[发明专利]多层复合结晶胶态阵列膜

说明书

关于联邦政府资助研究的声明

本发明在由AFRL奖赏的合约FA8650-05-2-5042下的政府支持下作出。政府可能在本发明中可能具有某些权利。

发明领域

本发明涉及辐射衍射薄膜材料，更特别地涉及具有不同颗粒的交替层的保持在基体组合物中的颗粒的周期阵列。

发明背景

已经将基于结晶胶态阵列的辐射衍射材料用于各种目的。结晶胶态阵列(CCA)是单分散胶态颗粒的三维有序阵列。该颗粒一般由聚合物如聚苯乙烯组成。颗粒的这些胶态分散能自组装成具有比得上紫外线、可见或红外辐射的波长的点阵间隔的有序阵列(结晶结构)。结晶结构已经用于从广谱的入射辐射过滤选定波长的狭窄频带，同时允许邻近的辐射波长的传播。或者，将CCA制造以衍射用作着色剂标记物、光交换机、光限幅器和传感器的辐射。许多这些装置已经由分散颗粒在液体介质中产生，借此颗粒自组装成有序阵列。在阵列中颗粒的位置可由颗粒的相互聚合或通过引入溶胀并将颗粒锁定在一起的溶剂而固定。

其它CCA由在载体中的同样带电荷的单分散颗粒的分散体产生。将分散体施涂到基材，将载体蒸发以产生颗粒的有序周期阵列。将阵列通过用可固化聚合物如丙烯酸类聚合物、聚氨酯、醇酸聚合物、聚酯、含硅氧烷聚合物、多硫化物或含环氧的聚合物来涂覆阵列而固定就位。用于生产这样的CCA的方法公开在U.S.专利No.6,894,086，在此引入作为参考。或者，该颗粒具有核壳结构，其中该核由如上所述用于单一颗粒的上述材料产生，该核由与核材料相同的聚合物产生，颗粒壳的聚合物不同于用于核壳颗粒的特定阵列的核材料。这样的核壳颗粒及其生产方法公开在例如U.S.专利申请公开No.2007/0100026，在此引入作为参考。

在这些单一颗粒或核壳颗粒的阵列中，根据布拉格定律的结构衍射，其中将满足布拉格条件的辐射反射同时将不满足布拉格条件的邻近的光谱区传输通过该装置。虽然反射辐射的波长部分地由阵列的有效折射率决定，反射辐射的强度还与阵列中颗粒和围绕的基质之间的折射率差值成比例。

发明概述

本发明涉及包括第一颗粒和第二颗粒的交替层的多层复合材料，其中将第一颗粒以有序周期阵列排列并保持在基质组合物中，第二颗粒在阵列或基质组合物或二者中接收。也包括多层复合材料，其包括保持在基质组合物中的复合颗粒的有序周期阵列，其中复合颗粒包括聚合物有机部分和无机部分。本发明也包括产生多层复合材料的方法，其包括提供包含保持在基质中的周期阵列的有机聚合物颗粒的主要组分，以及在主要组分中原位形成无机颗粒。用这样的方式，本发明进一步包括复合材料，所述复合材料包含含有保持在基质组合物中的有机聚合物颗粒有序阵列的第一组分和包含注入第一组分的无机颗粒相的第二组分。

附图简要说明

图1是本发明的辐射衍射材料的示意横截面；

图2是示意的图1的详图；和

图3是根据本发明生产的多层复合材料的透射式电子显微镜照片。

发明详细说明

对以下详细说明来说，当理解的是本发明可假定各种替代的变化形式和步骤顺序，除非其中另有相反的明确说明。此外，除了在任何操作实施例或其中另有说明，用于说明书和权利要求书中的所有数字表达例如组分的用量当理解为在所有情况下由术语“大约”修饰。因此，除非有相反知识，在下面的说明和所附权利要求中阐述的数值参数是近似值且可取决于由本发明获得的要求的性质而变化。至少，以及不是作为限制权利要求范围的等价物的准则的应用，每个数值参数当至少视为按照记录的有效数字以及通过采用普通的四舍五入方法的数值。不管前面述及的数值范围和参数，发明的宽范围是近似值，在具体的实施例中阐述的数值尽可能精确记录。然而，任何数值固有地包含在各自试验测量中发现的标准物变化必要引起的一定的误差。

此外，当理解的是这里叙述的任何数值范围用来包括这里包含的所有子范围。例如，范围“1到10”是用来包括述及的最小值1和述及的最大值10之间(和包括)的所有子范围，具有等于或大于1的最小值和等于或小于10的最大值。

在本申请中，使用单数包括复数以及复数包括单数，除非另有明确地说明。此外，在本申请中，使用“或”表示“和/或”，除非另有明确说明，即使“和/或”可明确地用于某些特定的情况。

术语“聚合物”指的是包括均聚物、共聚物和低聚物。术语“金属”包括金属、金属氧化物和非金属。术语“注入”和相关术语(如名词注入)指的是从液相中渗入。