[发明专利]具有光谱选择性吸收组分的结构着色材料及其制造方法

说明书

描述了结构着色颜料，其含有多个分散在介质中的光子晶体颗粒，其中每个光子晶体颗粒含有多个分散在该光子晶体颗粒内的光谱选择性吸收组分。在某些实施方式中，每个光子晶体颗粒具有预定最小数目的光子晶体结构重复单元。该结构着色物质提供了改进的反射率、长期稳定性和所需光学效应的控制。本文所述的制造技术也提供了高生产量和高产率，允许在从化妆品、油漆、招牌、传感器到包装材料的宽范围内使用。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2013年7月31日提交的美国专利申请号61/860694的在先申请日的权益。

版权声明

本专利公开可以包含受版权保护的材料。版权拥有者不反对任何人传真复制专利文献或专利公开(因为其出现在美国专利和商标局的专利文件或记录中)，但在其他方面保留任何和所有版权。

通过引用并入

本文引用的所有专利、专利申请和公开通过引用以其整体并入，以更充分地描述与本发明同时期的本领域技术人员已知的现有技术状态。

关于联邦资助研究或开发的声明

本发明部分是由基于科学研究空军办公室颁发的批准号FA9550-09-1-0669-DOD35CAP的美国政府资助来完成的。美国政府可以在本发明中具有某些权利。

发明领域

本申请涉及颜色科学。更具体地，本申请涉及提供结构着色材料，该结构着色材料提供了所需的一组可在广泛的应用中使用的性质。

背景技术

着色化学颜料在日常生活中广泛使用，并且是实现在整个可见光谱范围的颜色的主要方法。然而，这样的有机颜料具有潜在的毒性，以及在较长使用期间具有褪色倾向。

光子晶体展示源于体系几何结构的强的可调节的颜色(所谓的结构颜色)，并因而是对创新新型非褪色和环境友好的颜料的潜在候选。然而，由于它们的颜色产生于干扰效应，基于视角的观察到的颜色控制仍然是个问题。此外，当具有低于一定尺寸限制的有限尺寸的光子晶体微粒形成作为着色剂时，干涉效应衰减且多重散射变得更加突出，从而导致白色着色颜料。

一些最近的努力已经产生装载有碳纳米粉末的反蛋白石微颗粒。然而，由于在可见光波长处的宽带吸收，这些材料遭受差的反射率和暗色(dull color)。

附图简述

当考虑以下详细描述，结合附图，本发明的上述和其它目的以及优点将是明显的，其中该附图中相同的参考字符指的是相同的部分，并且其中：

图1A-1B展示了根据某些实施方式可以基于反射波长、半峰全宽和折射率对比确定光子晶体重复单元的最小数目；

图2A-2C提供了与宽带吸收剂(broadband absorber)混合的光子晶体颗粒的示意图；

图2D-2F提供了根据某些实施方式与光谱选择性吸收组分混合的光子晶体颗粒的示意图；

图3A-3C提供了根据某些实施方式形成具有光谱选择性吸收组分的球形光子晶体颗粒的示意图；

图3D展示了根据某些实施方式，如果当分散在具有二氧化硅基质的光子晶体中时，纳米颗粒壳经二氧化硅涂覆，则可以获得金纳米颗粒的更均匀分布；

图4示出了形成根据某些实施方式的球形光子晶体颗粒的图像；

图5示出了根据某些实施方式的一些具有不同尺寸的示例性的球形光子晶体颗粒的扫描电子显微镜图像(SEM)；

图6示出了根据某些实施方式的一些由不同尺寸的胶体组成的示例性的同尺寸球形光子晶体颗粒的SEM；

图7示出了根据某些实施方式的在其中掺入金纳米颗粒的球形光子晶体颗粒的SEM；