功能性多层系统技术方案

本发明专利技术涉及一种新型功能性多层系统及其在制造诸如检测装置和传感器装置的各种装置中的用途。更具体地，本发明专利技术涉及多孔多层系统，该多孔多层系统能够通过在多孔多层系统中引入合适的组分，或者借助通过多孔多层系统进行的合适组分的移置，从透明状态切换至布拉格反射器状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及新型功能性多层系统和在制造诸如检测和传感器装置的各种装置的过程中它们的用途。更具体地，本专利技术涉及多孔多层系统，该多孔多层系统通过在多孔多层系统中引入合适组分或借助通过多孔多层系统进行合适组分的移置，能够从透明状态切换成布拉格反射器状态。
技术介绍
包括拥有各种光学性质的多层结构的系统在本领域中是熟知的并且现在已经使用了许多年。已知最常见的材料对应于所谓干涉滤波器或布拉格反射器，其中干涉滤波器或布拉格反射器能够选择性地反射或透射大体包括在电磁谱的紫外和红外区之间的、一定范围的电磁频率或辐射。在典型的构造中，这种布拉格型反射器材料是通过在基板上沉积电介质材料的交替层而形成的。在这个背景下，可通过具有高折射率和低折射率的材料的交替层从而形成电介质层的叠堆来得到高度反射材料。然而，传统反射器可具有物理和光学限制，这些限制阻碍其在一些特定应用中的使用。具体地，近来出现的对更复杂的多功能系统或材料的日益增加的需求。在这些更复杂的系统之中，特别关注的是能够表现出改变电磁性质的通用性(versatile)材料，所述电磁性质直接取决于外部刺激(诸如，机械刺激、化学刺激、电刺激、热刺激或磁刺激)的施加。WO 2009/143625公开了一种可调谐光子晶体装置(也被描述为分布式布拉格反射器)，该装置包括第一材料和第二材料的交替层，所述交替层包括响应于外部刺激的响应材料；其中，响应于外部刺激，响应材料的改变导致装置的被反射波长的移位。EP-A2-0919604描述了一种变色材料，该变色材料包括含有可逆温致变色(reversibly thermochromic)材料的可逆温致变色层和含有低折射率颜料的多孔层；其中，该变色材料响应于热或水来改变其颜色。EP-A1-2080794公开了一种变色层合物，该变色层合物包括具有金属光泽性质的支承件和设置在支承件表面上的多孔层，其中，多孔层包括低折射率颜料和透明金属光泽颜料，所述透明金属光泽颜料是通过用都以分散状态固定在粘结剂树脂上的、具有色跳性质的金属氧化物和/或透明金属光泽颜料涂布透明芯材料而形成的，并且多孔层在液体吸收状态和液体未吸收状态下透明度是不同的。WO 2005/096066描述了一种(电润湿)显示元件，该显示元件包括至少两个多孔层、驻留在上层中的导电液体，所述液体与上层材料的接触角小于大约60°，下层材料是导电的并且通过电介质覆盖与液体绝缘，所述液体与下层材料的接触角大于大约90°，由此，在下层和液体之间施加电压时，液体从上层中移出，进入下层，由此实现上层的光学变化。EP 2 116 872A1公开了通过具有单维光子晶体性质的纳米粒子(nanoparticular)薄板形成的多层(介孔(mesoporous))结构、其制作方法和其用途。Sung Yeun Choi等人在《纳米快报》(Nano Lett.)(第6卷第11期，2006年，第2456-2461页)的“Mesoporous Bragg Stack Color Tunable Sensors”(介孔布拉格叠堆颜色可调谐传感器)中公开了由介孔TiO2和介孔SiO2的旋涂(spin-coated)多层叠堆构成的介孔布拉格叠堆的自组装合成、结构和光学特征。在不与上述装置的相关优点相争的情况下，仍然需要一种能够从透明状态切换成布拉格反射器状态的功能性多层系统。因此，本专利技术的一个目的是提供一种单个系统，该单个系统被设计成使得当它被暴露于入射电磁辐射时方便且容易地从透明状态转变成布拉格反射器状态(也被称为布拉格反射镜状态)。现在已经发现，可通过提供根据本专利技术的多孔多层系统来实现以上目的。有利地，根据本专利技术的多层系统能够借助在整个多层系统对合适的经选择的组分进行简单移置而从透明状态可逆地切换成布拉格反射器状态。在结合附图阅读本专利技术的以下描述之后，根据本专利技术的多孔多层系统的其它优点和更具体的性质将清楚。
技术实现思路
根据本专利技术的一方面，提供了一种多孔多层系统(1)，所述多孔多层系统(1)包括由两个多孔层(L1)(2)和(L2)(3)组成的至少一个双层(4)，其中，所述多孔层(L1)(2)和所述多孔层(L2)(3)分别包括主体材料(h1)和主体材料(h2)，其中，所述多孔层(L1)(2)中的主体材料(h1)的折射率(n1)不同于所述多孔层(L2)(3)中的主体材料(h2)的折射率(n2)，其中，所述多孔层(L1)(2)和所述多孔层(L2)(3)还分别包括(初始)孔材料(p1)和(初始)孔材料(p2)，所述多孔多层系统(1)使相对于入射电磁辐射的(整体)(初始)反射率(Rinitial)是最小的，因此使相对于入射电磁辐射的(整体)(初始)透射率(Tinitial)是最大的，所述(整体)(初始)反射率(Rinitial)和所述(整体)(初始)透射率(Tinitial)对应于所述多孔多层系统(1)的(初始)状态(Sinitial)，其中，所述多孔多层系统(1)能够(可逆地或不可逆地)从(初始)状态(Sinitial)切换(或转变)成(最终)状态(Sfinal)，其中，(Sfinal)对应于其中所述多孔多层系统(1)的(整体)(最终)反射率(Rfinal)最大并且因此(整体)(最终)透射率(Tfinal)最小的状态。优选地，在根据本专利技术的多孔多层系统中，所述(初始)孔材料(p1)和所述(初始)孔材料(p2)是空气或惰性气体(的混合物)，所述多孔多层系统(1)具有包括在(大约)0％至(大约)25％之间更优选地是(大约)0％的、相对于入射电磁辐射的(整体)(初始)反射率(R1)，并且(因此)具有包括在(大约)75％至(大约)100％之间更优选地是(大约)100％的、相对于入射电磁辐射的(整体)(初始)透射率(T1)，所述(整体)(初始)反射率(R1)和所述(整体)(初始)透射率(T1)对应于多孔多层系统(1)的(初始)状态(S1)，其中所述多孔多层系统(1)能够通过在所述多孔多层系统(1)中引入组分(C)(7)(除了空气或惰性气体外)从(初始)状态(S1)(或透明状态)切换(或转变)成(最终)状态(S2)(或反射镜状态)，其中(最终状态)(S2)对应于其中包括所述组分(C)(7)的所述多孔多层系统(1)的(整体)(最终)反射率(R2)被包括在(大约)60％和(大约本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔多层系统(1)，所述多孔多层系统(1)包括至少一个由两个多孔层(L1)(2)和(L2)(3)组成的双层(4)，其中多孔层(L1)(2)和所述多孔层(L2)(3)分别包括主体材料(h1)和主体材料(h2)，其中多孔层(L1)(2)中的主体材料(h1)的折射率(n1)不同于多孔层(L2)(3)中的主体材料(h2)的折射率(n2)，其中多孔层(L1)(2)和多孔层(L2)(3)还分别包括孔材料(p1)和孔材料(p2)，所述多孔多层系统(1)具有最小的相对于入射电磁辐射的反射率(Rinitial)，并且具有最大的相对于入射电磁辐射的透射率(Tinitial)，所述反射率(Rinitial)和所述透射率(Tinitial)对应于多孔多层系统(1)的状态(Sinitial)，其中所述多孔多层系统(1)能够从状态(Sinitial)切换成状态(Sfinal)，其中(Sfinal)对应于其中所述多孔多层系统(1)的反射率(Rfinal)最大并且透射率(Tfinal)最小的状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.30 EP 12166155.71.一种多孔多层系统(1)，所述多孔多层系统(1)包括至少
一个由两个多孔层(L1)(2)和(L2)(3)组成的双层(4)，其
中多孔层(L1)(2)和所述多孔层(L2)(3)分别包括主体材料
(h1)和主体材料(h2)，其中多孔层(L1)(2)中的主体材料
(h1)的折射率(n1)不同于多孔层(L2)(3)中的主体材料
(h2)的折射率(n2)，其中多孔层(L1)(2)和多孔层(L2)
(3)还分别包括孔材料(p1)和孔材料(p2)，所述多孔多层系统
(1)具有最小的相对于入射电磁辐射的反射率(Rinitial)，并且具有
最大的相对于入射电磁辐射的透射率(Tinitial)，所述反射率
(Rinitial)和所述透射率(Tinitial)对应于多孔多层系统(1)的状态
(Sinitial)，其中所述多孔多层系统(1)能够从状态(Sinitial)切换成
状态(Sfinal)，其中(Sfinal)对应于其中所述多孔多层系统(1)的
反射率(Rfinal)最大并且透射率(Tfinal)最小的状态。
2.根据权利要求1所述的多孔多层系统，所述孔材料(p1)和
所述孔材料(p2)是空气或惰性气体，所述多孔多层系统(1)具有
被包括在0％至25％之间优选地是0％的、相对于入射电磁辐射的反
射率(R1)，并且具有被包括在75％至100％之间优选地是100％
的、相对于入射电磁辐射的透射率(T1)，所述反射率(R1)和所述
透射率(T1)对应于所述多孔多层系统(1)的状态(S1)，其中所
述多孔多层系统(1)能够通过在所述多孔多层系统(1)中引入组分
(C)(7)从状态(S1)切换成状态(S2)，其中状态(S2)对应于
其中包括所述组分(C)(7)的所述多孔多层系统(1)的反射率
(R2)被包括在60％和100％之间优选地是100％，并且透射率
(T2)被包括在0％和40％之间优选地是0％的状态。
3.根据权利要求2所述的多孔多层系统，所述多孔多层系统还
能够通过从所述多孔多层系统(1)中去除所述组分(C)(7)从状
态(S2)切换成状态(S1)。
4.根据权利要求2或3所述的多孔多层系统，所述多孔多层系
统能够通过在多孔层(L1)(2)和/或多孔层(L2)(3)中优选地
在多孔层(L1)(2)的孔(5)和/或多孔层(L2)(3)的孔(6)
中引入组分(C)(7)从状态(S1)切换成状态(S2)，和/或能够
通过从多孔层(L1)(2)和/或多孔层(L2)(3)中优选地从多孔
层(L1)(2)的孔(5)和/或多孔层(L2)(3)的孔(6)中去除
组分(C)(7)从状态(S2)切换成状态(S1)。
5.根据权利要求2所述的多孔多层系统，所述多孔多层系统还
包括在多孔层(L1)(2)和/或多孔层(L2)(3)中的任一个中存
在优选地在多孔层(L1)(2)和/或多孔层(L2)(3)中的任一个
的孔(5，6)中存在的组分(C)(7)。
6.根据权利要求1所述的多孔多层系统，所述孔材料(p1)或
所述孔材料(p2)是组分(C)(7)，包括所述组分(C)(7)的
所述多孔多层系统(1)具有包括在0％至25％之间优选地是0％
的、相对于入射电磁辐射的反射率(R1')，具有包括在75％至
100％之间优选地是100％的、相对于入射电磁辐射的透射率
(T1')，所述反射率(R1')和所述透射率(T1')对应于所述多孔多
层系统(1)的状态(S1')，所述多孔多层系统(1)能够借助过所
述多孔多层系统(1)进行优选地从多孔层(L1)(2)的孔(5)到
多孔层(L2)(3)的孔(6)或从多孔层(L2)(3)的孔(6)到多
孔层(L1)(2)的孔(5)进行的组分(C)(7)的移置从状态
(S1')切换到状态(S2)和/或从状态(S2)切换到状态(S1')，其
中(S2)对应于其中包括所述组分(C)(7)的多孔多层系统(1)
的反射率(R2)被包括在60％和100％之间优选地是100％并且透射
率(T2)被包括在0％和40％之间优选地是0％的状态。
7.根据权利要求6所述的多孔多层系统，其中所述孔材料
(p1)是组分(C)(7)并且所述孔材料(p2)是空气或惰性气体，
所述多孔多层系统能够借助从多孔层(L1)(2)的孔(5)到多孔层
(L2)(3)的孔(6)进行所述组分(C)(7)的完全移置，从状

\t态(S1')切换到状态(S2)，所述多孔多层系统能够借助从多孔层
(L2)(3)的孔(6)到多孔层(L1)(2)的孔(5)进行所述组分
(C)(7)的完全移置，从状态(S2)切换到状态(S1')。
8.根据权利要求6所述的多孔多层系统，其中所述孔材料
(p1)是空气或惰性气体并且孔材料(p2)是组分(C)(7)，所述
多孔多层系统能够借助从所述多孔层(L2)(3)的孔(6)到所述多
孔层(L1)(2)的孔(5)进行所述组分(C)(7)的完全移置，
从状态(S1')切换到状态(S2)，并且所述多孔多层系统能够借助从
所述多孔层(L1)(2)的孔(5)到所述多孔层(L2)(3)的孔
(6)进行所述组分(C)(7)的完全移置，从状态(S2)切换到状
态(S1')。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的多孔多层系统，其
中，(n1)<(n2)。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的多孔多层系统，其
中，所述多孔层(L1)(2)是疏水的并且多孔层(L2)(3)是亲水
的。
11.根据前述权利要求书中的任一项所述的多孔多层系统，其中
组分(C)(7)选自由液体组分、蒸气组分及其组合组成的组。
12.根据前述权利要求书中的任一项所述的多孔多层系统，其中
组分(C)(7)选自液体组分，优选地选自含水组分，更优选地，
所述组分是水。
13.根据前述权利要求书中的任一项所述的多孔多层系统，其中
所述入射电磁辐射的范围是长波辐射到伽玛射线，优选地从微波到X
射线辐射，更优选地从红外线到紫外线辐射，最优选地所述入射电磁
辐射是可见光。
14.根据前述权利要求书中的任一项所述的多孔多层系统，其中
多孔层(L1)(2)包括硅，更优选地包括氧化硅，甚至更优选地由
氧化硅组成。
15.根据前述权利要求书中的任一项所述的多孔多层系统，其中

\t多孔层(L2)(3)包括钛，更优选地包括氧化钛，甚至更优选地由
氧化钛组成。
16.根据前述权利要求书中的任一项所述的多孔多层系统，其中
多孔层(L1)(2)包括氧化硅，其中多孔层(L2)(3)包括氧化
钛，并且其中组分(C)(7)是水。
17.根据前述权利要求书中的任一项所述的多孔多层系统，其中
多孔层(L1)(2)的孔体积比率(fpore1)和多孔层(L2)(3)的孔
体积比率(fpore2)使得(fpore1)和(fpore2)满足下面的方程：
fpore2=fpore1β(u1p)-β(u1h)β(u2p)-β(u2h)+β(u1h)-β(u2h)β(u2p)-β(u2h)---(1)]]>其中
&beta...

【专利技术属性】
技术研发人员：JP·维格内隆，O·德帕瑞斯，P·西蒙尼斯，E·盖格内奥斯，M·N·格哈泽尔，J·德考尼克，H·克贝利，
申请(专利权)人：那慕尔大学，
类型：发明
国别省市：比利时;BE