用于选择参数以近似结构颜色的期望性质的方法和系统技术方案

示例性实施例涉及用于根据纳米颗粒阵列的参数确定结构颜色的技术。所述技术包含输入结构参数和光学参数并执行概率模拟以确定所述结构颜色。可以执行进化优化以根据结构颜色的期望性质确定所述纳米颗粒阵列的参数。所述进化优化可以采用所述概率模拟并进一步调整所述阵列的一个或多个参数以近似所述结构颜色的所述期望性质。基于应用所述概率模拟，所述技术可以生成描述所述纳米颗粒阵列的所述一个或多个参数的值或值范围的输出，所述一个或多个参数被选择为近似所述结构颜色的所述期望性质。期望性质。期望性质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于选择参数以近似结构颜色的期望性质的方法和系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年3月3日提交的题为“用于选择参数以近似结构颜色的期望性质的方法和系统(Methods and Systems for Selecting Parameters to Approximate Desired Properties of Structural Color)”的美国临时专利申请第62/984,582号的优先权，所述美国临时专利申请的公开内容通过引用整体并入本文，并且要求于2020年7月13日提交的题为“用于选择参数以近似结构颜色的期望性质的方法和系统(Methods and Systems for Selecting Parameters to Approximate Desired Properties of Structural Color)”的美国临时申请第63/050,946号的优先权，所述美国临时申请的公开内容通过引用整体并入本文。

技术介绍

[0003]结构颜色依赖于材料用于产生颜色的物理性质。这些物理性质会引起散射光波之间的干扰，从而使散射光具有特定的颜色。这使得结构颜色与依赖于材料的化学性质的其它类型的颜色不同。
[0004]虽然结构颜色在自然界中很常见，但很难通过常规技术再现。除其它原因外，有大量的物理性质配置可以影响光从表面散射的方式。此外，当光从表面散射时，由于光与材料和与其自身相互作用的方式很复杂，因此很难预测干涉效应。这些问题使得难以识别将产生特定期望结构颜色的特定性质集合(或多个集合)。

技术实现思路

[0005]需要可靠地预测颗粒和材料的结构颜色的能力。进一步地，需要根据期望光学性质来设计材料的颗粒和物理性质的能力。示例性实施例提供了用于选择和设计纳米颗粒或纳米颗粒阵列的产生所述纳米颗粒阵列的结构颜色的期望光学性质的参数的方法、介质和系统。
[0006]根据一个方面，存在一种用于确定指示结构颜色的光学输出参数的方法。所述方法可以包含：向模拟系统的处理器提供一个或多个输入性质，其中所述一个或多个输入性质中的每个输入性质指示纳米颗粒阵列的性质；向所述处理器提供用于光学模拟的一个或多个输入参数；由所述处理器根据所述输入参数通过应用所述纳米颗粒阵列的随机模型来执行所述光学模拟；以及由所述处理器并且根据所述光学模拟来确定指示结构颜色的输出光学参数。
[0007]在另一方面，存在一种用于确定结构颜色的模拟系统。所述系统可以包含处理器，所述处理器被配置成执行机器可读指令，所述机器可读指令使处理器：接收一个或多个输入性质，其中所述一个或多个输入性质中的每个输入性质指示纳米颗粒阵列的性质；接收用于光学模拟的一个或多个输入参数；根据所述输入参数通过应用所述纳米颗粒阵列的随机模型来执行所述光学模拟；并且根据所述光学模拟来确定指示结构颜色的输出光学参数。
[0008]在又另一方面，存在一种用于根据期望目标性质确定纳米颗粒阵列的一个或多个性质的方法。所述方法可以包含：向处理器提供一个或多个目标性质，其中所述一个或多个目标性质中的每个目标性质指示纳米颗粒阵列的期望光学性质；向所述处理器提供用于光学模拟的一个或多个输入参数；由所述处理器根据输入性质和输入参数执行进化算法，并且其中所述进化算法采用所述纳米颗粒阵列的光学模拟；以及由所述处理器并且根据所述进化算法来确定指示所述纳米颗粒阵列的一个或多个性质的输出设计参数。
[0009]在仍另一方面，存在一种优化系统。所述优化系统可以包含处理器，所述处理器被配置成执行机器可读指令，所述机器可读指令使所述处理器：接收一个或多个目标性质，其中所述一个或多个目标性质中的每个目标性质指示纳米颗粒阵列的期望光学性质；接收用于光学模拟的一个或多个输入参数；根据输入性质和输入参数执行进化算法，并且其中所述进化算法采用所述纳米颗粒阵列的光学模拟；并且根据所述进化算法确定输出设计参数，所述输出设计参数指示所述纳米颗粒阵列的一个或多个性质。
[0010]本文描述的概念可以体现为计算机实施的方法、存储可由处理器执行的指令的非暂时性计算机可读存储介质、计算设备和根据所公开的方法制备的基体材料或其它产品以及其它可能性。
附图说明
[0011]图1A是展示促成材料的非结构颜色的光学过程的图。
[0012]图1B是展示促成材料的结构颜色的光学过程的图。
[0013]图2A是展示用于确定相长和相消干涉光的散射的几何参数的图。
[0014]图2B是描绘三个纳米颗粒的阵列的图，每个纳米颗粒散射指示相长干涉和相消干涉的光波。
[0015]图3A是具有正向有序结构的微球的扫描电子显微镜(SEM)图像。
[0016]图3B是具有逆向有序结构的微球的扫描电子显微镜(SEM)图像。
[0017]图3C是具有正向无序结构的微球的扫描电子显微镜(SEM)图像。
[0018]图3D是具有逆向无序结构的微球的扫描电子显微镜(SEM)图像。
[0019]图4A是展示根据如蒙特卡罗(Monte Carlo)模型等随机模型的模拟光散射模型的图。
[0020]图4B是展示体积散射模型的图，其中入射光入射到基体材料上并传播到基体材料中。
[0021]图5展示了适合于执行如本文所述的模拟的示例性环境。
[0022]图6展示了应用图5的环境生成反射曲线的实例。
[0023]图7是具有参数细化过程的环境的框图，所述参数细化过程接受图5的环境的输出的目标值作为输入。
[0024]图8展示了适合于实践结构颜色模拟和参数优化技术的示例性系统800。
[0025]图9展示了适合于选择纳米颗粒阵列的参数的方法。
[0026]图10展示了适合于调整纳米颗粒阵列的参数的示例性方法。
[0027]图11描绘了可以用于执行结构颜色模拟和执行纳米颗粒参数优化的说明性计算机系统架构。
具体实施方式
[0028]本文所述的实施例涉及用于确定纳米颗粒或纳米颗粒阵列的光学性质的技术，并且进一步涉及确定纳米颗粒阵列的产生所述阵列的结构颜色的期望光学性质的一个或多个结构性质。纳米颗粒阵列可以包含例如纳米级颗粒的排列、由纳米颗粒构成的单个微球(以微米级测量的球体)的一部分或包含多个微球的基体材料。例如，本文所述的技术可以用于产生在以下文献中描述的材料：于2018年9月10日提交的题为“包括多分散聚合物纳米球的微球和多孔金属氧化物微球(Microspheres Comprising Polydisperse Polymer Nanospheres and Porous Metal Oxide Microspheres)”的国际专利申请公开第WO 2019/051357号，以及于2018年9月10日提交的题为“多孔金属氧化物微球(Porous Metal Oxide Microspheres)”的国际专利申请公开第WO 2019/051353号。上述申请的内容通过引用并入本文。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，其包括：向模拟系统的处理器提供一个或多个输入性质，其中所述一个或多个输入性质中的每个输入性质指示一个或多个纳米颗粒阵列的性质，并且其中所述纳米颗粒阵列中的每个纳米颗粒阵列包含在多个微球中的一个微球内，并且其中所述多个微球包含在基体材料内；向所述处理器提供用于光学模拟的一个或多个输入参数；由所述处理器根据所述输入参数通过应用所述纳米颗粒阵列的随机模型来执行所述光学模拟，其中所述光学模拟解释了施加到所述基体材料和其微球的光的性质；以及由所述处理器并且根据所述光学模拟来确定指示结构颜色的输出光学参数。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个输入性质包括所述一个或多个纳米颗粒阵列的结构性质和所述一个或多个纳米颗粒阵列的光学性质中的一者或多者。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述一个或多个纳米颗粒阵列的所述结构性质包括以下中的一者或多者：纳米颗粒粒径、纳米颗粒形状、纳米颗粒材料、纳米颗粒孔隙率、纳米颗粒的表面特征、多个纳米颗粒的晶格常数、介质中纳米颗粒的浓度、纳米颗粒的空隙大小、正向结构的性质、逆向结构的性质、有序结构的性质、无序结构的性质、所述纳米颗粒阵列的微球的大小、由至少一个纳米颗粒阵列构成的微粒的形状、纳米颗粒多分散性、壳厚度、壳材料、所述基体材料中微球的浓度以及所述基体材料的厚度。4.根据权利要求2所述的方法，其中所述一个或多个纳米颗粒阵列的所述光学参数包括以下中的一者或多者：实折射率、复折射率、吸收值、色散值、双折射率、偏振度、非线性系数。5.根据权利要求1所述的方法，其中一个或多个输出光学参数包括以下中的一者或多者：波长、波长范围、反射曲线、透射曲线、吸收曲线、散斑量、散射参数、角度依赖性以及角度独立性。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述随机模型包括蒙特卡罗模型。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述随机模型包括两层随机模型。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个输入性质包括一个或多个介质参数。9.根据权利要求7所述的方法，其中所述一个或多个介质参数包括以下中的一者或多者：材料、介质的复折射率、微球浓度、微球混合物、吸收剂的量、吸收剂浓度、所述纳米颗粒阵列的厚度或所述纳米颗粒阵列的有序程度。10.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括产生所述基体材料，其中所述基体材料包含包括所述一个或多个纳米颗粒阵列的染料、油漆或涂料中的至少一者。11.一种用于确定结构颜色的模拟系统，所述系统包括被配置成执行机器可读指令的处理器，所述机器可读指令使所述处理器：接收一个或多个输入性质，其中所述一个或多个输入性质中的每个输入性质指示纳米颗粒阵列的性质，所述纳米颗粒阵列是基体材料的一部分，所述基体材料包含至少一个微球，所述至少一个微球含有所述纳米颗粒阵列；接收用于光学模拟的一个或多个输入参数；根据所述输入参数通过应用所述纳米颗粒阵列的随机模型来执行所述光学模拟，其中所述光学模拟解释了施加到所述基体材料的光的性质；并且
根据所述光学模拟来确定指示结构颜色的输出光学参数。12.根据权利要求11所述的系统，其中所述一个或多个输入性质包括所述纳米颗粒阵列的结构性质和所述纳米颗粒阵列的光学性质中的一者或多者。13.根据权利要求12所述的系统，其中所述纳米颗粒阵列的所述结构性质包括以下中的一者或多者：纳米颗粒粒径、纳米颗粒形状、纳米颗粒材料、纳米颗粒孔隙率、纳米颗粒的表面特征、纳米颗粒阵列的晶格常数、介质中纳米颗粒的浓度、纳米颗粒的空隙大小、正向结构的性质、逆向结构的性质、有序结构的性质、无序结构的性质、纳米颗粒多分散性、壳厚度、壳材料、所述基体材料中微球的浓度以及所述基体材料的厚度。14.根据权利要求12所述的系统，其中所述纳米颗粒阵列的所述光学参数包括以下中的一者或多者：实折射率、复折射率、吸收值、色散值、双折射率、偏振度以及非线性系数。15.根据权利要求11所述的系统，其中一个或多个输出光学参数包括以下中的一者或多者：波长、波长范围、反射曲线、透射曲线、吸收曲线、散斑量、散射参数、角度依赖性以及角度独立性。16.根据权利要求11所述的系统，其中所述随机模型包括蒙特卡罗模型。17.根据权利要求11所述的系统，其中所述一个或多个输入性质包括一个或多个介质参数。18.根据权利要求17所述的系统，其中所述一个或多个介质参数包括以下中的一者或多者：材料、介质的复折射率、微球浓度、微球混合物、吸收剂的量、吸收剂浓度、所述纳米颗粒阵列的厚度或所述纳米颗粒阵列的有序程度。19.根据权利要求11所述的系统，其进一步包括制造装置，所述制造装置被配置成产生所述基体材料，其中所述基体材料包含包括所述纳米颗粒阵列的染料、油漆或涂料中的至少一者。20.一种方法，其包括：向处理器提供一个或多个目标性质，其中所述一个或多个目标性质中的每个目标性质指示纳米颗粒阵列的期望光学性质，所述纳米颗粒阵列是基体材料的一部分，其中所述基体材料包含至少一个微粒，所述至少一个微粒含有所述纳米颗粒阵列；向所述处理器提供用于光学模拟的一个或多个输入参数；由所述处理器根据输入性质和输入参数执行进化算法，其中所述进化算法采用所述纳米颗粒阵列的光学模拟，并且其中所述光学模拟解释了施加到所述基体材料的光的性质；以及由所述处理器并且根据所述进化算法来确定指示所述纳米颗粒阵列的...

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：哈佛学院董事会，
类型：发明
国别省市：