活動狀態(tài)下，光響應(yīng)層組件40優(yōu)選地具有范圍在0 μ m到0. 02 μ m的最大平均通路直徑。從而，光響應(yīng)層組件可以起到濾水器的功能，所述濾水器容許水的流動但在不活動狀態(tài)下阻止諸如病毒、細菌、原生動物和真菌之類的致病污染物通過層組件?；顒訝顟B(tài)下，流體通路直徑大于0. 02 μ m,諸如在0. 02 μ m和5 μ m之間或者更高。在光響應(yīng)組件的替代實施例中，當(dāng)暴露于光活化照射時，第一區(qū)域21形成允許水通過穿透層42的凹陷。在光響應(yīng)組件40的替代實施例中，穿透層42只由一種多孔并且容許通過材料的液體/流體的流動的材料形成。穿透層42或者穿透膜43的孔直徑可以在0. 001 μ m到 1000 μ m的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選地在0. 01 μ m到10 μ m的范圍內(nèi)，甚至更優(yōu)選地在0. 02 μ m到 Iym的范圍內(nèi)?？蛇x地，層41和層42兩層可以利用彈簧46被鉗住，或者在它們邊緣處被粘合在一起，并且使用水壓來形成層之間的接觸。本發(fā)明的進一步的方面涉及使用本發(fā)明的光響應(yīng)層來控制流體的流動的方法，該方法包括將光響應(yīng)層暴露于UV輻射，以使得光響應(yīng)層響應(yīng)于UV輻射進行形貌改變，借此光響應(yīng)層從穿透層的流體密閉布置或者低流動布置(圖如)的狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)榇┩笇拥牧黧w穿透布置或者高流動布置或者高流動布置(圖4b)的狀態(tài)，所述流體穿透布置包括至少一個經(jīng)過光響應(yīng)層到穿透層的流體通路，其中通過光響應(yīng)層組件的流動被允許或增加。將結(jié)合示范實施例的描述在下面進一步闡明該方法?？偨Y(jié)起來，光(UV)響應(yīng)組件在被照射時打開并且在沒有光活化照射時關(guān)閉。下面提供若干能夠提供該功能的光響應(yīng)層的實施例，并且所述光響應(yīng)層的實施例可以被應(yīng)用于上述光響應(yīng)組件中。本領(lǐng)域的技術(shù)人員意識到本發(fā)明決不限制于下面描述的優(yōu)選實施例。 相反，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，許多修改和變化是可能的。示范實施例1本實施例對應(yīng)于通過下面描述的生產(chǎn)方法來制備的圖2b的光響應(yīng)層。在本實施例中，光響應(yīng)層包括材料，所述材料包括手性向列相(膽留)結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域的材料，所述材料因此包括交替的平面取向分子和隨機取向分子。平面取向分子的區(qū)域形成第一區(qū)域， 而具有隨機取向的分子的即各向同性的區(qū)域形成第二區(qū)域。在該例子中，相同的復(fù)合物被施加在襯底的表面上。第一區(qū)域和第二區(qū)域的材料包含基于表1中示出的單體和特定濃度的聚合材料。表1 實施例1中使用的單體的化學(xué)結(jié)構(gòu)
權(quán)利要求
1.一種光響應(yīng)層(20)，包括第一區(qū)域(21)，所述第一區(qū)域包括第一材料，所述第一材料包括具有光響應(yīng)部分的分子，其中當(dāng)所述光響應(yīng)部分暴露于光活化照射時，所述光響應(yīng)層00)的所述第一區(qū)域能夠進行可逆的幾何改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光響應(yīng)層，其中所述第一材料包括第一分子排列相。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光響應(yīng)層，其中所述幾何改變提供所述光響應(yīng)層OO)的形貌改變。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的光響應(yīng)層，其中當(dāng)所述光響應(yīng)部分未暴露于光活化照射時，所述第一區(qū)域能夠進行相反的幾何改變。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的光響應(yīng)層，其中所述第一材料是液晶聚合物材料。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的光響應(yīng)層，其中所述第一分子排列相是向列相。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的光響應(yīng)層，其中所述光響應(yīng)部分是能夠進行光異構(gòu)化的部分。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的光響應(yīng)層，進一步包括第二區(qū)域(22)，所述第二區(qū)域0 包括當(dāng)暴露于光活化照射時能夠進行可逆的幾何改變的第二材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光響應(yīng)層，其中所述第二區(qū)域0 包括具有不同于所述第一分子排列相的第二分子排列相的、包括具有光響應(yīng)部分的分子的第二材料，其中當(dāng)所述第二區(qū)域0 的所述光響應(yīng)部分暴露于光活化照射時，所述第二區(qū)域0 能夠進行幾何改變，其中所述幾何改變不同于所述第一區(qū)域的幾何改變。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的光響應(yīng)層，其中所述第二材料是液晶聚合物材料。
11.一種光響應(yīng)層組件(40)，包括-流體穿透層(42)，以及-被布置接觸于所述穿透層G2)的、根據(jù)權(quán)利要求1-10中的任意一項所述的光響應(yīng)層 (41),其中在光活化照射下，所述光響應(yīng)層Gl)能夠進行形貌改變，所述形貌改變允許打開至少一個經(jīng)過所述光響應(yīng)層Gl)和所述穿透層0 的流體通路(45)，從而允許通過所述光響應(yīng)層組件GO)的流體的流動或增加的流動。
12.—種控制根據(jù)權(quán)利要求11所述的光響應(yīng)層組件GO)的方法，包括將所述光響應(yīng)層暴露于光活化照射，以使得所述光響應(yīng)層Gl)進行響應(yīng)于光活化照射的形貌改變，借此光響應(yīng)層Gl)從所述流體穿透層0 的流體密閉布置或者低流動布置的狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)樗隽黧w穿透層0 的流體穿透布置或者高流動布置的狀態(tài)，所述流體穿透布置包括至少一個經(jīng)過所述光響應(yīng)層到所述穿透層的流體通路(45)，其中通過所述光響應(yīng)層組件00)的流動被允許或增加。
13.一種流體凈化設(shè)備(10)，包括具有流體入口(12)和流體出口(13)的UV輻射腔 (11)、以及布置于所述流體入口(1 或流體出口(π)中的流動控制設(shè)備(14)，其中所述流動控制設(shè)備(14)包括根據(jù)權(quán)利要求1-10中的任意一項所述的光響應(yīng)層00)或者根據(jù)權(quán)利要求11所述的光響應(yīng)層組件GO)。
14.一種生產(chǎn)根據(jù)權(quán)利要求1-10中的任意一項所述的光響應(yīng)層的方法，包括-提供襯底(51)，-在所述襯底上施加復(fù)合物從而形成襯底上的層(52)，其中所述復(fù)合物包括響應(yīng)于UV 輻射并且能夠形成分子排列相的單體、和/或響應(yīng)于UV輻射的單體以及能夠形成分子排列相的單體、和光引發(fā)劑，-通過光聚合選擇性地聚合所述層的第一區(qū)域；-通過加熱、施加電場或外部磁場，重新布置所述第二區(qū)域(2 中的單體；以及 -通過光聚合，允許所述第二區(qū)域0 聚合。
15. 一種生產(chǎn)根據(jù)權(quán)利要求1-10中的任意一項所述的光響應(yīng)層的方法，包括 -在襯底(6 上提供不連續(xù)層(61)；-在未被所述不連續(xù)層覆蓋的所述襯底的至少一個區(qū)上，施加包括光響應(yīng)的單體和可選的光引發(fā)劑的復(fù)合物(63)，因而形成所述第一區(qū)域；以及-可選地通過光聚合，聚合所述第一區(qū)域的單體/允許所述第一區(qū)域的單體壞入水口 ο
全文摘要
本發(fā)明涉及可以例如在水凈化設(shè)備中被用來控制液體的流動的光響應(yīng)層以及層組件。根據(jù)本發(fā)明的光響應(yīng)層包括第一區(qū)域，所述第一區(qū)域包括第一材料，所述第一材料包括具有光響應(yīng)部分的分子，其中當(dāng)所述光響應(yīng)部分暴露于諸如UV輻射之類的光活化照射時，光響應(yīng)層的第一區(qū)域能夠進行可逆的幾何改變。光響應(yīng)層在例如用于水凈化的UV控制的膜中是有用的。
文檔編號C02F1/32GK102574704SQ201080046507
公開日2012年7月11日 申請日期2010年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者D·J·布羅爾, E·皮特斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司