用于光子晶体的温度敏感性复合材料制造技术

一种包含限定了空隙的有序阵列并在空隙内具有填料组合物的反相蛋白石结构的复合光子晶体，该填料组合物的性质响应于激励、例如温度变化而改变，由此改变被复合光子晶体反射的辐射的带隙。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光子晶体的温度敏感性复合材料
技术介绍

本专利技术涉及热响应晶体，特别是反相蛋白石光子晶体，其在反相蛋白石空隙内包含响应温度变化的材料，从而改变由该光子晶体反射的辐射的带隙。相关技术的说明光子晶体是一种折射率在多个维度上变化的光学材料。光子晶体可由结晶胶体阵列产生，结晶胶体阵列依赖于在阵列中的材料组成、粒度、阵列内的堆填排列、以及阵列的规则性程度，根据布拉格定律在一定波长范围内反射辐射。结晶胶体阵列已被用作单一分散的胶体粒子的三维有序阵列，单一分散的胶体粒子通常由一种聚合物胶乳(例如聚苯乙烯)或者无机材料(例如二氧化硅)组成。粒子的胶体分散可形成具有晶格间隙的晶体结构，所述晶格间隙与在紫外线、可见光或者红外波长范围内辐射的波长相当。这种晶体结构已经被用于过滤来源于宽光谱入射辐射中的有选择的波长中的窄带，同时允许相邻波长的辐射透射。这样的结晶胶体阵列通常在阵列内具有恒定的粒子间隙，而其他结晶胶体阵列可能是在其粒子间空隙响应于激励、例如温度变化而变化时为热活性的。热响应结晶胶体阵列传统上由水凝胶产生。在基于水凝胶的设备中，单一分散的、高带电的胶体粒子分散在水性介质中。由于静电电荷，粒子自组装为结晶胶体阵列。有序结构根据布拉格定律来衍射辐射，其中满足布拉格条件的辐射被反射，而没满足布拉格条件的相邻光谱区透射通过该设备。根据布拉格定律衍射辐射的粒子阵列满足方程式：mλ=2ndsinθ其中，m是整数，λ是被反射辐射的波长，n是阵列的有效折射率，d是各粒子层之间的间距，以及θ是被反射的辐射与粒子层的平面所形成的夹角。因此，通过增加粒子尺寸或者在各层粒子之间的基体的体积，各粒子层之间的离子间距离(d)增加，从而改变了被衍射的辐射的波长。粒子尺寸和/或基体体积可通过响应于引起粒子或者基体膨胀的激励、例如温度变化而增加。同样，阵列的有效折射率的变化也能改变被衍射的辐射的波长。其他的光子晶体是基于反相蛋白石的。合成蛋白石结构已经由被布置成有序周期性阵列的均匀尺寸的亚微米二氧化硅球体产生。在二氧化硅球体之间的空隙中填充基体材料，然后使二氧化硅球体溶解，从而在均匀的基体材料内产生周期性空隙阵列。空隙可采用填料组合物填充，以调整反相蛋白石的光学性能。专利技术概述本专利技术包括一种复合光子晶体，其包含限定空隙的有序阵列的反相蛋白石结构，和被空隙接收的填料组合物，其中填料组合物的性质响应于激励而改变，由此改变被复合光子晶体反射的辐射的带隙。本专利技术还包括一种检测温度变化的方法，包括：提供包含限定空隙的有序阵列的反相蛋白石结构和被空隙接收的填料组合物的复合光子晶体，其中该填料组合物的性质响应于温度变化而改变；改变该复合光子晶体的温度；和检测在复合光子晶体的光子带隙的变化。一种制造温度响应复合光子晶体的方法包括：制备限定多个空隙的反相蛋白石，用可聚合的填料组合物填充空隙，和聚合该填料组合物，其中该填料组合物的性质响应温度变化而改变，从而改变被复合光子晶体反射的辐射的带隙。附图简述图1是本专利技术材料衍射峰对温度变化的响应的图。最优实施方式的描述在下面的详细说明中，应当理解本专利技术可以假定不同的可选择的变化和步骤次序，除了另有明确的相反指示之外。此外，除了在任何的操作实施例中或者另有指示之处外，表示例如说明书和权利要求中所用的成分的量的全部数字被理解为在全部的情况中是用术语“大约”来修饰的。因此，除非另有相反的指示，否则下面的说明书和附加的权利要求中阐明的数字参数是近似的，其可以根据本专利技术所获得的期望的性能而变化。最起码，和并非打算使用等价原则来限制权利要求的范围，每个数字参数应当至少按照所报告的有效数字的数值和通过使用通常的四舍五入技术来解释。虽然限定专利技术的宽范围的数值范围和参数是近似的，但具体实施例中给出的数值是尽可能精确地报告的。然而，任何数值内在地含有在它们各自测试手段中存在的标准偏差必然导致的误差。同样，应当理解此处所述的任何数字范围目的是包括其中所含的全部的亚范围。例如“1-10”的范围目的是包括在所述的最小值1和所述的最大值10之间(并且包含)的全部的亚范围，即，其具有最小值等于或者大于1和最大值等于或者小于10。在本申请中，除非另有具体指出，单数形式的使用包括了复数形式，并且复数形式包括了单数形式。此外，在本申请中，除非另有具体指出，“或”的使用表示“和/或”，然而“和/或”可能明确地用于某些情形。术语“聚合物”应该包括均聚物、共聚物和低聚物。术语“金属”包括金属、金属氧化物和类金属。术语“注入”及有关术语(比如注入(infusion))指从液相渗透。复合光子晶体本专利技术包括用于控制到达基材的辐射的波长的温度敏感性复合光子晶体。本专利技术的材料衍射在可见光和/或非可见光的电磁谱中的辐射，并进一步包括其制造方法。本专利技术参考衍射波长或衍射峰进行描述，衍射波长或衍射峰指由本专利技术材料的衍射而被反射的辐射的峰带。因此，“衍射波长”指具有总体上满足布拉格定律的波长的辐射的波带。反射的辐射可处于可见光谱或者不可见光谱的范围中(例如，红外线或者紫外线辐射)。本专利技术的复合光子晶体包含限定空隙的有序阵列的反相蛋白石结构，和被空隙接收的填料组合物。填料组合物的性质响应于激励、如温度变化而改变，由此改变被复合光子晶体反射的辐射的带隙。在一个实施方式中，填料组合物的折射率响应于激励、如温度变化而改变。从而，复合光子晶体的有效折射率改变。有效折射率的改变使衍射的波长(λ)偏移。由复合光子晶体导致的衍射波长的偏移也影响了与复合光子晶体相关的对比度，其通过由此被反射的辐射量而确定。因此，通过施加激励，如温度变化，光子晶体将表现出衍射波长的变化，以及对比度的变化。用于生产本专利技术的复合光子晶体的反相蛋白石可根据常规技术生产。例如，可生产周期性粒子阵列，并用基体组合物回填，然后基体组合物被固定在有序粒子阵列周围就位。这里的“固定”意味着，基体材料被围绕粒子固化或者交联或者以其它方式固定，产生结晶有序阵列。粒子可通过在溶剂里溶解粒子或者通过加热材料以降解并挥发粒子而被从阵列中除去。例如，聚苯乙烯粒子或者其他聚合物粒子可被溶于溶剂，例如甲苯，随后通过加热蒸发甲苯，从而产生反相蛋白石结构。所得反相蛋白石包括其中具有周期性阵列的空隙的固定基体材料。本专利技术不局限于用于生产这样的反相蛋白石的技术，也不局限于被除去以生产反相蛋白石的粒子的材料。用作接收入反相蛋白石的空隙内的填料组合物的合适材料包括具有随激励改变的性质的材料。激励的一个非限制性的例子是温度变化，其中温度变化引起填料材料的性质改变。在一个实施方式中，填料组合物的导电性随温度变化而改变。例如，一种展现出导电性响应温度变化而改变的填料组合物，在温度变化时可在起导体功能和起绝缘体功能之间(或者相反的)转换，例如二氧化钒或类似物。在反相蛋白石的空隙内的填料组合物的导电性方面的变化改变了填料组合物的折射率，从而改变了被填充的空隙和包围反相蛋白石的基体之间的折射率的差别。被填充的空隙和基体之间的折射率差异的变化改变了复合光子晶体的对比度，其作为被复合光子晶体反射的辐射量方面的变化可被检测。对于在可见光谱中反射的辐射，对比度变化可作为被反射的辐射的亮度的增减而被检测到。另外，填料组合物的折射率的改变也改变了复合光子晶体的有效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.11.11 US 12/944,1901.一种复合光子晶体，其包含：(i)固化或交联的基体材料，和(ii)在所述基体材料内的包含聚合的填料组合物的粒子的周期性阵列，其中所述聚合的填料组合物包括侧链结晶聚合物；所述侧链结晶聚合物的三维形状和所述侧链结晶聚合物占据的空间体积随着温度增加而增加；所述复合光子晶体的光学性能随着温度变化而可逆地改变。2.根据权利要求1的复合光子晶体，其中所述光学性能选自衍射波长的偏移、反射的辐射的波长改变、红外辐射的反射改变和红外辐射的透射改变。3.根据权利要求1的复合光子晶体，其中所述侧链结晶聚合物包括具有至少8个碳原子的线性烷基侧链的丙烯酸类聚合物。4.根据权利要求1的复合光子晶体，其中所述侧链结晶聚合物的构型随着温度增加而扩大以占据大的空间体积。5.根据权利要求1的复合光子晶体，其中温度的改变引起所述光子晶体的衍射波长的可逆偏移。6.根据权利要求1的复合光子晶体，其中所述侧链结晶聚合物由包括(甲基)丙烯酸十四烷基酯、(甲基)丙烯酸十六烷基酯、(甲基)丙烯酸十八烷基酯、(甲基)丙烯酸二十烷基酯和(甲基)丙烯酸二十二烷基酯的单体制备。7.一种检测温度变化的方法，包括：提供权利要求1的复合光子晶体；改变所述复合光子晶体的温度；和检测所述复合光子晶体的光子带隙的变化。8.根据权利要求7的方法，其中所述复合光子晶体的折射率响应于温度变化而改变。9.根据权利要求7的方法，其中检测光子带隙的变化包括检测由所述复合光子晶体反射的辐射强度的变化。10.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·R·范尼尔，E·L·德克尔，S·D·赫尔灵，徐相凌，S·波迪，G·J·麦克拉姆，
申请(专利权)人：PRC迪索托国际公司，
类型：
国别省市：