光栅薄片的三维定向制造技术

本发明专利技术涉及一种表面上的涂层，包括载体和多个分散在其中的薄片。所述薄片被准垂直于所述表面定向并且具有沿着准平行于所述表面延伸的凹槽，其中所述的多个薄片形成了涂层中所有光栅薄片的至少５０％。本发明专利技术还涉及一种使用不同定向的外部的场排列薄片的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种颜料薄片，并且特别涉及包括以特定顺序排列的光栅薄片的涂层，所述薄片具有形成在其中或其上的光栅。 专利技术背景已经提出了多种光学结构以模仿自然界中出现的闪光色，例如，大闪蝶的翅膀和诸 如蜂雀的 一些鸟类的羽毛。图1所示的三维纳米结构模拟了所述大闪蝶的翅鳞片；该纳米结构已经由Watanabe 等人公开在"从大闪蝶鳞片类似结构观察的闪亮的蓝色"(5n'〃/a"/ 5/we Ofeerv油'o"/row a Mw7^o-5wrteW_y-&a/e )，应用物理学日文期刊2005年44巻L48-L50页(Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 44. pp. L48-L50, 2005 )。使用聚焦光束化学 气相沉积(FIB-CVD )技术已经仿制了该结构，并且在显微镜下已经观察到了所需的颜 色效果。然而，大闪蝶翅膀含有多层彼此相互接近的结构，如图2所示，该图来自于 Kinoshita等人的"大闪蝶的结构色光物理"(尸/zoto/ /y^/c^ 5^ra"wra/ Co/or /"决e M—o淑—m ), 2002年FORMA杂志第17期103-121页(FORMA, 17, pp. 103-121, 2002 ),并且所述Watanabe的结构仅仅类似它们中的一个。如果可能的话，使用Watanabe 等人在制造单独的三维结构中所使用的方法来产生多重并排的结构，这样的技术是复杂 的并且将会是极端困难的。 2006年1月5日以Cowan等人的名义公开的美国专利申请第20060002656号教授 了如图3所示的阶梯形表面浮凸的光学结构，该结构通过反射光的共振或相长千涉 (constructive interference )产生了狭窄的颜色带。该阶梯形结构被公认为阿兹特克 (Aztec)结构并可以由全息摄影技术形成，并随后被复制到连续膜92上。然而，使用 阶梯形结构的膜用于安全/鉴定的目的由这样的事实所限制，即该膜是被单独制造的并随 后被结合到例如安全文件的基底上，因此伪造者可以从其制造商直接获得或从有效的文 件将其分离而获得该膜。 R. Coath在"用于颜色展示的大闪蝶鳞片复制品的使用研究，，(/"ve劝'g油'"g o/i ^"ca Mo^/w Bw故ry^ Scafes/or Co/ow "5p/fl^),南开普敦大学2007年IRP报告 1-9页(Univ. of Southampton, IRP report, pp. 1 9， 2007 )中教授了在硅晶片上沉积具有不同折射率的多层材料，接着通过多层图案的电子束光刻和选取蚀刻来产生类似于大 闪蝶翅膀的树状结构。这项技术同样是复杂并且昂贵的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种克服现有技术缺点的闪光涂层，以及制造该闪光涂层的方 法。因此，本专利技术涉及一种在表面上的涂层，该涂层包括载体和多个分散在其中的薄片， 其中，所述多个薄片中的每一个被准垂直于所述表面定向，并且具有沿着准平行于所述 表面的第一方向延伸的第一组凹槽，并且其中所述的多个薄片形成了所述涂层中所有 光栅薄片的至少50%。本专利技术的另一方面涉及一种制造上述涂层的方法，该方法包括以下步骤提供所 述载体到所述表面上，所述载体具有分散在其中的多个薄片，施加第一外部的场以定向 所述的多个薄片，该第一外部的场具有与所述表面形成第一角度的第一场线；以及，施 加第二外部的场以进一步定向所述多个薄片，该第二外部的场具有第二场线，所述第二场线与所述表面形成不大于30度的第二角度。 附图说明下文将参照附图对本专利技术进行更详细的描述，附图所示为优选实施方式，其中图1是根据现有技术模拟大闪蝶的翅膀鳞片的三维纳米结构的透视图；图2是根据现有技术的大闪蝶的翅膀结构的显微照片；图3是根据现有技术的阶梯形光学结构的横截面视图；图4是在垂直于样品表面的场中被常规定向的光栅薄片的透视图；图5是薄片与基底之间的空间关系的示意图；图6是根据本专利技术的第一排列步骤的图示；图7是所述第一排列步骤的一个变化的图示；图8是所述第一排列步骤的另一个变化的图示；图9是第二排列步骤的图示；图10是光栅薄片彼此无规定向的透视图；图11是光栅薄片彼此准平行定向的透视图；图12是具有摆动轴的安全装置的图示；图13是样品的图示，该样品具有准垂直于表面的薄片和准平行于样品的表面的薄 片；图14是在图13中所示的样品的"海洋"区域上的光学效果的图示；图15是在图13中所示的样品的"陆地，，区域上的光学效果的图示；图16是每毫米3800线(3800 1/mm)光栅的反射光或衍射光的效率对的波长的图表；图17是在其中具有一层半透明的薄片的涂层的横截面视图；图18是使用施加的电场排列已极化的粒子的示意图；图19是线性光栅形状的薄片的显微照片；图20是彼此之间准平行的薄片的显微照片；以及图21是使用可排列的衍射薄片的装置的示意图。具体实施例为了克服现有技术的一些缺点，人们可以考虑使用具有分散在其中的光栅薄片的油 墨。然而，这对于本领域的技术人员是显而易见的，试图使用垂直于或略垂直于 (subnormally)基底定向的磁场来定向薄片的尝试并不会导致类似图2中所示的结构。确 实，如图4所示，该光栅薄片将会具有沿磁场线定向的凹槽，所述磁场线垂直于基底， 并且因此在观察的法线方向将会看不到衍射效果。不像具有常规定向的薄片的涂层，本专利技术的薄片产生了明亮的闪光颜色，因为其精 密地模仿了大闪蝶的翅膀的结构和自然界中出现的其它的结构色(structural colors )。本 专利技术的涂层含有薄片，该薄片具有在其中或者在其上形成的光栅，并以特定的方式被定 向所述薄片被准垂直于所述基底的所述表面定向，并具有准平行于所述表面的光栅 凹槽，因此通过特定波长的薄膜和/或衍射光干涉，使反射到观察者的狭窄颜色带共振。 为了公开的目的，术语"准垂直于表面"是指垂直于表面或是倾斜以形成与所述表面 至少45度的第一角度。参考图5,薄片102和基底110之间的第一角度等于分别包含所 述薄片102和所述基底110的平面102和112之间的角度01。 术语"准平行于表面"是第二角度。根据本专利技术的方法，光栅薄片通过施加外部的场来定向。所述外部的场可以是磁场， 并且随后所述的薄片包含磁性响应的材料。可选择地，所述的薄片包含其它的材料；例 如，在磁性响应材料层上面的高反射层。例如，适合的磁性响应材料是铁、钴、镍；例如Ni-Co或Nd-Fe-B的合金；例如三氧化二铁(Fe203 )、四氧化三铁(Fe304 ) 、 二氧 化铬(Cr02)、铁酸盐MFe204 (M是一个离子或选自Mg2+、 Ca2+、 Sr2+、 Ba2+、 Mn2+、 Co2+、 Fe2+、 Ni2+、 Cu2+、 Zn2+等组成的组的离子的混合)、石榴石A3B5012 (A =三价 的稀土离子或三价稀土离子和B离子的混合或选自Al3+、 Cr3+、 Fe3+、 Ga3+、 B产等组成 的组的离子的混合)、六角晶铁氧体MFe！20,9 (M选自二价离子Ca2、 Sr2+、 Ba"等组 成的组)、钙钛矿等的无冲几氧化物。所述薄片的平均直径是在3-50微米的范围内，并且平均厚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面上的涂层，包括：载体和多个分散在其中的薄片，其中，所述多个薄片中的每一个被准垂直于所述表面定向并具有沿着准平行于所述表面的第一方向延伸的第一组凹槽；以及其中，所述的多个薄片形成了涂层中所有光栅薄片的至少５０％。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔博特阿革帝亚，
申请(专利权)人：JDS尤尼弗思公司，
类型：发明
国别省市：US[]