纳米双材料电磁频谱移频器制造技术

本发明专利技术公开一种纳米双材料(A,B)、基于所述纳米双材料(A,B)的电磁频谱移频器、以及一种使用所述纳米双材料(A,B)制造所述电磁频谱移频器的方法。具体地讲，本发明专利技术提供具有宽范围的透射率和颜色可调谐性的基于纳米双材料的电磁频谱移频器，例如滤色器，以及制造这种滤色器的方法。在此还提供本发明专利技术在滤色器的应用和滤色器的制造、在反射器的应用和反射器的制造、在电磁频谱移频器的应用和电磁频谱移频器的制造等方面。

Nanomaterial electromagnetic frequency shift frequency shifter

The invention discloses a A (B), an electromagnetic frequency shift frequency shifter based on the A (B), and a method for the manufacture of the frequency shift frequency frequency shifter using the A (B). Specifically, the invention provides an electromagnetic spectrum frequency shifter with a wide range of transmittance and color tunability based on nanomaterials, such as a filter, and a method for making the color filter. This invention also provides the application of the color filter, the manufacture of the color filter, the application of the reflector and the manufacture of the reflector, the application of the electromagnetic frequency shift frequency shifter and the manufacture of the electromagnetic frequency shift frequency shifter.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】纳米双材料电磁频谱移频器相关申请的交叉引用本申请要求2015年9月30日提交的美国临时专利申请序列号62/234,662和2016年9月30日提交的美国非临时专利申请序列号15/281,087的优先权；该专利申请的公开内容通过引用整体并入本文。
本专利技术涉及一种纳米双材料电磁频谱移频器，该电磁频谱移频器是基于所述纳米双材料的，本专利技术还涉及一种使用纳米双材料制造这种滤色器的方法。所述纳米双材料包括两种材料，其中至少一种所述材料是基于金属的。具体而言，本专利技术提供了具有宽范围的透射率和颜色可调谐性的所述基于纳米双材料的电磁频谱移频器，以及制造这种电磁频谱移频器的方法。
技术介绍
当光通过滤色器时，一些色彩成分被去除。这被称为减色。例如，品红滤色器会去除绿色，使蓝色和红色的颜色传播。一般的彩色滤色器利用了颜料和染料分子（彩色凝胶/照明凝胶/凝胶）的吸收（参见图1中的实例）或多层薄膜（二向色性滤色器）的反射。前者需要较厚的基材以产生所需的颜色效果，但是导致低透射率（通常<40％），而后者需要精确的多层沉积薄膜，这在制造中会耗费时间。当前技术的例子是：•彩色凝胶（即滤色器/照明凝胶/凝胶）->吸收+透射•二向色性滤色器（即薄膜滤色器/干涉滤色器）->反射+透射•中性密度滤色器（即ND滤色器）->降低整体光谱的强度通过利用表面等离子体振子谐振(SPR)，可以实现减色，产生相似的颜色效应，并且相应的制造工艺相对简单。贵金属纳米粒子已被证实能引起各种颜色，具体取决于它们的形状、大小、分布和周围介质。所感知的颜色是由贵金属本身的吸收特性（固有性质）以及纳米粒子的尺寸和几何形状引起的散射产生的。然而，使用单金属纳米粒子只能通过改变其尺寸来产生颜色调谐。因此，调色范围有所限制。为了克服常规的贵金属纳米粒子的缺点，迫切需要一种用于滤色器的具有更宽范围的透射率和颜色可调谐性的新型材料及其相关的制造方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是制造一种用于包括滤色器和反射器的电磁频谱移频器的纳米双材料，以产生更宽的透射范围和颜色可调谐性。根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于制造基于纳米双材料的电磁频谱移频器的纳米双材料。所述纳米双材料包括两种材料，其中至少一种所述材料是基于金属的。所述两种材料可以都是基于金属的。在本专利技术中，当所述两种材料都是基于金属时，它们优选是两种不一样（或不同）的金属。所述材料中的一种是基于金属的，而另一种是无机化合物，这也是可以的。根据本专利技术的第二方面，提供了一种使用所述纳米双材料制造所述电磁频谱移频器的方法，其中至少一种所述材料是基于金属的。所述两种材料可以都是基于金属的。在本专利技术中，当所述两种材料都是基于金属时，它们优选是两种不一样的金属。所述材料中的一种是基于金属的，而另一种是无机化合物，这也是可以的。根据本专利技术的第三方面，提供了一种可调谐电磁频谱移频器，其包括：至少两种不同的纳米粒子，所述纳米粒子被作为至少一个层沉积到一个或多个透明、半透明或反射性基材的至少一个表面上；其中电磁频谱移频是通过所述的至少两种不同纳米粒子的至少一个层中的所述不同纳米粒子之间的等离子体振子耦合实现；其中所述不同纳米粒子在所述的一个或多个透明、半透明或反射性基材的至少一个表面上彼此紧密接近；并且其中每对的所述不同纳米粒子中的两个纳米粒子的相对位置相对于其他对的所述不同纳米粒子处于随机三维方向上，使得所述的至少两种不同纳米粒子的至少一个层中的每一个层中的所述不同纳米粒子不被布置为如下结构：一种纳米粒子的一个层堆叠在另一种纳米粒子的另一个层的顶部。在本专利技术的第三方面的第一实施方案中，提供了一种可调谐电磁频谱移频器，其还包括进一步沉积的至少一个透明保护层，以保护所述的至少两种不同被沉积纳米粒子的至少一个层。在本专利技术的第三方面的第二实施方案中，提供了一种可调谐电磁频谱移频器，其中所述的至少两种不同纳米粒子的至少一个层中的任何一个层的厚度为至少1nm且不超过15nm，或者所述的至少两种不同纳米粒子的至少一个层中的任何一个层的厚度等于或小于所述至少两种不同被沉积纳米粒子中的任何一种被沉积纳米粒子的临界厚度。在本专利技术的第三方面的第三实施方案中，提供了一种可调谐电磁频谱移频器，其中所述至少两种不同纳米粒子中的任何一种纳米粒子的平均纳米粒子尺寸按圆盘直径计在10nm至60nm的范围内。在本专利技术的第三方面的第四实施方案中，提供了一种可调谐电磁频谱移频器，其中所述至少两种不同纳米粒子之间的距离至少为1nm，使得所述至少两种不同纳米粒子彼此紧密接近，或者所述至少两种不同纳米粒子之间的距离等于或小于所述至少两种不同纳米粒子中的任何一种纳米粒子的临界厚度。在本专利技术的第三方面的第五实施方案中，提供了一种可调谐电磁频谱移频器，其中所述至少两种不同纳米粒子包含一种纳米金属粒子和至少一种其他不同纳米粒子，所述的一种纳米金属粒子和至少一种其他不同纳米粒子依次沉积到所述的一个或多个透明、半透明或反射性基材的至少一个表面上，以形成所述的至少两种不同纳米粒子的至少一个层。在本专利技术的第三方面的第六实施方案中，提供了一种可调谐电磁频谱移频器，其中所述一种纳米金属粒子是由如下这些金属组成：这些金属具有近紫外区域或可见光谱区域的屏蔽等离子体频率，使得在存在紧靠所述一种纳米金属粒子的所述至少一种其他不同纳米粒子的情况下，由于红移现象，谐振可在可见光谱区域中被调谐，并且这些金属在可见光谱区域中具有相对较低的吸收，使得在所述移频器中导致相对较高的总体透射率。在本专利技术的第三方面的第七实施方案中，提供了一种可调谐电磁频谱移频器，其中所述至少一种其他不同纳米粒子由包含金属、金属氧化物、金属碳酸盐或无机化合物的材料组成。在本专利技术的第三方面的第八实施方案中，提供了一种可调谐电磁频谱移频器，其中当所述金属氧化物、金属碳酸盐和无机化合物是光学透明的时，所述至少一种其他不同纳米粒子的沉积厚度可超过15nm。在本专利技术的第三方面的第九实施方案中，提供了一种可调谐电磁频谱移频器，其中所述至少一种其他不同纳米粒子在所述移频器中用作修色剂。在本专利技术的第三方面的第十实施方案中，提供了一种可调谐电磁频谱移频器，其中所述移频器的透射和/或颜色可通过改变用于所述至少两种不同纳米粒子中的任何一种或多种纳米粒子的材料来调谐，和/或可通过改变所述至少两种不同纳米粒子中的任何一种或多种纳米粒子的沉积厚度来调谐。在本专利技术的第三方面的第十一实施方案中，提供了一种可调谐电磁频谱移频器，其中所述透明或半透明基材包括玻璃、石英、熔融二氧化硅和蓝宝石，并且其中所述基材具有平滑的且无标记或无纹理的表面。在本专利技术的第三方面的第十二实施方案中，提供了一种可调谐电磁频谱移频器，其中所述至少两种不同纳米粒子中的一种纳米粒子是基于金属的，而所述至少两种不同纳米粒子中的另一种纳米粒子是基于金属的或者是无机化合物。在本专利技术的第三方面的第十三实施方案中，提供了一种可调谐电磁频谱移频器，其中所述至少两种不同纳米粒子中的所述一种纳米粒子是银纳米粒子或铝纳米粒子，而所述至少两种不同纳米粒子中的所述另一种纳米粒子包含铬、铝、钛、氧化鉬（MoO3）、碳酸銫（Cs2CO3）和氟化鋰（LiF）的纳米粒子。在本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可调谐电磁频谱移频器，包括：至少两种不同的纳米粒子，所述纳米粒子被作为至少一个层沉积到一个或多个透明、半透明或反射性基材的至少一个表面上；其中电磁频谱移频是通过所述的至少两种不同纳米粒子的至少一个层中的所述不同纳米粒子之间的等离子体振子耦合实现；其中所述不同纳米粒子在所述的一个或多个透明、半透明或反射性基材的至少一个表面上彼此紧密接近；并且其中每对的所述不同纳米粒子中的两个纳米粒子的相对位置相对于其他对的所述不同纳米粒子处于随机三维方向上，使得所述的至少两种不同纳米粒子的至少一个层中的每一个层中的所述不同纳米粒子不被布置为如下结构：一种纳米粒子的一个层堆叠在另一种纳米粒子的另一个层的顶部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.30 US 62/2346621.一种可调谐电磁频谱移频器，包括：至少两种不同的纳米粒子，所述纳米粒子被作为至少一个层沉积到一个或多个透明、半透明或反射性基材的至少一个表面上；其中电磁频谱移频是通过所述的至少两种不同纳米粒子的至少一个层中的所述不同纳米粒子之间的等离子体振子耦合实现；其中所述不同纳米粒子在所述的一个或多个透明、半透明或反射性基材的至少一个表面上彼此紧密接近；并且其中每对的所述不同纳米粒子中的两个纳米粒子的相对位置相对于其他对的所述不同纳米粒子处于随机三维方向上，使得所述的至少两种不同纳米粒子的至少一个层中的每一个层中的所述不同纳米粒子不被布置为如下结构：一种纳米粒子的一个层堆叠在另一种纳米粒子的另一个层的顶部。2.一种可调谐电磁频谱滤色器，包括：至少两种不同的纳米粒子，所述纳米粒子被作为至少一个层沉积到一个或多个透明或半透明基材的至少一个表面上；其中电磁频谱滤色是通过所述的至少两种不同纳米粒子的至少一个层中的所述不同纳米粒子之间的等离子体振子耦合实现；其中所述不同纳米粒子在所述的一个或多个透明或半透明基材的至少一个表面上彼此紧密接近；并且其中每对的所述不同纳米粒子中的两个纳米粒子的相对位置相对于其他对的所述不同纳米粒子处于随机三维方向上，使得所述的至少两种不同纳米粒子的至少一个层中的每一个层中的所述不同纳米粒子不被布置为如下结构：一种纳米粒子的一个层堆叠在另一种纳米粒子的另一个层的顶部。3.一种可调谐电磁频谱反射器，包括：至少两种不同的纳米粒子，所述纳米粒子被作为至少一个层沉积到一个或多个反射性基材的至少一个表面上；其中电磁频谱滤色是通过所述的至少两种不同纳米粒子的至少一个层中的所述不同纳米粒子之间的等离子体振子耦合实现；其中所述不同纳米粒子在所述的一个或多个反射性基材的至少一个表面上彼此紧密接近；并且其中每对的所述不同纳米粒子中的两个纳米粒子的相对位置相对于其他对的所述不同纳米粒子处于随机三维方向上，使得所述的至少两种不同纳米粒子的至少一个层中的每一个层中的所述不同纳米粒子不被布置为如下结构：一种纳米粒子的一个层堆叠在另一种纳米粒子的另一个层的顶部。4.根据权利要求1所述的可调谐电磁频谱移频器，其中所述移频器还包括进一步沉积的至少一个透明保护层，以保护所述的至少两种不同被沉积纳米粒子的至少一个层。5.根据权利要求2所述的可调谐电磁频谱滤色器，其中所述滤色器还包括进一步沉积的至少一个透明保护层，以保护所述的至少两种不同被沉积纳米粒子的至少一个层。6.根据权利要求3所述的可调谐电磁频谱反射器，其中所述反射器还包括进一步沉积的至少一个透明保护层，以保护所述的至少两种不同被沉积纳米粒子的至少一个层。7.根据权利要求4所述的可调谐电磁频谱移频器，其中所述透明保护层包含氧化铝和聚甲基丙烯酸甲酯。8.根据权利要求5所述的可调谐电磁频谱滤色器，其中所述透明保护层包含氧化铝和聚甲基丙烯酸甲酯。9.根据权利要求6所述的可调谐电磁频谱反射器，其中所述透明保护层包含氧化铝和聚甲基丙烯酸甲酯。10.根据权利要求1所述的可调谐电磁频谱移频器，其中所述的至少两种不同纳米粒子的至少一个层中的任何一个层的厚度为至少1nm且不超过15nm。11.根据权利要求2所述的可调谐电磁频谱滤色器，其中所述的至少两种不同纳米粒子的至少一个层中的任何一个层的厚度为至少1nm且不超过15nm。12.根据权利要求3所述的可调谐电磁频谱反射器，其中所述的至少两种不同纳米粒子的至少一个层中的任何一个层的厚度为至少1nm且不超过15nm。13.根据权利要求1所述的可调谐电磁频谱移频器，其中所述的至少两种不同纳米粒子的至少一个层中的任何一个层的厚度等于或小于所述至少两种不同被沉积纳米粒子中的任何一种被沉积纳米粒子的临界厚度。14.根据权利要求2所述的可调谐电磁频谱滤色器，其中所述的至少两种不同纳米粒子的至少一个层中的任何一个层的厚度等于或小于所述至少两种不同被沉积纳米粒子中的任何一种被沉积纳米粒子的临界厚度。15.根据权利要求3所述的可调谐电磁频谱反射器，其中所述的至少两种不同纳米粒子的至少一个层中的任何一个层的厚度等于或小于所述至少两种不同被沉积纳米粒子中的任何一种被沉积纳米粒子的临界厚度。16.根据权利要求1所述的可调谐电磁频谱移频器，其中所述至少两种不同纳米粒子中的任何一种纳米粒子的平均纳米粒子尺寸按圆盘直径计在10nm至60nm的范围内。17.根据权利要求2所述的可调谐电磁频谱滤色器，其中所述至少两种不同纳米粒子中的任何一种纳米粒子的平均纳米粒子尺寸按圆盘直径计在10nm至60nm的范围内。18.根据权利要求3所述的可调谐电磁频谱反射器，其中所述至少两种不同纳米粒子中的任何一种纳米粒子的平均纳米粒子尺寸按圆盘直径计在10nm至60nm的范围内。19.根据权利要求1所述的可调谐电磁频谱移频器，其中所述至少两种不同纳米粒子之间的距离至少为1nm，使得所述至少两种不同纳米粒子彼此紧密接近。20.根据权利要求2所述的可调谐电磁频谱滤色器，其中所述至少两种不同纳米粒子之间的距离至少为1nm，使得所述至少两种不同纳米粒子彼此紧密接近。21.根据权利要求3所述的可调谐电磁频谱反射器，其中所述至少两种不同纳米粒子之间的距离至少为1nm，使得所述至少两种不同纳米粒子彼此紧密接近。22.根据权利要求1所述的可调谐电磁频谱移频器，其中所述至少两种不同纳米粒子之间的距离等于或小于所述至少两种不同纳米粒子中的任何一种纳米粒子的临界厚度。23.根据权利要求2所述的可调谐电磁频谱滤色器，其中所述至少两种不同纳米粒子之间的距离等于或小于所述至少两种不同纳米粒子中的任何一种纳米粒子的临界厚度。24.根据权利要求3所述的可调谐电磁频谱反射器，其中所述至少两种不同纳米粒子之间的距离等于或小于所述至少两种不同纳米粒子中的任何一种纳米粒子的临界厚度。25.根据权利要求1所述的可调谐电磁频谱移频器，其中所述至少两种不同纳米粒子包含一种纳米金属粒子和至少一种其他不同纳米粒子，所述的一种纳米金属粒子和至少一种其他不同纳米粒子依次沉积到所述的一个或多个透明、半透明或反射性基材的至少一个表面上，以形成所述的至少两种不同纳米粒子的至少一个层。26.根据权利要求2所述的可调谐电磁频谱滤色器，其中所述至少两种不同纳米粒子包含一种纳米金属粒子和至少一种其他不同纳米粒子，所述的一种纳米金属粒子和至少一种其他不同纳米粒子依次沉积到所述的一个或多个透明、半透明或反射性基材的至少一个表面上，以形成所述的至少两种不同纳米粒子的至少一个层。27.根据权利要求3所述的可调谐电磁频谱反射器，其中所述至少两种不同纳米粒子包含一种纳米金属粒子和至少一种其他不同纳米粒子，所述的一种纳米金属粒子和至少一种其他不同纳米粒子依次沉积到所述的一个或多个透明、半透明或反射性基材的至少一个表面上，以形成所述的至少两种不同纳米粒子的至少一个层。28.根据权利要求25所述的可调谐电磁频谱移频器，其中所述一种纳米金属粒子是由如下这些金属组成：这些金属具有在近紫外区域或可见光谱区域屏蔽等离子体频率，使得在存在紧靠所述一种纳米金属粒子的所述至少一种其他不同纳米粒子的情况下，由于红移现象，谐振可在可见光谱区域中被调谐，并且这些金属在可见光谱区域中具有相对较低的吸收，使得在所述移频器中导致相对较高的总体透射率。29.根据权利要求26所述的可调谐电磁频谱滤色器，其中所述一种纳米金属粒子是由如下这些金属组成：这些金属具有在近紫外区域或可见光谱区域屏蔽等离子体频率，使得在存在紧靠所述一种纳米金属粒子的所述至少一种其他不同纳米粒子的情况下，由于红移现象，谐振可在可见光谱区域中被调谐，并且这些金属在可见光谱区域中具有相对较低的吸收，使得在所述滤色器中导致相对较高的总体透射率。30.根据权利要求27所述的可调谐电磁频谱反射器，其中所述一种纳米金属粒子是由如下这些金属组成：这些金属具有在近紫外区域或可见光谱区域屏蔽等离子体频率，使得在存在紧靠所述一种纳米金属粒子的所述至少一种其他不同纳米粒子的情况下，由于红移现象，谐振可在可见光谱区域中被调谐，并且这些金属在可见光谱区域中具有相对较低的吸收，使得在所述反射器中导致相对较高的总体透射率。31.根据权利要求25所述的可调谐电磁频谱移频器，其中所述至少一种其他不同纳米粒子由在可见光谱区域中具有相对较低吸收的材料组成，使得在所述移频器中导致相对较高的总体透射率。32.根据权利要求26所述的可调谐电磁频谱滤色器，其中所述至少一种其他不同纳米粒子由在可见光谱区域中具有相对较低吸收的材料组成，使得在所述滤色器中导致相对较高的总体透射率。33.根据权利要求27所述的可调谐电磁频谱反射器，其中所述至少一种其他不同纳米粒子由在可见光谱区域中具有相对较低吸收的材料组成，使得在所述反射器中导致相对较高的总体透射率。34.根据权利要求25所述的可调谐电磁频谱移频器，其中所述至少一种其他不同纳米粒子由包含金属、金属氧化物、金属碳酸盐或无机化合物的材料组成。35.根据权利要求26所述的可调谐电磁频谱滤色器，其中所述至少一种其他不同纳米粒子由包含金属、金属氧化物、金属碳酸盐或无机化合物的材料组成。36.根据权利要求27所述的可调谐电磁频谱反射器，其中所述至少一种其他不同纳米粒子由包含金属、金属氧化物、金属碳酸盐或无机化合物的材料组成。37.根据权利要求34所述的可调谐电磁频谱移频器，其中当所述金属氧化物、金属碳酸盐和无机化合物是光学透明的时，所述至少一种其他不同纳米粒子的沉积厚度超过15nm。38.根据权利要求35所述的可调谐电磁频谱滤色器，其中当所述金属氧化物、金属碳酸盐和无机化合物是光学透明的时，所述至少一种其他不同纳米粒子的沉积厚度超过15nm。39.根据权利要求36所述的可调谐电磁频谱反射器，其中当所述金属氧化物、金属碳酸盐和无机化合物是光学透明的时，所述至少一种其他不同纳米粒子的沉积厚度超过15nm。40.根据权利要求25所述的可调谐电磁频谱移频器，其中所述至少一种其他不同纳米粒子在所述移频器中用作修色剂。41.根据权利要求26所述的可调谐电磁频谱滤色器，其中所述至少一种其他不同纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢国伟，程雪莹，
申请(专利权)人：香港浸会大学，
类型：发明
国别省市：中国香港,81