用于產生光子結構冰塊的方法和裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及有色冰塊，其中色彩是通過嵌入冰塊的容積內的周期性或準周期性納米或微米結構來實現的，周期性或準周期性納米或微米結構充當光子結構。本發明專利技術還公開了用于生產該有色冰塊的裝置和方法。

Method and apparatus for producing photonic structured ice

The invention relates to a colored ice, the color is through periodic embedded within the volume of ice or quasi periodic nano or micron structure to achieve, periodic or quasi periodic nano or micron structure as photonic structures. The invention also discloses a device and a method for producing the colored ice block.

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于產生光子結構冰塊的方法和裝置
本專利技術涉及冰的生產。更特別地，本專利技術涉及用于通過生產光子結構冰塊來對冰塊著色的方法和裝置。
技術介紹
冰塊廣泛地用于冷卻飲料，其中飲料可以是軟飲料、水、酒精飲料、雞尾酒、奶昔和許多其它飲料。有許多不同類型的冰，包括例如冰塊、半冰塊、礦塊冰、片冰、新月狀冰、水果冰和形成在垂直管的內表面上且以小的中空筒狀體的形式生產的冰塊。透明冰類型的生產技術涉及到慢速冷卻，其會導致從冷的表面/界面朝向外周逐層固化。冰塊有時優選于碎冰，因為它們融化的更慢；冰塊在需要冰的混合式飲料中是標準的，在該情況下飲料被稱為“在石頭上”。雖然商用冰塊以不同的尺寸和形狀存在，到目前為止尚不存在對冰著色而不破壞飲料的顏色或味道的工業解決方案。對冰塊著色或者在冰塊內產生可見圖案會使得飲料更吸引人并且在視覺上使用戶更感興趣，并且因此當客戶需要在各種類似飲料之間選擇時會脫穎而出。其還可以用于傳達商業消息或者用于對冰塊“烙印”。因此，用于在冰塊中著色或者用于產生可見圖案的技術在商業上是令人期待的。冰塊的標準著色方法是通過使用食物著色和/或其它有色可食材料。然而，這些材料在冰融化時會與飲料混合且會影響飲料的顏色和/或味道。食物著色的使用也被很多用戶認為是不健康的且因此不可取。光子結構或晶體是周期性或準周期性光學結構，典型的是納米弧微米結構，其影響光子的運動并且可以通過產生各種干涉圖案而生成色彩。光子結構可能由柱形、錐形、球形或任何系列的幾何結構、組合或排列、突起或凹處構成。也稱為光子結構的維度或“特征尺寸”的特征之間的高度、直徑和間距(即，峰間距離減去所述特征的尺寸)在50-5000nm的范圍內。300-800nm的維度適合于可見譜范圍內的強光衍射。用于實現色彩的另一條件是冰(具有1.31的折射率)和與冰接觸的材料(在為空氣的情況下折射率幾乎為1)之間的折射率差。光子結構本質上是普通的(例如，天然出現的光子結構，參見：PeteVukusic&J.RoySambles，Nature424，852-855，2003年8月14日，doi：10.1038/nature01941)且用于各種應用。一些生產在其表面上具有光子結構的透明冰的工藝出現了獨特的難題。將光子結構引入冰塊的廉價的方法是主要難題，這主要受納米結構模板生產成本影響。在一些情況下用于成型的模板是由有機聚合物制成且利用浮凸技術來復制，從而具有廉價的模具重現、高耐用性和食物兼容性。然而，這些模板產生疏水表面，因而水不會透過/進入模具的納米特征，并且不會使表面變濕。結果，不能實現期望的微米/納米結構冰表面。專利技術概述通過使用嵌入冰塊內的光子結構來產生視覺效果，本專利技術允許將新的且獨特的顏色添加到冰塊中，而不會由于冰塊融化而對飲料的顏色或味道有任何影響。光子結構在冰塊的容積內，并且因此僅在周圍的外冰已經融化后才融化。根據本專利技術的一個實施方案，用于生產本專利技術的冰塊的裝置包括：具有冰模具底座的平坦背部，其中冰結構模具底座包括光子結構，其中在所述背部的下半部中，冰模具底座是具有光子結構的提升的冰結構模具底座；外周冰模具底座，其是能夠被加熱的平坦表面；柵格，其能夠利用橫桿確切地對折且能夠使氣體或水通過內部通道；冷卻系統；超聲振蕩器；以及表面處理裝置。利用上述裝置用于生產根據本專利技術的有色冰塊的方法由如下構成：a)在使用冷卻系統生產冰的同時使水流經柵格；b)通過加熱外周冰面積底座和泵送壓縮空氣通過空氣管道，將柵格連同所形成的帶圖案的冰一起從模具拆除；c)在橫桿上折疊柵格以使冰塊的兩個半部相接觸且結合兩個半部或者通過使水流經柵格而進入兩個冰塊半部之間的狹縫、冷凍且結合兩個半部；以及d)從折疊的柵格排出有色冰塊。根據本專利技術的另一實施方案的裝置，其適合于生產有色冰塊，包括：模具底座，其在下側具有模具指形件，其中模具指形件由具有光子結構的表面構成；在所述裝置的上側的冷卻系統；用于在其生產結束時排出冰的排出器；超聲振蕩器；以及表面處理裝置。根據本專利技術的另一實施方案的方法，利用上述裝置來生產有色冰塊，包括：a)將所述裝置的下側浸入水中或者利用冷卻系統冷卻裝置；b)排空多余的水且利用排出器來排出穿孔冰；c)任選地，將步驟b中所生產的穿孔冰放置到冰塊模具中；d)任選地，利用水填充冰塊模具且冷凍；以及e)任選地，從模具中排出冰塊。根據編碼方案的又一實施方案，提供一種用于生產有色冰塊的裝置，包括：位于腔室內的活塞頭，其中所述活塞頭的上表面由具有在冷卻系統之上的光子結構表面的冰模具底座構成，腔室壁具有允許水進入腔室內的填充孔；以及表面處理裝置。根據本專利技術的再一實施方案的方法利用上述裝置來生產有色冰塊，包括：a)將腔室浸入水中或者以及下放活塞頭一個槽口以允許水通過壁中的孔進入通道；b)利用冷卻系統冷卻冰模具底座，以使腔室中的水冷凍；c)重復步驟a-b多次；以及d)通過將活塞頭推至其上方位置而排出冰塊。附圖說明在附圖中：圖1示出了含有呈現文本的光子冰塊的一杯飲料；圖2顯示出圖1的光子冰塊的沿著圖2A的C-C平面截取的俯視圖(2A)和剖視圖(2B)；圖3是用于光子結構的兩個模具的實施例。圖3A具有衍射光柵結構(1D結構)，圖3B具有柱形結構(2D結構)；圖4是蛾眼型防反射結構的等距視圖(4A)和側視圖(4B)；圖5示出了冰凍工藝的動力學特性，其中主要的熱流來自頂部，如對于家里做的冰塊通常是這種情況。當水的上部冰凍時，氣泡被捕集(5A)，最終破壞了光子結構(5B)；圖6示出冰凍工藝的動力學特性的兩個選項，其中主熱流垂直于模具表面，如圖6A所示，其例示了在一些情況下會導致冰與模具之間的分離的局部熱梯度方面的問題，并且圖6B例示了當模具倒置且冰凍工藝中冰的膨脹推擠腔室的頂部且導致分離時的潛在問題。圖7示出了用于制作在其表面上具有納米或微米結構圖案的半透明晶質冰的正確的冷凍工藝，其中冷卻從下表面(模具表面)開始且在整個表面上是均勻的；圖8示出適合于生產光子冰塊的裝置；圖9是在冰生產過程中圖8的裝置的側視圖(9A)以及在該裝置中的一個腔室上的近距外觀(9B)；圖10顯示出在生產冰塊的工藝結束后圖8的裝置；圖11顯示出圖8的裝置的脫模工藝；圖12示出了利用圖8的裝置有色冰塊的兩個半部的結合工藝；圖13示出了圖8的裝置的排出步驟；圖14是可由圖8的裝置制成的冰塊(14A)的實施例及其剖視圖(14B)；圖15示出了根據本專利技術的其它光子冰塊。圖15A示出了具有同質光子結構(無標記)的冰塊，圖15B示出了光子冰塊，其中光子結構以字母形排列；圖16示出了增加用于最小化反射和擴大臨界角的蛾眼型結構的優點；圖17是用于生產光子冰塊的根據本專利技術的另一實施方案的裝置的概觀；圖18是圖17的裝置的仰視圖；圖19示出了使用圖17的裝置的浸水步驟；圖20示出了使用圖17的裝置的冰形成步驟；圖21示出了使用圖17的裝置的水排空步驟；圖22示出了使用圖17的裝置的冰排出步驟(22A)，以及通過所述裝置形成的穿孔冰的方案(22B)；圖23示出了根據本專利技術的實施方案將穿孔冰置于冰塊模具內；圖24示出了根據本專利技術的同一實施方案的冰塊模具閉合和填充水的步驟；圖25示出了根據本專利技術的同一實施方案的冰塊模具內的冰凍工藝；圖26示出了作為本文檔來自技高網...

【技術保護點】
有色冰塊，其中色彩通過充當光子結構的、嵌入冰塊的容積內的周期性或準周期性納米或微米結構來實現；并且其中納米或微米結構具有在50?5000nm的范圍內的特征尺寸。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.06.12 US 62/011,347;2014.09.29 US 62/056,612;1.有色冰塊，其中色彩通過充當光子結構的、嵌入冰塊的容積內的周期性或準周期性納米或微米結構來實現；并且其中納米或微米結構具有在50-5000nm的范圍內的特征尺寸。2.如權利要求1所述的有色冰塊，其中所述光子結構是衍射光柵。3.如權利要求1所述的有色冰塊，其中所述周期結構是分層結構。4.如任一前述權利要求所述的有色冰塊，進一步具有蛾眼型防反射結構。5.如任一前述權利要求所述的有色冰塊，其中所述納米或微米結構具有300-800nm的范圍的特征尺寸。6.如任一前述權利要求所述的有色冰塊，其中所述光子結構在冰塊內產生可見文本或其它標記。7.權利要求1至6中任一項的有色冰塊的制造裝置，包括：具有冰模具底座的平坦背部，其中冰結構模具底座包括光子結構，其中在所述背部的下半部中，冰模具底座是具有光子結構的提升的冰結構模具底座；外周冰模具底座，其是能夠被加熱的平坦表面；具有內部通道的柵格，其能夠利用橫桿確切地對折；以及冷卻系統。8.如權利要求7所述的裝置，還包括表面處理裝置。9.如權利要求7或8所述的裝置，還包括用于干噴射的空氣管道和用于分配來自管道的壓縮空氣的柵格中的外周通道。10.如權利要求7至9中任一項所述的裝置，其中所述柵格經加熱而用于濕噴射或結合冰塊的兩個半部。11.如權利要求10所述的裝置，其中所述柵格的加熱是通過使熱氣體或熱水通過柵格中的內部通道。12.如權利要求10所述的裝置，其中所述柵格的加熱是通過借助柵格中的加熱體施加電流。13.權利要求1至6中任一項的有色冰塊的生產裝置，包括：模具底座，其在下側具有模具指形件，其中結構化模具指形件由具有光子結構的表面構成；在所述裝置的上側的冷卻系統；以及用于在其生產結束時排出冰的排出器。14.如權利要求13所述的裝置，還包括表面處理裝置。15.權...

【專利技術屬性】
技術研發人員：E·莫爾，
申請(專利權)人：E·莫爾，
類型：發明
國別省市：以色列,IL