纳米结构化材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了包含分散于聚合物基体中的亚微米粒子的材料。所述材料可用于例如用于各种应用的制品中，包括显示器应用(例如，液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器、或等离子体显示器)；光提取；电磁干扰(EMI)屏蔽，眼科镜片；面部屏蔽镜片或膜；窗膜；用于建筑应用的抗反射；以及建筑应用或交通标志。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】 相关申请的夺叉引用 本申请要求2012年2月1日提交的美国临时专利申请No. 61/593,666的权益，该 专利的公开内容全文以引用方式并入本文。
技术介绍
已经设想了具有表面纳米结构的涂层的广泛用途。潜在的应用包括形成低反射透 明膜、超亲水或超疏水涂层、防雾涂层、改变表面的摩擦系数的涂层，以及具有提高的耐刮 擦性的涂层。受影响的行业包括快速增长的市场，例如消费电子市场、可再生能源市场和能 源节约市场。表面结构和固有材料特性的相互作用还允许形成将若干个这些应用组合在一 起的涂层。 在光从一种介质行进到另一种介质时，光的某些部分从两种介质之间的交界部发 生反射。例如，照射在透明塑性基底上的光通常有约4-5%在顶部表面处被反射。 在外部照明从显示器装置的顶部表面及内部界面的反射存在的情况下，用于移动 手持装置和膝上装置的背光照明不能有效地提供所需的显示质量，这会降低对比度并可由 于外部物体的干扰图像而降低观看质量。 已采用不同的方法来减少显示装置的顶部表面的反射。一种方法是使用抗反射涂 层以减少反射，例如使用多层反射涂层，所述多层反射涂层由透明薄膜结构与交替的对比 折射率层组成。然而，使用所述多层抗反射涂层技术难以实现宽带抗反射。 另一种方法涉及使用亚波长表面结构（例如，亚波长级表面光栅）实现宽带抗反 射。用于形成亚波长表面结构的方法（例如，通过平版印刷）往往相对复杂和昂贵。另外， 对于前表面应用，从亚波长级表面光栅获得耐用的抗反射表面是具有挑战性的。 已开发出抗反射且防闪光的溶液，用于降低显示器装置的镜面反射。然而，混合型 抗反射且防闪光的表面具有接近于可见光谱的波长的结构尺度，并且因此可引起较高的雾 度（即，>4%)，从而降低显示质量。
技术实现思路
因此，需要一种亚波长结构化表面梯度溶液。优选地，所述溶液提供相对低的反 射（即，在可见范围上的平均反射小于2.0% (在一些实施例中，小于1.5%，或甚至小于 1. 0% ))和耐用特性，从而提尚显不装置的观看质量。 在一个方面，本专利技术描述了一种包含分散于聚合物基体中的亚微米粒子的材料， 所述材料具有厚度、在所述厚度上的至少第一整体区域和第二整体区域，第一区域具有外 部主表面，其中至少最外部的亚微米粒子由聚合物基体局部地共形涂布（并任选地共价结 合到聚合物基体），其中第一区域和第二区域分别具有第一平均密度和第二平均密度，并且 其中第一平均密度小于第二平均密度。在一些实施例中，第一平均密度和第二平均密度之 间的差值在〇? lg/cm3至0? 8g/cm3 (在一些实施例中，0? 2g/cm3至0? 7g/cm3,或甚至0? 3g/cm3 至0.6g/cm3)的范围内。在一些实施例中，第二区域基本上没有闭口孔隙率（即，不含直径 大于200nm (在一些实施例中，大于150nm、lOOnm，或甚至大于50nm)的闭口孔）。在一些 实施例中，亚微米粒子每个均具有外表面，并且其中至少50 (在一些实施例中，至少60、70、 75、80、90、95、99，或甚至100)体积％的亚微米粒子其外表面不含氟。在一些实施例中，该 材料具有至少1 (在一些实施例中，至少2、3、4或甚至5)的钢丝棉刮擦测试值。在一些实 施例中，分散于聚合物基体的亚微米粒子具有平均粒度，并且第一区域的厚度小于（在一 些实施例中等于；在一些实施例中，大于；在一些实施例中，至少两倍于；在一些实施例中， 3至5倍于）亚微米粒子的平均粒度。 在另一个方面，本专利技术描述了一种包含分散于聚合物基体中的亚微米粒子的材 料，所述材料具有厚度、在所述厚度上的至少第一整体区域和第二整体区域，其中第一区域 和第二区域分别具有第一密度和第二密度，并且其中第一平均密度小于第二平均密度，并 且其中该材料具有至少1(在一些实施例中，至少2、3、4或5)的钢丝棉刮擦测试值。在一 些实施例中，第一区域具有外部主表面，其中至少最外部的亚微米粒子由聚合物基体局部 地共形涂布。在一些实施例中，亚微米粒子共价结合到聚合物基体。在一些实施例中，第二 区域基本上没有闭口孔隙率。在一些实施例中，亚微米粒子每个均具有外表面，并且其中至 少50 (在一些实施例中，至少60、70、75、80、90、95、99,或甚至100)体积％的亚微米粒子其 外表面不含氟。在一些实施例中，分散于聚合物基体的亚微米粒子具有平均粒度，并且第一 区域的厚度小于（在一些实施例中等于；在一些实施例中，大于；在一些实施例中，至少两 倍于；在一些实施例中，3至5倍于）亚微米粒子的平均粒度。 在另一方面，描述了制备具有结构化表面的材料（包括在前面段落中所述的材 料，以及本文所述的其变型形式）的方法，所述方法包括： 提供可自由基固化的层，所述可自由基固化的层具有分散于其中的亚微米粒子； 以及 在存在足够量的抑制剂气体（例如，氧气和空气）以抑制层的主表面区域的固化 的情况下，光化辐射固化（例如，UV固化和电子束固化）所述可自由基固化的层，以提供具 有本体区域和主表面区域的层，所述本体区域具有第一固化度，所述主表面区域具有第二 固化度，其中第一固化度大于第二固化度，并且其中所述材料具有包含亚微米粒子的一部 分的结构化表面。 任选地，本文所述的制品还包括设置在基底的第一主表面和本文所述的材料层之 间的功能层（例如，透明导电层、气体阻挡层、抗静电层或底漆层中的至少一者）。任选地， 本文所述的制品还包括设置在本文所述的材料层上的功能层（例如，透明导电层、气体阻 挡层、防静电层或底漆层中的至少一者）。 任选地，本文所述的制品还包括在基底的第二主表面上的（第二）材料层（包括 本文所述的材料层以及下列专利申请中所述的那些：提交于2011年2月28日的PCT申 请此.旧2011/026454，以及提交于2011年3月14日的美国专利申请此.61/452,403和 No. 61/452, 430,所述专利申请的公开内容以引用方式并入本文）。任选地，本文所述的制品 还包括设置在基底的第二主表面和（第二）材料层之间的功能层（即，透明导电层或气体 阻挡层中的至少一者）。任选地，本文所述的制品还包括设置在（第二）材料层上的功能层 (即，透明导电层或气体阻挡层中的至少一者）。例如，本文所述的制品可用于形成高性能、低条纹效应、抗反射的光学制品。当功 能层设置在本文所述的材料层上时，本文所述的制品可具有例如另外的所需光学特性。 本文所述的制品的实施例可用于各种应用，包括显示器应用（例如，液晶显示器 (LCD)、发光二极管（LED)显示器或等离子体显示器）；光提取；电磁干扰（EMI)屏蔽，眼科 镜片；面部屏蔽镜片或膜；窗膜；用于建筑应用的抗反射；以及建筑应用或交通标志。本文 所述的制品也可用于太阳能应用（例如，太阳能膜）。本文所述的制品也可用作例如太阳 能暖热液态/气态加热板或任何太阳能吸收装置的前表面；用于具有微观列或宏观列的太 阳能吸热表面，所述微观列或宏观列具有附加的纳米级表面结构；用于由非晶硅光伏电池 或CIGS光伏电池制成的柔性太阳能光伏电池的前表面；以及用于施加在柔性光伏电池顶 部上的膜的前表面。【附图说明】 图1为用于制备本文所述示例性纳米结构化材料的示例性方法的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含分散于聚合物基体中的亚微米粒子的材料，所述材料具有厚度、在所述厚度上的至少第一整体区域和第二整体区域，所述第一区域具有外部主表面，其中至少所述最外部的亚微米粒子由所述聚合物基体局部地共形涂布，其中所述第一区域和所述第二区域分别具有第一平均密度和第二平均密度，并且其中所述第一平均密度小于所述第二平均密度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉·布莱克·科尔布，布兰特·U·科尔布，塞缪尔·J·卡朋特，林赛·E·科科伦，泰勒·K·霍德内，罗慧，卡瑞·A·麦克吉，余大华，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US