[发明专利]复合光学材料的制造

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及制造复合光学材料的方法且涉及通过这样的方法可获得的复合材料。本发明对显示结构颜色特征的材料具有特定的但不排他的适用性。

相关技术

天然蛋白石从由直径150-400nm的单分散二氧化硅球组成的域(domain)构成。这些球是紧密堆积的且因此形成在每个域内的规则的三维晶格结构。这些蛋白石的颜色作用由入射光在域的晶格面处的布拉格样散射产生。

生产合成的蛋白石样材料是已知的。例如,US-A-4,703,020公开了通过允许二氧化硅球从水分散体沉积来形成这样的材料。该沉积物然后被干燥并在800℃下煅烧。随后,允许烷氧基锆溶液渗透入沉积物中的间隙中,且氧化锆通过水解沉淀在间隙中。然后,材料被再次煅烧以留下其中二氧化硅球与在间隙中的氧化锆以三维晶格被布置的结构。以该方式形成蛋白石样材料是特别费时和高成本的。其不是用于制造显著量的材料的工业上可适用的途径。

US2004/0253443(等同于WO03025035)公开了由芯-壳颗粒形成的模制主体。每个颗粒由坚实的芯形成,且坚实的芯具有单分散的粒度分布。每个颗粒具有围绕芯形成的壳。芯和壳具有不同的折射率。在该文件中的一个实施方案中,芯由交联聚苯乙烯形成,且壳由聚丙烯酸酯例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)形成。在该情况下,芯具有相对高的折射率,而壳具有相对低的折射率。聚合物中间层可以设置在芯和壳之间,以将壳粘附至芯。芯-壳颗粒的粒剂被加热和挤压以产生膜。在该加热和挤压步骤,壳材料是软的,但芯材料仍然是坚实的。芯形成三维周期晶格布置,而壳材料成为基质材料。所得到的材料显示光学乳光效应(optical opalescent effect)。无机纳米微粒(例如金属纳米微粒或半导体纳米微粒)可以并入到芯之间的间隙中,以向材料提供增强的功能。US2004/0253443提出了解释芯颗粒在基质中的排序的机制,但这些没有被充分解释。

US2005/0142343(等同于WO03064062)提供了与US2004/0253443相似的公开内容。然而,额外地,对比材料例如颜料储存在基质中,以增强光学效应。

US2005/0228072(等同于WO03106557)提供了与US2004/0253443相似的公开内容。然而,额外地,加入另外的材料以控制复合材料的机械性质。该另外的材料是例如热塑性橡胶聚合物。

WO2004096894提供了与US2004／0253443相似的公开内容,且额外提出将复合材料挤出为片和随后滚压材料。结果被报告为均一的颜色效应,这取决于视角。

Pursiainen等人[O.Pursiainen,J.Baumberg,H.Winkler,B.Viel,P. Spahn和T.Ruhl“Nanoparticle-tuned structural color from polymer opals”Optics Express,2007年7月23日,第15卷第15期,9553]讨论了并入纳米微粒对使用芯-壳聚合颗粒形成的柔性聚合物蛋白石的光学性质的影响。芯-壳颗粒的芯由聚苯乙烯形成,而外部壳由聚丙烯酸乙酯形成。颗粒的排序通过使在两个外部覆盖层之间的颗粒在压缩下流动来实现。

发明概述

本发明人认为上面所讨论的用于制造复合光学材料的现有方法具有一些缺点。例如,尽管实现一些排序,但依靠单轴挤压并不一定实现高的芯颗粒排序度。相似的评论适用于通过滚压来挤压。因为上面所讨论的所关心的光学效应的实现取决于材料中的排序度,所以开发改进的用于以工业上可应用的方式产生有用的排序度的工艺是非常关心的。