[发明专利]有机-无机杂化材料、该材料的光学薄层、含有该材料的光学材料和制造该材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机-无机杂化、复合材料，其含有由有机化合物表面官能化的无机化合物颗粒和有机聚合物。

该混合材料可具体设置(成形)为光学薄层形式或者吸收性有色层形式。

针对本发明的目的，术语“光学薄层”通常是指使得能够形成(优选在紫外和近红外之间的波长范围内)透明的涂层的层，该波长范围包括可见光谱。

术语“透明材料、涂层”是指波长位于所关注的光谱范围内(例如上述定义的范围内)的光线能够穿过其中的材料、涂层。

还用到了术语“光学品质”膜、薄层”，这是指这些透明的膜在所关注的光谱范围内不表现出任何散射和/或吸收。

本发明还涉及包括所述层或所述有机-无机杂化材料的光学材料。

最后，本发明涉及制备该材料和这些薄层的方法。

本发明的技术领域通常可定义为无机-有机杂化或复合材料的制备领域。

表述“无机-有机杂化或复合材料”是指下述材料，该材料包含至少一种有机性质的成分(诸如有机聚合物)和至少一种无机成分(诸如金属或准金属的无机颗粒，或者金属或准金属的化合物的无机颗粒，诸如金属或准金属的氧化物的无机颗粒)。

背景技术

已记载有多种用于制造无机-有机杂化溶液或膜的方法。

如此，文献[1]描述了高折射率复合材料、其制造方法以及光学活性材料，尤其是由该复合材料制造的防反射材料和反射材料。

更具体而言，在该文献中，制备了分散在脂肪醇中的金属氧化物胶体的悬浮液；将该胶体悬浮液与能在含有醇的溶剂中溶解的聚乙烯基聚合物相混合；将所得混合物或溶胶沉积在载体上从而形成均一层，该层通过紫外线处理而交联。

在该文献中，所述胶体颗粒没有通过与有机化合物反应进行表面官能化，而仅仅是在聚乙烯基聚合物中涂布。

该文献描述的方法的用途非常有限，这是因为其仅仅涉及在主要含有水和/或醇的溶剂中可溶的聚合物。

该文献既没有描述用有机化合物对颗粒进行表面官能化的步骤，也没有描述将质子溶剂与非极性、非质子溶剂交换从而得到由有机化合物表面官能化的颗粒在非质子有机溶剂中的悬浮液的步骤。

在该文献中使用的溶剂往往是极性溶剂并且不会出现相容性问题。

最后，由于有机聚合物在水和醇中可溶，因此也没有描述将所述有机聚合物溶解在非质子、非极性有机溶剂中的可选步骤。

文献[2]描述了无机纳米颗粒在连续液相中的稳定分散液，所述无机纳米颗粒例如二氧化硅的纳米颗粒，或者用硅烷、有机酸、有机碱和醇进行了表面改性的金属氧化物的纳米颗粒。

所述连续液相选自水和有机液体，包括聚合物。

在实施例中，制备了用异辛基硅烷表面改性的二氧化硅纳米颗粒在甲苯中的悬浮液，或者用硅烷表面改性的胶态二氧化硅在超纯水中的悬浮液。

在该文献中没有描述混合溶液包含位于有机或无机聚合物溶液中的无机纳米颗粒，更不用说包含位于有机聚合物在非极性、非质子溶剂中的溶液中的无机纳米颗粒，该文献也没有提及制备包含有机聚合物的真正的无机-有机杂化材料。

此外，在文献[1]和[2]中，使用的溶剂，诸如水，基本是极性、质子溶剂。

然而，当希望制造光学品质的薄层时，某些有机聚合物的使用与水的存在不相容。实际上，对于很多有机聚合物，水是非溶剂。在含有水或其他质子溶剂的溶液中存在有机聚合物导致出现不溶解的聚合物部分。然后在薄层沉积物上可观察到较差的光学品质，尤其是由于散射而导致的品质损失。

文献[3]和[4]提出了将铜或银颗粒分散在各种有机聚合物(诸如聚(乙烯基甲基酮)、PVC、聚(偏二氟乙烯)或尼龙-11)中的可能性。这些聚合物在四氢呋喃和丙烯腈类有机溶剂中的溶解性使之能提供所述金属颗粒的良好的稳定性。在这些文献中，使用了未官能化的金属颗粒，以及未官能化的金属氧化物或羟基氧化物胶体纳米颗粒。

此外，这些文献没有描述有机-无机杂化材料的制备，尤其是具有光学品质的薄层形式的无机-有机杂化材料的制备。

文献[5]涉及含有有机基质的纳米复合物，尤其是由聚合物和纳米颗粒制成的纳米复合物，这些纳米颗粒各自包含至少一种金属硫化物的纳米晶体，其表面用具有至少一个芳基基团的羧酸进行改性。

通过形成非碱金属与羧酸的盐在非极性、非质子溶剂中的溶液，并将硫化物加入到该溶液中，以及通过加入第三种溶剂使所形成的纳米颗粒析出而制备所述纳米颗粒。