超吸收性纳米粒子组合物制造技术

本发明专利技术提供了一种包括金属纳米粒子层和反射膜层的多层制品。在暴露于入射光时，所述制品可被标印。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及可通过施用光能标印或成像的多层制品。
技术介绍
直径为约1至100纳米(nm)的金属纳米粒子是重要的应用材料，所述应用包括半导体技术、磁存储、电子器件制造和催化作用。可通过气体蒸发；通过在流动气流中蒸发；通过机械磨擦；通过溅射；通过电子束蒸发；通过热蒸发；通过电子束引发的二元金属叠氮化物雾化；通过金属蒸汽在超声波自由射流中的扩展；通过逆胶束技术；通过激光溅射；通过激光引发的有机金属化合物的分解；通过机金属化合物的热解；通过有机金属化合物的微波等离子分解；以及通过其它方法，来制备金属纳米粒子。已知金属纳米粒子具有某些独特的光学特性。具体地讲，金属纳米粒子显示出显著的光学谐振。这种所谓的等离子谐振归因于金属球中的传导电子对入射电磁场的协同耦合作用。可根据相对于入射电磁辐射波长的纳米粒子半径，通过吸收或散射，来控制这种谐振。与这种等离子谐振相关的是金属纳米粒子内部的强局域场增加。可制造多种可能有用的装置来利用这种特殊的光学特性。例如，已制造了基于表面增强拉曼散射(SERS)的光学滤波器或化学传感器。在过去的十年中，在为激发表面等离子而使用结合了这些金属纳米粒子的悬浮液和薄膜以能够检测SPR光谱方面，对于金属纳米粒子独特光学特性的关注显著增加了。此外，还可检测表达红外吸收光谱信息的表面增强拉曼光谱(SERS)和表达增强的荧光放射增强作用的表面增强荧光。金属纳米粒子在可见波长光谱中显示具有大的吸收带，-->从而产生有色的胶态悬浮液。光吸收的物理源归因于入射光能量对金属纳米粒子上导电带电子相干振荡的耦合。对于离散纳米粒子以及由纳米粒子形成的膜(称为金属单元膜)而言，这种入射光耦合是独特的。具有图形图象或其它标印的片材已被广泛地使用，尤其是作为用于鉴别制品或档案的标签。例如，已使用诸如美国专利No.3,154,872；3,801,183；4,082,426；和4,099,838中描述的那些片材，作为车辆牌照的验证标贴，以及作为驾驶执照、官方文件、音像光盘、扑克牌、饮料容器等的安全膜。其它用途包括用于识别目的的图形应用，诸如用于警察、消防或其它紧急车辆上，用于广告和推广宣传展示中，以及用作有特色的标签以提供品牌提升作用。
技术实现思路
本专利技术涉及包括金属纳米粒子层和反射膜层的多层制品，每一层均可包括一层或多层。在施加具有预选波长或波长区域的光能时，纳米粒子层吸收至少一部分入射光能，将其转变成热，这改变了制品的光学特性，使得可在其上印刻标印、文字或标记。所述金属纳米粒子层可包括离散的纳米粒子层，或可包括金属纳米粒子在聚合物层中的分散体。“金属”是指金属元素及其化合物。所述制品可用作可标印的制品，由此来自诸如激光源的入射光能可被金属纳米粒子吸收，导致局部加热，从而通过诸如永久性颜色变深、颜色改变或折射率的变化，改变所述制品的光学特性。所述反射层通过将传送通过纳米粒子层的光反射回纳米粒子层改善了将入射光传送到制品中的效率。“可标印”是指通过施加光能，可将标印、图象、文字、图形或其它标记永久性地印刻在所述制品中。通过施加具有电磁光谱中红外(包括近红外、中红外和远红外)、可见或UV区域预选波长或波长区域(带宽)的光，来印刻可标印制品。施加到制品上的标印优选是肉眼可见的，但是作为另外一种选择，可以是UV或-->IR入射光下可见的。具有标印、图像、文字或其它标记的制品可用于多种应用中，诸如护照、ID证章、比賽通行证、认同卡、产品识别形式诸如条形码、以及用于确认和鉴别的广告营销中的安全防篡改图像。与表面印刷技术诸如丝网印刷或转移印花不同，本专利技术的制品可抵抗机械损伤、磨损和环境损伤。此外，本专利技术提供了可通过非接触方法高速施用或成像的可标印基底。附图说明图1至3示出了本专利技术制品各种实施例的横截面表示。图4是实例1中制品的透射光谱。图5至9是实例1中成像制品的电子显微图。具体实施方式本专利技术提供了包括金属纳米粒子层和反射膜层的多层制品，每一层均可包括一层或多层。所述金属纳米粒子层可包括离散的纳米粒子层，或可包括金属纳米粒子在聚合物层中的分散体。“金属”是指金属元素及其化合物。本专利技术还提供了标印膜，由此来自诸如激光源的具有预选波长或波长区域的入射光能可被金属纳米粒子吸收，导致局部加热，从而改变所述制品的光学特性。局部加热可致使纳米粒子附近的聚合物熔融、燃烧或炭化，导致光学特性的改变。通常，入射光区域颜色变暗或变色可使文字或其它标记能够被“印刻”在所述制品上或所述制品中。大量入射光通过纳米粒子层透射或散射，并且不被纳米粒子吸收。所述反射层通过将传送通过纳米粒子层的光反射回纳米粒子层改善了将入射光能传送到制品中的效率。通常，选择纳米粒子的最大吸光度和反射层的最大反射率以符合-->预选光源的波长或带宽。此外，在其中纳米粒子层包括分散在聚合物基质中的金属纳米粒子的实施例中，选择所述聚合物以使得能够在预选光源波长或带宽下透射。所述纳米粒子/聚合物层可具有任何厚度，前提条件是聚合物的透射性和纳米粒子的吸光度足以向其施加标印。可用于本专利技术金属纳米粒子中的可用金属包括例如Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Y、La、Ac、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、In、Tl、Sn、Pb，这些金属的混合物、氧化物和合金，并且如果需要，甚至可以是镧系元素和锕系元素。尤其可用的金属是金、铝、铜、铁、铂、钯、铱、铑、锇、钌、钛、钴、钒、镁、银、锌和镉、铟、镧、铟锡氧化物(ITO)和锑锡氧化物(ATO)、锑铟锡氧化物(AITO)、锡、硼、六硼化镧、稀土金属、以及它们的混合物和合金。最优选贵金属。其它金属对本领域内的技术人员而言是显而易见的。所述金属纳米粒子还包括纳米壳层，诸如U.S.6,344,272(Oldenburg等人)和美国公布申请2003/0156991(Halas等人)中描述的那些，所述文献以引用的方式并入本文。所述参考文献描述了由被导电性材料包围的非传导性内层构成的纳米粒子。非传导性层厚度与传导性外壳厚度的比率决定粒子的最大吸收或散射的波长。所述参考文献指出，实现固体金属纳米粒子的许多应用的严重实际限制是，在所期望波长下，无法将等离子谐振定位。通过调节芯和壳的相对厚度并且选择材料，可制备在电磁光谱的紫外、可见和红外大部分区域任何波长下可吸收或散射光的金属纳米壳层。在一个实施例中，本专利技术提供了涂布在热塑性聚合物膜上的不连续金属纳米粒子，所述纳米粒子具有1至100纳米、并且最优选1至50纳米范围内的数均粒度。通常使用在本领域中已知的光散射技术来测定粒径(由纳米粒子凝聚而成)。通常使用透射电子显微镜或-->原子力显微镜来测定初级粒径。如本文所用，“不连续”是指将纳米粒子涂层设置成被未涂布区域包围的纳米粒子孤立体或其团聚物，以使得所述涂层呈现出表面等离子谐振。无论其厚度如何，连续涂层不会产生表面等离子谐振。所述纳米粒子可以基本上为球形，但是在一些情况下可以为纵横比(长度比直径)大于1.5∶1的细长形(即基本上为长方形)。所述涂层一般具有小于100nm、优选小于10nm的平均厚度。可在沉积期本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可标印的多层制品，包括金属纳米粒子层和反射膜层，其中在暴露于光能时，标印被施加到所述制品上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-12-5 11/275,0341.一种可标印的多层制品，包括金属纳米粒子层和反射膜层，其中在暴露于光能时，标印被施加到所述制品上。2.根据权利要求1所述的制品，其中所述金属纳米粒子层在所述反射膜层上包括离散的不连续纳米粒子层。3.根据权利要求1所述的制品，其中所述金属纳米粒子层在所述反射层上包括纳米粒子图案。4.根据权利要求2所述的制品，还在所述离散的不连续纳米粒子层上包括保护层。5.根据权利要求1所述的制品，其中所述金属纳米粒子层包括其中分散有金属纳米粒子的聚合物层。6.根据权利要求5所述的制品，其中所述纳米粒子层中的聚合物在所关注光学波长内的透射率为至少15％。7.根据权利要求5所述的制品，其中所述纳米粒子层中的聚合物在所关注波长区域至少100nm宽谱带(带宽)内的透射率为至少约15％。8.根据权利要求1所述的制品，其中所述反射膜层包括金属化的膜层。9.根据权利要求8所述的制品，其中所述反射层在所关注波长区域至少100nm宽谱带(带宽)内的反射率为至少90％。10.根据权利要求1所述的制品，其中所述反射膜层包括多层光学膜。11.根据权利要求1所述的制品，其中所述反射膜层在入射光预选波长下具有至少30％的反射度。12.根据权利要求11所述的制品，其中所述反射层具有至少30％的反射度，并且所述金属纳米粒子层在相同入射光预选波长下具有至少20％的吸光度。13.根据权利要求1所述的制品，其中所述反射层是全内反射膜层。14.根据权利要求13所述的制品，其中所述金属纳米粒子层包括分散在第一聚合物基质中的金属纳米粒子，所述第一聚合物具有第一折射率，并且所述反射层包括具有第二折射率的聚合物，其中所述折射率差异为至少0.05。15.根据权利要求13所述的制品，其中所述金属纳米粒子层包括分散在聚合物基质中的金属纳米粒子，并且所述反射层包括邻近所述金属纳米粒子层的第一聚合物层，和邻近所述第一聚合物层的第二聚合物层，其中所述第一聚合物层的折射率比所述第二聚合物层的折射率大至少0.05。16.根据权利要求1所述的制品，其中所述纳米粒子选自由下列组成的组：金、铝、铜、铁、铂、钯、铱、铑、锇、钌、钛、钴、钒、镁、银、锌和镉、铟、镧、铟锡氧化物(ITO)和锑锡氧化物(ATO)、锑铟锡氧化物(AITO)、锡、硼、六硼化镧、稀土金属，以及它们的混合物和合金。17.根据权利要求1所述的制品，还包括粘合剂层。18.根据权利要求1所述的制品，其中所述金属纳米粒子层吸收所述光谱红外区域内的入射光能。19.根据权利要求1所述的制品，其中所述金属纳米粒子层吸收所述光谱可见区域内的入射光能。20.根据权利要求1所述的制品，其中所述金属纳米粒子层吸收所述光谱紫外区域内的入射光能。21.根据权利要求1所述的可标印制品，其中具有预选波长或波长区域的入射光在所述金属纳米粒子层内诱导局部加热，改变其光学特性。22.根据权利要求21所述的可标印制品，其中在所关注波长区域至少100nm宽谱带(带宽)内，所述入射光能与所述金属纳米粒子层的吸收范围重叠，并且所述反射层在所述入射光波长下的反射度为30％。23.根据权利要求21所述的可标印制品，...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉伊迪普S卡尔古特卡尔，马里奥A佩雷斯，珍妮特R柯克曼，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]