用于结构性着色的纳米结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米结构化的表面，尤其涉及使用这种表面的结构性着色。
【背景技术】
[0002]已知的是通过用着色涂料材料涂色来装饰塑料物体。涂料将在其变干后粘合至物体上。存在用于向塑料物体提供着色装饰的其他方法。通常地，因为除了形成塑料物体以外该工艺还包括用于应用装置的各种步骤，因此这种方法使塑料物体的制造工艺变得复杂。
[0003]此外，因为涂料可能以其他方式对回收利用的材料添加不期望的着色(例如，主要材料的白色将被黑色涂料污染)，因此在回收利用主要物体之前需要移除涂料，由此涂色的产品使回收利用这种产品变得复杂。
[0004]相应地，需要可不受上述问题影响或提供其他优点的用于装饰物体的其他着色工
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[0005]W02013039454公开了光学布置，其中，该光学布置包括基板和从基板的表面延伸的多个相隔开的细长纳米结构，其中每个细长纳米结构包括位于远离基板的表面的端部上的金属层。本发明也涉及用于形成光学布置的方法。
[0006]W02012156049公开了二维周期性的彩色滤光栅，其包括具有高折射率的连续的(更特别是金属性)基础层和二维有规则图案，其中，所述基础层定义栅平面，并且二维有规则图案在基础层上方由具有高折射率的单独(更特别是金属性)表面元件构成，其中具有高折射率的单独(更特别是金属性)表面元件中每个与栅平面平行地延伸并且分别通过中间介质以大于基础层的厚度和表面元件的厚度的距离与基础层相隔开，其中有规则图案在与栅平面平行的至少两个方向上具有10nm与800nm之间的周期性，优选地200nm与500nm之间的周期性。
【发明内容】
[0007]在用于装饰聚合物物体的方法内实现改善将是有利的。尤其是可见，本发明的目的在于提供解决现有技术中的与着色和/或回收利用相关的上述问题或其他问题的方法。
[0008]为了更好地解决这些顾虑中的一个或多个，在本发明的第一方面中揭示了具有结构性着色的表面的纳米结构化的产品，包括:
[0009]-基板，包括纳米结构化的表面，其中纳米结构化的表面包括基础表面和纳米尺寸化的结构特征，其中纳米尺寸化的结构特征以周期性图案布置并且延伸入基础表面或从基础表面延伸出；
[0010]-金属岛状物，设置在纳米尺寸化的结构特征上以使得每个金属岛状物远离与结构特征的纵向尺寸相对应的基础表面；
[0011]-金属层，覆盖基础平面；以及
[0012]-半透明保护层，覆盖基板和金属岛状物，
[0013]其中，结构特征的纵向尺寸处于30至80纳米的范围内，以及其中，金属岛状物和金属层由铝制成。
[0014]30至80纳米范围内的高度或深度与基础表面上的铝岛状物和铝层的结合可对于产生结构性着色的表面特别有效。也就是说，铝可对于在期望的光谱范围中避免因由于表面等离子体激元导致的不期望的吸光效应。30至80纳米范围内(尤其是30至60纳米范围内)的结构特征的纵向尺寸可对于产生深切显著窄的吸收下沉而言特别有效。在该范围内，吸收下沉的光谱位置可通过改变纳米尺寸化的结构特征的横向尺寸(宽度或直径)来调节。
[0015]应注意，可设想省略了基础平面上的金属层的其他实施方式、和/或结构特征的纵向尺寸不处于30至80纳米范围内的其他实施方式、和/或用于金属岛状物和金属层的材料不为铝的其他实施方式、和/或纳米尺寸化的结构特征可以非周期性图案、而不是以周期性图案布置的其他实施方式。
[0016]因此，可与其他实施方式结合的一般实施方式可定义为具有结构性着色的表面的纳米结构化的产品，其包括:
[0017]-基板，包括纳米结构化的表面，其中纳米结构化的表面包括基础表面和纳米尺寸化的结构特征，其中纳米尺寸化的结构特征以周期性图案布置并且延伸入基础表面或从基础表面延伸出；
[0018]-金属岛状物，设置在纳米尺寸化的结构特征上以使得每个金属岛状物远离与结构特征的纵向尺寸相对应的基础表面；
[0019]-半透明或透明保护层，覆盖基板和金属岛状物。
[0020]如果不期望反射光的漫射，可使用透明保护层来代替半透明保护层。
[0021]用半透明保护层覆盖基板和金属岛状物的产品包括透明层最初被应用到纳米结构化的表面上的产品。因此，用半透明保护层覆盖基板和金属岛状物的产品应构成为排除其他层可为存在于半透明保护层与纳米结构化的表面之间的层的可能性。
[0022]应理解，金属层位于纳米尺寸化的结构特征之间，即，使得金属层为具有与结构特征相对应的孔的层的形式。应理解，金属岛状物设置在纳米尺寸化的结构特征上，即，沉积到结构特征上，以使得金属岛状物从与结构特征的纵向尺寸(深度或高度)相对应的基础表面分离或远离。相应地，每个金属岛状物具有离与纵向尺寸相对应的基础表面的距离。由于结构特征的纵向尺寸，每个金属岛状物与金属层分离。
[0023]由于产品中的瑕疵，金属岛状物与基础表面之间沿着纳米结构的纵向方向的距离或分离可不完全等于纳米结构的纵向尺寸。例如，金属岛状物可具有从纳米结构凸出的部分，并且可从纳米结构的顶部朝着基础表面向下延伸以使得分离与金属岛状物向下延伸的量相对应地有效减小。然而，金属岛状物的至少一部分(例如，金属岛状物中位于纳米结构的倒圆角的顶部的中心部分上的中心部分)具有与结构特征的纵向尺寸相等或基本上相等的、从基础表面的分离。
[0024]有利地，保护层可从外部效果保护纳米结构化的表面。此外，保护层(特别是半透明层)可改善由纳米结构化的表面生成的结构性着色的着色品质。
[0025]有利地，由于电浆共振的局部性，根据本方面的纳米结构化的产品可生成角度非常独立的结构性着色。
[0026]虽然已着重于周期性布置的纳米尺寸化的结构特征描述了本发明实施方式，应考虑到纳米尺寸化的结构特征可随机以非周期性图案交替地放置以用于实现相似或修改后的结构性着色效应。
[0027]在实施方式中，保护层包括用于生成半透明层的散射颗粒和/或结构化的表面。
[0028]在实施方式中，纳米尺寸化的结构特征以周期性图案布置，其中图案在至少一个方向上的间隔处于160至250纳米的范围内，如处于160至200纳米的范围内。有利地，通过利用对于一个方向或两个垂直方向的这些范围内的间隔，入射光上的不期望的衍射可被避免或限制。
[0029]在实施方式中，纳米结构的横截面宽度处于50至150纳米的范围内，例如，50至110纳米的范围内。有利地，通过形成具有该范围内的特定宽度的纳米结构可能能够调节吸光率下沉的光谱位置。
[0030]在实施方式中，纳米结构化的产品包括纳米尺寸化的结构特征的簇，该纳米尺寸化的结构特征的簇包括由第一尺寸参数特征化的第一结构特征和由第二尺寸参数特征化的第二结构特征，其中，第一结构特征和第二结构特征以周期性或非周期性图案掺杂地布置。在实施方式中，第一尺寸参数和第二尺寸参数为纳米尺寸化的结构特征的横截面宽度。
[0031]在实施方式中，基板为聚合物。对于这种聚合物材料而言，纳米结构化的产品可使用注塑成型或热压花方法制成。相应地，注塑成型的产品可提供有依靠纳米结构表面着色以使得产品的着色和成型在单个制造步骤中实现。
[0032]在实施方式中，纳米结构化的产品包括:
[0033]-第一透明保护层，覆盖基板和金属岛状物；以及
[0034]-第二半透明保护层，包括散射颗粒和/或结构化的表面并且覆盖第一保护层，
[0035]或者包括:
[0036]-第一半透明保护层，包括散射颗粒和/或结构化的表面并且覆盖基板和金属岛状物；以及
[0037]-第二透明保护层，覆盖第一保护层。
[0038]夹层保护层可特别有效于生成漫射光。夹层保护层可包含以交替顺序布置的任意数量的透明和半透明层。
[0039]在实施方式中，基板包含来自根据第一方面的先前制造的产品的材料，其中，材料已通过对先前制造的整个产品进行材料处理分类获得。因为纳米结构化的产品可除了非常小百分比的金属和保护层材料以外由仅单个基板材料构成，因此纳米结构化的产品可适