利用颗粒物的隔热系统的制作方法

利用颗粒物的隔热系统的制作方法
【专利摘要】公开了一种能够反射红外线的多层涂覆系统。该多层涂覆系统包括：第1层，其位于衬底上方，并包括：多个球形颗粒物，这些球形颗粒物不规律分布、分离良好、半径为a1，多个分离良好的球形空隙，其半径满足b1＞a1，以及填充材料，其折射率为n1，其插入在球形颗粒物和球形空隙之间；以及可以用下述字方程来代表的后续层，“第i层位于第i?1层上方，并包括：多个球形颗粒物，这些球形颗粒物不规律分布、分离良好，半径为ai，多个分离良好的球形空隙，其半径满足bi＞ai(其中，bi＞bi?1)，以及填充材料，其折射率为ni，其插入在球形颗粒物和球形空隙之间”(其中i是大于1的整数)。
【专利说明】
利用颗粒物的隔热系统
技术领域
[0001] 本公开设及一种多层涂覆系统，其选择性地反射特定波长范围内的电磁波同时透 射其余电磁波。更具体地，本公开设及一种多层涂覆系统(或者多层膜结构），用于反射红外 电磁波，其中多层涂覆系统的每一层包括随机分布的多个分离良好的球形颗粒物和多个分 离良好的球形空隙，W及插入在所述球形颗粒物和球形空隙之间的空间中的填充材料。
【背景技术】
[0002] 人造能源的大部分在用于加热和冷却。例如，夏季费用单的大部分经常与运行空 调W将室内溫度保持为较低中使用的能源有关，而在冬季能源在运行加热器W保持室内溫 暖中用尽。在加热和冷却中浪费的能源的大部分可W归因于针对热损失的不良隔离。在关 于耐热涂料的大多数现有技术中，通过将普通涂料与颗粒物和空隙相混合而将它变成耐热 涂料。在其他类似的现有技术中，在膜形成填充材料中混入胶质颗粒物，其中运种材料被应 用于类似窗格和玻璃之类的衬底上W阻隔红外电磁波。
[0003] 关于阻热技术的一类现有技术包括耐热涂料。在美国专利第4623390号中，在普通 涂料中混入玻璃微珠或中空玻璃填充剂W减少直接热导率，其很大地改进了针对热损失的 隔离。在一个实施例中，在普通涂料中混入直径范围从约50微米到150微米的玻璃微珠，而 在另一个实施例中，在普通涂料中混入直径大约100微米的玻璃微珠。然而，美国专利第 4623390号未对本发明中讨论的多层涂覆结构的任何方面进行讨论。
[0004] 在美国专利第8287998B2号中，在普通涂料中混入选自玻璃、陶瓷和有机聚合物微 珠的、平均颗粒大小在0.5微米到150微米之间的中空微珠 W减少直接热导率。此外，美国专 利第8287998B2号还在普通涂料混合物中结合了红外反射性颜料材料W减少与福射热传输 相关联的热导率。然而，美国专利第8287998B2号未对本发明中讨论的多层涂覆结构的任何 方面进行讨论。
[0005] 在美国专利第2010/0203336A1号中，公开了日光反射性屋面颗粒体。在一个实施 例中，通过烧结陶瓷颗粒来形成日光反射性颗粒体，其中烧结的陶瓷颗粒被覆盖W日光反 射性颗粒。然而，美国专利第2010/0203336A1号未对本发明中讨论的多层涂覆结构的任何 方面进行讨论。
[0006] 在美国专利第2013/0108873A1号中，屋面颗粒剂形成颗粒被覆盖W反射近红外福 射的纳米颗粒层。类似的，在美国专利第2013/0161578A1号中，屋面颗粒体由具有自然发生 的空隙（或疵点）的红外反射惰性矿屯、颗粒形成。然而，无论美国专利第2013/0108873A1号 还是美国专利第2013/0161578A1号均未对本发明中讨论的多层涂覆结构的任何方面进行 讨论。
[0007] 在美国专利第2008/0035021A1号中，公开了一种制造憐酸侣中空微珠的方法。其 还示出了运种颗粒物如何能够被利用来改进针对热损失的隔离。然而，美国专利第2008/ 0035021A1号未对本发明中讨论的多层涂覆结构的任何方面进行讨论。
[000引在美国专利第2007/0298242A1号中，公开了一种用于过滤光波的透镜，其中包括 金属纳米颗粒物的薄膜层在透镜表面上形成。然而，美国专利第2007/0298242A1号未对本 发明中讨论的多层涂覆结构的任何方面进行讨论。
[0009] 在美国专利2007/0036985A1号中，将氧化铜锡（IT0)细小颗粒物与膜形成混合物 相混合W形成反射红外波的薄膜层。然而，美国专利2007/0036985A1号未对本发明中讨论 的多层涂覆结构的任何方面进行讨论。
[0010] 在美国专利第2013/0266800A1号中，公开了一种用于制备侣渗杂氧化锋(AZ0)纳 米晶体的方法。其还公开了利用该AZ0纳米颗粒物反射红外波的薄膜结构。然而，美国专利 第2013/0266800A1号未对本发明中讨论的多层涂覆结构的任何方面进行讨论。
[0011] 本发明特别地类似于美国专利第7760424B2号和美国专利第8009351B2号，其中公 开了利用胶质颗粒物反射红外电磁波的多层薄膜结构。然而，在本发明和前述现有技术之 间存在着显而易见的根本不同。概括如下。
[0012] 下述为美国专利第7760424B2号和美国专利第8009351B2号的说明书：
[0013] 1.在美国专利第7760424B2号和美国专利第8009351B2号中，多层结构的每层中的 颗粒物W规律晶格间隙的方式排列。
[0014] a)运是必须要求;没有该要求，美国专利第7760424B2号和美国专利第8009351B2 号的说明书中描述的整个工作原理都会失败。
[0015] b)运种现有技术可W被归类为光子晶体。
[0016] 2.美国专利第7760424B2号和美国专利第8009351B2号依赖于用于描述红外反射 的化agg定律。
[0017] a)在化agg定律的框架内，晶格常数(或晶格间隙）确定反射波的波长。
[0018] b)运是光子晶体的典型特征。
[0019] 3.为了使得可见光波长高度透明，美国专利第7760424B2和美国专利第8009351B2 需要下述约束：
[0020] a)颗粒物的折射率和插入在颗粒物之间空间中的填充材料的折射率必须几乎相 等。
[0021] b)填充材料的折射率与颗粒物的折射率之间的差小于或等于0.05。也即，如果填 充材料的折射率为nm= 1.5，则颗粒物必须选自于折射率在np = 1.45和np = 1.55之间的材 料，从而使 |nm-np| <0.05。
[0022] C)运种约束禁止了金属颗粒物的使用，运包括侣、铭、钻、铜、金、银、裡、钢、儀、饿、 钮、销、锭、银、粗、铁、鹤和饥。另一方面，大部分氧化物材料的折射率在np = 1.45和化=1.55 之间，并且因此能够被用于颗粒物。
[0023] 4.在美国专利第7760424B2号和美国专利第8009351B2号中，红外反射强烈依赖于 入射波的入射角度，运是光子晶体的典型特征W及化agg定律的结果。
[0024] 下面是本发明的说明书：
[0025] 1.在本发明中，颗粒物在多层涂覆系统的每一层中随机地分布；
[00%] 2.本发明依赖于用于描述红外波反射的Mie散射理论；
[0027] 3.在本发明中，颗粒物优选地选自导体。与美国专利第7760424B2号和美国专利第 8009351B2号的情况不同，填充材料和随机分布的颗粒物不需要具有几乎相等的折射率。
[0028] 4.在本发明的一个或多个示例性实施例中，在多层涂覆系统的每一层中，与随机 分布的颗粒物一起还存在随机分布的空隙。
[0029] 5.在本发明中，红外反射不依赖于入射波的入射角度，运是包括的随机分布的颗 粒物(具有或不具有随机分布的空隙）的系统的典型特征。
[0030] 说明书中的运种显而易见的不同清楚地将本发明与美国专利第7760424B2号和美 国专利第8009351B2号区别开来。
[0031] 在此列出关于量子点技术的下述现有技术作为参考:美国专利第8362684B2号、美 国专利第8395042B2号、美国专利第2013/0003163A1号W及美国专利第2013/0207073A1号。 尽管运些现有技术在技术上与本发明不相关，但是在颗粒物在多层系统的每一层中的分布 方面具有较显著的相似性。然而，本公开和所列出的关于量子点技术的现有技术基于根本 上不同的物理学并且二者不应被视作相同的。

【发明内容】

[0032] 技术问题
[0033] 本发明的主要目的是提供一种通过反射红外福射来改进针对热损失的隔离的多 层涂覆系统。
[0034] 技术方案
[0035] 公开了一种多层涂覆系统，其选择性地反射特定波长范围内的电磁波同时透射其 波长在指定范围外的电磁波。公开的多层涂覆系统设及到多层子涂覆层，其中每个子涂覆 层包括随机分布在所述子涂覆层内的多个分离良好的球形颗粒物和多个分离良好的球形 空隙。公开的多层涂覆系统中电磁波长的选择性过滤依赖于子涂覆层的特定排列，其中每 个子涂覆层的特点是独特直径尺寸的球形颗粒物和球形空隙。
[0036] 此处公开的多层涂覆系统披露能够很容易地应用到所有类型的纺织品W及任何 能够被涂覆的表面，其包括汽车、房屋和建筑物(墙、窗格、屋顶等）、石油管道、天然气管道、 水管道、家具、纸张、电子产品、各种家庭用品和电器等。
[0037] 各种示例性实施例现概括如下。
[0038] 在第一示例性实施例中，提供了一种包括多层子涂覆层的涂覆系统，其中第一层 位于衬底之上，第二层位于第一层之上，第Ξ层位于第二层之上，W及第四层位于第Ξ层之 上。第一层包括随机分布的多个半径为ai、良好分离的球形颗粒物，W及插入在所述球形颗 粒物之间空间中的折射率为m的填充材料。第二层包括随机分布的多个半径为a2>ai、良好 分离的球形颗粒物，W及插入在所述球形颗粒物之间空间中的折射率为m的填充材料。第 Ξ层包括随机分布的多个半径为曰3>曰2、良好分离的球形颗粒物，W及插入在所述球形颗粒 物之间空间中的折射率为m的填充材料。W及第四层包括随机分布的多个半径为34>33、良 好分离的球形颗粒物，W及插入在所述球形颗粒物之间空间中的折射率为m的填充材料。
[0039] 在第二示例性实施例中，提供了一种包括多层子涂覆层的涂覆系统，其中第一层 位于衬底之上，第二层位于第一层之上，第Ξ层位于第二层之上，W及第四层位于第Ξ层之 上。第一层包括随机分布的多个半径为ai、良好分离的球形颗粒物和半径为bi>ai、良好分 离的球形空隙，W及插入在所述球形颗粒物和球形空隙之间空间中的折射率为m的填充材 料。第二层包括随机分布的多个半径为a2>ai、良好分离的球形颗粒物和多个半径为b2(其 中b2>a2并且b2>bl)、良好分离的球形空隙，W及插入在所述球形颗粒物和球形空隙之间 空间中的折射率为m的填充材料。第Ξ层包括随机分布的多个半径为曰3>曰2、良好分离的球 形颗粒物和多个半径为b3(其中b3>a3并且b3>b2)的球形空隙，W及插入在所述球形颗粒物 和球形空隙之间空间中的折射率为m的填充材料。W及第四层包括随机分布的多个半径为 曰4>曰3、良好分离的球形颗粒物和多个半径为b4(其中b4>a4并且b4>b3)的球形空隙，W及 插入在所述球形颗粒物和球形空隙之间空间中的折射率为m的填充材料。
[0040] 在第Ξ示例性实施例中，提供了一种包括多层子涂覆层的涂覆系统，其中第一层 位于衬底之上，第二层位于第一层之上，第Ξ层位于第二层之上，W及第四层位于第Ξ层之 上。第一层包括随机分布的多个半径为C1、良好分离的球形颗粒物，W及插入在所述球形颗 粒物之间空间中的折射率为m的填充材料。第二层包括随机分布的多个半径为C1、良好分离 的球形颗粒物，W及插入在所述球形颗粒物之间空间中的折射率为Π 2>ηι的填充材料。第Ξ 层包括随机分布的多个半径为C1、良好分离的球形颗粒物，W及插入在所述球形颗粒物之 间空间中的折射率为n3>m的填充材料。W及第四层包括随机分布的多个半径为C1、良好分 离的球形颗粒物，W及插入在所述球形颗粒物之间空间中的折射率为m>n3的填充材料。
[0041] 在第四示例性实施例中，提供了一种包括多层子涂覆的涂覆系统，其中第一层位 于衬底之上，第二层位于第一层之上，第Ξ层位于第二层之上，W及第四层位于第Ξ层之 上。第一层包括随机分布的多个半径为C1、良好分离的球形颗粒物和半径为C2>C1、良好分 离的球形空隙，W及插入在所述球形颗粒物和球形空隙之间空间中的折射率为m的填充材 料。第二层包括随机分布的多个半径为C1、良好分离的球形颗粒物和半径为C2>C1、良好分 离的球形空隙，W及插入在所述球形颗粒物和球形空隙之间空间中的折射率为Π2>ηι的填 充材料。第Ξ层包括随机分布的多个半径为C1、良好分离的球形颗粒物和半径为C2>C1、良 好分离的球形空隙，W及插入在所述球形颗粒物和球形空隙之间空间中的折射率为Π 3>η2 的填充材料。W及第四层包括随机分布的多个半径为Cl、良好分离的球形颗粒物和半径为C2 >C1、良好分离的球形空隙，W及插入在所述球形颗粒物和球形空隙之间空间中的折射率 为m>n3的填充材料。
[0042] 用于衬底的材料可W选自包括导电材料、介电材料、陶瓷材料、复合材料、半导体 材料、聚合物材料和纺织品的组。
[0043] 填充材料可W选自包括介电材料、陶瓷材料、复合材料(复合材料混合物)和聚合 物材料的组。
[0044] 用于每个球形颗粒物的材料可W选自包括导电材料、介电材料和半导体材料的 组。
[0045] 每个球形颗粒物可W由固体材料、中空导电壳、由导电壳围绕的介质核形成，或者 由介电壳围绕的导电核形成。
[0046] 每个球形空隙可W由中空介电壳形成，其中腔可W用气体填充或者是空的。
[0047] 多层涂覆系统中的每一层的厚度范围从0.01微米到10000微米。
[004引每个球形颗粒物的半径范围从0.001微米到250微米.
[0049] 每个球形空隙的腔半径范围从0.002微米到500微米。
[0050] 在第五和第六示例性实施例中，前述示例性实施例（第一、二、Ξ和四示例性实施 例）中示出的多层涂覆系统夹在第一电极和第二电极之间，其中将第一电压施加第一电极， 并且将不同于第一电压的第二电压施加到第二电极。
[0051] 电极由平面导体形成，其中导体选自光透明材料，该光透明材料也透射所相关的 红外波长。
[0052] 电极由导体形成，其中导体W网格或栅格结构图案化，或者具有诸如孔或方形阵 列等之类的更复杂的图案。相关的红外波长和可见光透射通过图案化电极中的开口。
[0053] 在电极被图案化的情况下，用于电极的导电材料并不只限于光透明的、或透射所 相关红外波长的导电材料，而是可W使用任何导电材料。
[0化4] 有益效果
[0055] 根据本发明的多层涂覆系统通过反射红外福射改进了针对热损失的隔离。
【附图说明】
[0056] 为了更完整地理解本发明，可参考下文描述和附图，其中：
[0057] 图1表示根据本发明的多层涂覆系统的示意图；
[0058] 图2示出了根据本发明的多层涂覆系统的一组实施例，其中横断面视图是沿着图1 中的线AB;
[0059] 图3示出了根据本发明的多层涂覆系统的另一组实施例，其中横断面视图是沿着 图1中的线AB;
[0060] 图4是示出了选择性阻挡(或反射)特定波长范围内的电磁福射而同时透射其余电 磁福射的示例性操作的图；
[0061] 图5示出了多层涂覆系统应用于装有热水的管道的两种情况；
[0062] 图6是(Qext，Qbac，AQ =化ac-Qext)比波长的点图，其中W电磁福射照射嵌在折射率η =1.4962的介质(填充材料）中的半径为a = 300nm的侣球形颗粒物。
[0063] 图7是对应于图6中情况的散射福射的极坐标图剖面，其中从左侧照射嵌在折射率 n = 1.4962的介质(填充材料）中的半径为a = 300nm的侣球形颗粒物。
[0064] 图8是对应于图6中情况的散射福射的极坐标图剖面，其中从左侧照射嵌在折射率 n = 1.4962的介质(填充材料）中的半径为a = 300nm的侣球形颗粒物。
[0065] 图9是(Qext，Qbac，A Q =化ac-Qext)比波长的点图，其中W电磁福射照射嵌在折射率η =1.4962的介质(填充材料）中的半径为a = lOOnm的侣球形颗粒物。
[0066] 图10是对应于图9中情况的散射福射的极坐标图剖面，其中从左侧照射嵌在折射 率n = 1.4962的介质(填充材料）中的半径为a = lOOnm的侣球形颗粒物。
[0067] 图11是对应于图9中情况的散射福射的极坐标图剖面，其中从左侧照射嵌在折射 率n = 1.4962的介质(填充材料）中的半径为a = lOOnm的侣球形颗粒物。
[006引图12是Δ Q =化ac-Qext比波长的点图，其中W电磁福射照射嵌在折射率n = 1.4962 的介质(填充材料)中的侣球形颗粒物。
[0069] 图13是Δ Q =化ac-Qext比波长的点图，其中W电磁福射照射嵌在折射率n = 1.4962 的介质(填充材料)中的侣球形空隙。
[0070] 图14是对应于图13中情况的散射福射的极坐标图剖面，其中从左侧照射嵌在折射 率n = 1.4962的介质(填充材料）中的半径为a = 200nm的侣球形空隙。
[0071] 图15是对应于图13中情况的散射福射的极坐标图剖面，其中从左侧照射嵌在折射 率n = 1.4962的介质(填充材料）中的半径为a = 200nm的侣球形空隙。
[0072] 图16是Δ Q =化ac-Qext比波长的点图，其中W电磁福射照射嵌在折射率n = 1.4962 的介质(填充材料)中的半径为a = 200nm的侣球形颗粒物。
[0073] 图17示出了 (A)方形晶格和(B)制造过程；W及
[0074] 图18示出了基于根据本发明的多层涂覆系统的有源电磁波长过滤器的一组实施 例，其中横断面视图是沿着图1中的线AB。
【具体实施方式】
[0075] 现在将结合附图详细描述各种示例性实施例，其中某些示例实施例示出为相似的 参考标号自始至终指示相似的元件。应当理解并非将示例实施例限制为此处公开的特定形 式，因为运些示例性实施例仅提供为参考附图解释本公开的各方面。示例实施例在此将覆 盖落入本公开范围内的所有修改、等效内容和替代方式。
[0076] 在附图中，为了清楚可能夸大各层厚度、区域，球形颗粒物和球形空隙的大小，并 且在对附图的描述中相似的参考标号自始至终指示相似的元件。示例实施例在此参考理想 化实施例的截面例示来描述。由此，示例实施例中特定形状或区域不应当被理解为限于示 例实施例中例示的特定形状或区域，而是运种形状或区域可W包括源于制造容差的偏差。 例如，示例实施例中的球形颗粒物实际可W用在实际设备中稍微偏离理想球形的楠球形状 的颗粒物来表示。
[0077] 在整个描述过程中，如"第一层"、"第二层"、"第Ξ层"、"第四层"等的术语可W用 于指示示例实施例中的特定层。等效地，如"第1层"、"第2层"、"第3层"、"第4层"的术语等在 更合适的任何时候都将可W替代使用。
[0078] 为了更具体的描述示例实施例，现在将参考附图具体描述各种方面。然而，本发明 不限于所描述的示例实施例。
[0079] 图1中900示出的是本公开中公开的涂覆系统的示意图。图2中例示的是第一示例 性实施例100,其中包括位于衬底10之上的第一层101、位于第一层101之上的第二层102、位 于第二层102之上的第Ξ层103W及位于第Ξ层103之上的第四层104。第一示例性实施例 100是900沿着线AB的横断面视图。
[0080] 尽管100(或900)中仅描绘了四个子涂覆层，但是对于多层涂覆系统中的子涂覆层 的个数没有任何限制。然而，为了简单例示的原因，在示例性实施例中考虑只具有四个子涂 覆层的多层涂覆系统。
[0081] 在图2的优选实施例100中，每个子涂覆层(101、102、103和104)被示出为具有不同 的厚度级别W强调用于不同子涂覆层的球形颗粒物的大小分布方面的差别。然而，除了子 涂覆层必须至少足够厚W包含球形颗粒物之外，对于每个子涂覆层具有怎样的厚度并没有 限制。简言之，每个子涂覆层必须至少有其包含的球形颗粒物的直径那么厚。
[0082] 在示例性实施例100W及接下去的后续示例性实施例中，每个子涂覆层中的球形 颗粒物被描绘为具有无序(随机)的排列。尽管在本公开的操作中并未禁止每个子涂覆层中 的球形颗粒物具有有序图案排列，诸如晶体结构和光子晶体中的晶格排列，但是优选的是 所存在的颗粒物W及任何空隙在每个子涂覆层中随机地分布。其背后的原因很简单。当球 形颗粒物W有序图案排列（也即，当颗粒物W-定的晶格间隔排列）时，根据化agg定律，电 磁反射在由晶格常数确定的离散波长值集处深度地发生。尽管运种特征对于只有离散波长 值被选作用于调谐的调谐应用来说是理想的，但是其对于本发明的目标应用种类来说并不 适合。例如，构成热能大部分的电磁波谱的红外部分，在波长上从0.7微米延伸到大约1000 微米。对于成功的阻热操作，需要反射覆盖较广范围波长的红外电磁能量。运样的操作不能 利用W规则的晶格间距排列的球形颗粒物来实现，因为根据化agg定律运样的配置只会在 由晶格常数确定的离散波长集处选择性地深度反射。但是，当球形颗粒是随机分布的，红外 电磁反射(尽管在幅度上不太深)发生在较广范围的波长处，运是成功热阻热操作的优选特 性。
[0083] 运里公开的多层涂覆系统能够直接应用于任何表面。运些表面包括在房屋、电器、 窗户、汽车、纺织品、服装、纸张、电子产品、陶瓷等中发现的表面。因此，如果100代表应用于 墙上的涂覆系统(涂料)的横断面视图，则衬底10代表墙;而如果100是应用于纺织品上的涂 覆系统的横断面视图，则衬底10代表织物;并且如果100是应用于窗格上的涂覆系统的横断 面视图，则衬底10代表玻璃。
[0084] 用于衬底10的材料可W选自包括导电材料、介电材料、陶瓷材料、复合材料、半导 体材料、聚合物材料和纺织品的组。在此，陶瓷材料、复合材料、聚合物材料和纺织品被列出 似乎它们不同于导电材料、介电材料、或半导体材料的材料。为了澄清任何可能的误解，所 有材料可W分为W下Ξ种:导电材料、介电材料、半导体材料。现在，根据材料的实际组成成 分，陶瓷材料、复合材料、聚合物材料和纺织品中的每个能够被分类进导电材料、介电材料、 或半导体材料。也即，任何时候例如在说明书中提到术语"介电材料"或"介质"，应当理解该 术语包括作为电介质的所有材料，其也可W包括被划分为介电材料的任何陶瓷材料、复合 材料、聚合物材料、介电材料或纺织品。同样，任何时候在说明书中提到术语"导电材料"或 "导体"，应当理解该术语包括作为导体的所有材料，其也包括被划分为导电材料的任何陶 瓷材料、复合材料、聚合物材料、或纺织品。并且，任何时候在说明书中提到术语"半导体材 料"或"半导体"，应当理解该术语包括作为半导体的所有材料，其也包括被划分为半导体材 料的任何陶瓷材料、复合材料、聚合物材料、或纺织品。
[0085] 澄清了运一点，能够被用于形成衬底10的导电材料的列表包括但不限于:侣、铭、 钻、铜、金、银、裡、钢、儀、饿、钮、销、锭、银、粗、铁、鹤、饥、其合金(例如侣铜和钢），W及其混 合物。能够被用于形成衬底10的复合材料的列表包括但不限于:混凝±、渐青混凝±、纤维 增强聚合物、碳纤维增强塑料、玻璃增强塑料、增强橡胶、层压板、胶合板、纸、玻璃纤维、砖 和各种复合玻璃。能够被用于形成衬底10的聚合物材料的列表包括但不限于:聚丙締酷胺、 聚丙締酸醋、聚下二烘、聚环氧化物、聚酸、聚乙締、聚咪挫、聚酷亚胺、聚丙締酸甲醋、聚甲 基丙締酸甲醋、多肤、聚对苯乙烘、多憐酸盐、聚化咯、多糖、聚苯乙締、聚讽、聚嚷吩、聚氨 醋、聚乙締等。衬底10也可W由其他聚合物材料如琼脂糖、纤维素、环氧树脂、水凝胶、硅胶、 娃玻璃、硅氧烷等形成。能够被用于形成衬底10的纺织品的列表包括动物纺织品、植物纺织 品、矿物纺织品、合成纺织品、和它们的组合。
[0086] 100中的每个子涂覆层包括随机分布的多个半径为a、良好分离的球形颗粒物，W 及插入在所述球形颗粒物之间空间中的折射率为η的填充材料。在示例性实施例100中，子 涂覆层101包括随机分布的多个分离良好的球形颗粒物11，和插入在所述球形颗粒物之间 空间中的填充材料51;子涂覆层102包括随机分布的多个分离良好的球形颗粒物12，和插入 在所述球形颗粒物之间空间中的填充材料52;子涂覆层103包括随机分布的多个分离良好 的球形颗粒物13,和插入在所述球形颗粒物之间空间中的填充材料53; W及子涂覆层104包 括随机分布的多个分离良好的球形颗粒物14,和插入在所述球形颗粒物之间空间中的填充 材料54。在100的情况下，填充材料51、52、53和54的折射率相同。并且，球形颗粒物11、12、13 和14的直径满足dll<dl2<dl3<dl4,在此山1、山2、(113、山4分别是球形颗粒物11、12、13和14的直 径。
[0087] 填充材料51、52、53和54可W选自包括介电材料、陶瓷材料、复合材料(复合材料混 合物)和聚合物材料的组。运些的列表包括但不限于:涂料、粘±、胶、水泥、渐青、聚合物材 料、明胶、玻璃、树脂、粘合剂、氧化物和它们的组合。复合材料混合物的列表包括涂料、粘 ±、胶、水泥等。聚合物材料的列表包括但不限于:琼脂糖、纤维素、环氧树脂、水凝胶、聚丙 締酷胺、聚丙締酸醋、聚下二烘、聚环氧化物、聚酸、聚乙締、聚咪挫、聚酷亚胺、聚丙締酸甲 醋、聚甲基丙締酸甲醋、多肤、聚对苯乙烘、多憐酸盐、聚化咯、多糖、聚苯乙締、聚讽、聚嚷 吩、聚氨醋、聚乙締等。填充材料51、52、53和54也可W由其他聚合物材料如琼脂糖、纤维素、 环氧树脂、水凝胶、硅胶、娃玻璃、硅氧烷等形成。各种树脂包括合成树脂如丙締酸树脂W及 植物树脂如乳香醋。基于氧化物的介电材料的列表包括但不限于:氧化侣、氧化被、铜（I)氧 化物、铜（II)氧化物、氧化铺、给(IV)氧化物、氧化错、氧化儀、氧化筑、一氧化娃、二氧化娃、 五氧化二粗、二氧化蹄、二氧化铁、氧化锭、氧化镜、氧化锋、二氧化错等。
[0088] 用于球形颗粒物11、12、13和14的材料可W选自包括导电材料、介电材料、半导体 材料的组。能够被用于形成球形颗粒物11、12、13和14的导电材料的列表包括但不限于:侣、 铭、钻、铜、金、银、裡、钢、儀、饿、钮、销、锭、银、粗、铁、鹤、饥、其合金(例如侣铜和钢）、W及 其混合物。球形颗粒物11、12、13和14也可能由复合体形成，如核壳结构的球形颗粒物，其中 导电核被绝缘壳包围，或者反之亦然(绝缘核或腔被导电壳包围）。虽然具有较大折射率的 介电材料或半导体材料也可W被选择用于球形颗粒物11、12、13和14,但是导电材料是首选 的选择。
[0089] 图2的示例性实施例200是示例性实施例100的变形，其中在子涂覆层201、202、203 和204中引入随机分布的球形空隙。在示例性实施例200中，来自于不同子涂覆层的球形空 隙的直径满足d21<d22<d23<d24,其中(121，(122，(123，和(124分别是球形空隙21、22、23和24的直径。 与100中相同，来自于不同子涂覆层的球形颗粒物的直径满足du<dl2<dl3<dl4。并且，球形颗 粒物和球形空隙的直径的关系为dlKcbl，dl2<d22，dl3<d23，并且dl4<d24。
[0090] 在随机分布的球形空隙的有限数量变得非常大并且每个空隙的直径变得非常小 时，示例性实施例200的多层涂覆系统中的每一子涂覆层变为包括随机分布的球形颗粒物 的气凝胶结构。气凝胶是一种合成多孔材料。
[0091] 球形空隙21、22、23和24可W由中空介电壳形成，其可W被填充W气体。
[0092] 在示例性实施例100和200中，W及在其他实施例中，每个子涂覆层中的球形颗粒 物被绘制为具有一个相等的直径尺寸。例如，在子涂覆层101中，球形颗粒物11的直径尺寸 为山1。实际上，制造具有相同直径尺寸的两个不同球形颗粒物如果不是不可能的话也是极 其困难的。因此，直径dll，山2，山3，山4可W被理解为平均直径，其中山1是多个球形颗粒物11 的平均直径尺寸，其中山2是多个球形颗粒物12的平均直径尺寸，山3是多个球形颗粒物13的 平均直径尺寸，W及山4是多个球形颗粒物14的平均直径尺寸。类似地，示例性实施例200中 的球形空隙的直径也可W被解释为平均直径。例如，cbi是多个球形空隙21的平均直径尺寸， d22是多个球形空隙22的平均直径尺寸，d23是多个球形空隙23的平均直径尺寸，w及d24是多 个球形空隙24的平均直径尺寸。
[0093] 在图3的另一个示例性实施例300中，一种直径尺寸的球形颗粒物跨越不同的子涂 覆层301、302、303和304随机分布，其中每个子涂覆层具有不同的折射率。通过将层101、 102、103和104分别识别为等同于层301、302、303和304,可W从图1的900中呈现300的Ξ维 示意图。在运一点上，示例性实施例300代表900的沿线AB的横断面视图。300中不同子涂覆 层的折射率满足η6^η62<η63<Π 64,其中1161，1162，1163，和1164分别代表填充材料61、62、63和64的 折射率。
[0094] 填充材料61、62、63和64可W选自被列出用于填充材料51、52、53和54的那些材料。 [00Μ]用于球形颗粒物15的材料可W选自那些列出被列出用于球形颗粒物11、12、13和 14的材料。
[0096] 图3的示例性实施例400是示例性实施例300的变形，其中在子涂覆层401、402、403 和404中也存在随机分布的球形空隙。如在示例性实施例300中的情况下一样，子涂覆层的 折射率满足η6^η62<η63<η64。然而，球形空隙的直径被选择为使得其大于球形颗粒物15的直 径。示例性实施例400中的球形颗粒物15和球形空隙25的直径满足dl5<d25,其中dl5和d25分别 代表球形颗粒物15和球形空隙25的直径。
[0097] 用于球形空隙25的材料可W选自那些被列出用于球形空隙21、22、23和24的材料。 [009引尽管实施例300(400)已经在此被描述为优选实施例100(200)的替代，基于300 (400)的多层涂覆系统仍面临由于子涂覆层的不同折射率而在不同子涂覆层的界面处发生 的内部反射。运种内部反射不可避免地导致多层涂覆系统的自发热。
[0099] 下文中，将具体描述根据一个或多个示例性实施例的多层涂覆系统的操作。
[0100] 图4中描绘的是示出了相对于实际(真实的）多层涂覆系统100,理想的多层涂覆系 统100中透射和反射操作的示意图。尽管图4示出的透射和反射操作对于实际多层涂覆系统 而言可能过于理想化，但是该例示提供了在多层涂覆系统中如何对波长进行选择性过滤的 简明描述。稍后将示出实际的多层涂覆系统也表现出与图4所描绘的等效的特征。基于此 点，现在描述理想多层涂覆系统中的透射和反射操作。
[0101] 理想的多层涂覆系统包括理想的子涂覆层。因此，理想的多层涂覆系统100包括理 想的子涂覆层101、102、103和104。图4中描绘了理想多层涂覆系统100中的透射和反射操 作，其中501描述了与理想的子涂覆层101相关联的透射和反射操作，504描述了理想子涂覆 层104的类似操作。图4中未明确标出的其余两个操作方案能够很容易地与理想子涂覆层 102、103相关联。
[0102] 在理想子涂覆层104中，波长为λ的入射电磁波，λ<λ4的被全透射，λ4含λ含λ。的被全 反射，并且λ〉λ。的被部分透射和部分反射。具有运种波长过滤特性的子涂覆层在窗格中具 有有用的应用，其中高度期望反射热量或红外电磁波，而同时透射来自可见光谱W及广播 和通信行业使用波长的电磁波。
[0103] 子涂覆层中反射区域的宽度是有限的。对于理想的子涂覆层104,反射区域的宽度 由Δ λ =、-λ4给出。一般地，实际子涂覆层具有很窄的反射区域宽度Δ λ。出于运个原因，隔 热应用中常用的单个子涂覆层对于阻挡红外光谱不期望的所有波长而言是不够的。幸运的 是，通过控制子涂覆层中包含的球形颗粒物的直径，子涂覆层中的反射区域能够在波长域 中中位移。为了示出运一点，考虑描述理想子涂覆层101中的透射和反射操作的501(参见图 4)。可W将501的结果与504中的结果进行比较，504描述了对于较大直径尺寸的球形颗粒物 的理想子涂覆层104中的透射和反射操作。通过比较二者，可W注意到501中反射区域的开 始边缘出现在Αλ =、-λ4,其中λ4〉λι"501中反射区域的开始边缘的运种位移归因于子涂覆 层101内部随机分布的较小球形颗粒物11。在示例性实施例100中，来自不同子涂覆层的球 形颗粒物的直径满足du<dl2<dl3<dl4;并且在理想多层涂覆系统100中球形颗粒物的运种布 置反映了图4中示出的透射和反射操作。
[0104] 由于其反射区域的有限宽度Δλ，单个子涂覆层对于反射所有不期望波长而言可 能是不够的。然而，可W将子涂覆层例如101、102、103和104层叠在一起W形成具有反射区 域较大有效宽度（A 的多层涂覆系统。例如，理想的多层涂覆系统100(其中图4示出了 其透射和反射操作)具有反射区域有效宽度（A λ)6?? = λ6-λι。在理想多层涂覆系统100中，未 被子涂覆层104反射的不期望波长的电磁波最终被后续的子涂覆层101、102和103反射掉 了。图4中被反射的属于波长域λι<λ<λ4中的波不会陷捕在多层涂覆系统100的内部，因为 在运些电磁波的行进路径中没有反射区域。例如，假设波长域λι含λ含λ2中的电磁波被反射 离开子涂覆层1〇1(参见图4中的501)。运种被反射的电磁波跨过子涂覆层102、103和104行 进而无内部反射，最终离开多层涂覆系统100。由于在其行进路径中没有反射区域因此没有 内部反射发生。也由于运个原因属于波长域λι含λ含λ4中的任何被反射的电磁波不会导致多 层涂覆系统中的自发热。然而，波长域λ〉λ。中的电磁波由于其跨过后续的子涂覆层行进因 此被部分透射和部分反射。运些电磁波受到子涂覆层之间界面处的内部反射。因此，运些电 磁波会导致多层涂覆系统100的自发热。幸运的是，波长域λ〉λ。中的电磁波不像波长域λ < λ4 中的电磁波那么有能量。波长域λ〉λ。中的运些电磁波在加热多层涂覆系统中的贡献可W被 忽视。
[0105] 在前面的例示中，从顶部对多层涂覆系统进行照射。在示例性实施例100的情况 下，顶部是子涂覆层104并且底部是衬底10。也能从底部对多层涂覆系统100进行照射，仍将 如图4所示那样描述电磁波的透射和反射的大部分基本操作。例如，波长满足0<λ<λι的入射 电磁波仍将跨过子涂覆层全部透射，而那些波长满足λ〉λ。的波将部分透射和部分反射。然 而，当图2中入射电磁波的方向相反时，发生透射和反射操作中的重要修改。尽管波长满足 λι < λ含λ4的入射电磁波仍然全部被反射，但是对于图2中入射电磁波的方向相反的情况，在 图4中的波长满足λ4<λ含λ。的那些波被部分反射和部分透射。部分透射进入区域Α、Β和C中的 电磁波经受在不同子涂覆层之间发生的内部反射。运种内部反射导致多层涂覆系统的自发 热。
[0106] 图5Α中所示出的是多层涂覆系统应用到运送热水的管道的情况。在运一示例中， 管道的表面首先涂覆W子涂覆层化2,并且接着用子涂覆层化1涂覆子涂覆层化2。利用运种 子涂覆层的布置，管道内部的"热水"可W被适当地与管道外部的较冷环境溫度隔离。假设 SL2是其波透射与反射操作在上文中描述的理想子涂覆层，来自"热水"的热波在管道内部 由子涂覆层化2进行内部反射，由此避免"热水"失去热量。另一方面，任何来自外部源的热 通过子涂覆层化1部分地透射，并且运造成化1内的内部反射，运将引起整个多层涂覆系统 的加热(再参看图4中的区域Α、Β和C)。尽管传递到"热水"的实际热能的量依赖于外部热源 的溫度状态，但是运种过程能够只造成经由非福射热过程（例如，通过直接热传导的热传 递)给"热水"增加更多的热。
[0107] 图5B所示的是相反的情况，其中子涂覆层SL1和SL2的布置与图5A的情况相反。在 运种子涂覆层布置下，管道内部的"热水"不断损失热。例如，来自"热水"的热通过子涂覆层 SL1部分地透射，并且运造成化1内的内部反射，运接着结束了整个多层涂覆系统的加热。在 运种配置中，与福射热过程相比，来自直接热传导过程的热能损失能增加。
[0108] 下文中，具体描述了实际多层涂覆系统中的透射和反射操作。
[0109] 与理想子涂覆层104相比，实际子涂覆层104不具有504中所示的那种严格定义的 透射和反射区域。然而，当实际子涂覆层彼此叠加 W形成多层涂覆系统时，得到的透射和反 射操作反映了图4中所讨论的理想涂覆系统的大部分特性。
[0110] 图6中示出的是从其中将半径a = 300nm的侣球形颗粒物嵌入在折射率n = 1.4962 的介质(填充材料）中并被照射W强度I。的入射电磁波的结构获得的反向散射(或反散射） 效率因子化ac、消失效率因子Qext, W及差函数A Q =化ac-Qext的点图。Mie理论已被用于计算 Qbac和Qext。也即，在图帥的点图N 0中能容易地识别出两个完全不同的区域。第一区域I，其 具有规定范围0<λ<2.2μm，特征在于ΔQ(ΔQ<0)为负值，而第二区域II，其具有规定范围2.2 皿含λ。5皿，其特征在于Δ Q( Δ Q〉〇)为正值。尽管在图6中没有直接显示，对于具有足够大 波长的波而言的A Q值接近零。在图6的情况下，运种波对应于波长满足λ>>15皿的波。AQ 趋于零的运种区域能够被识别为第Ξ区域III。
[0111] 对于来自区域I和II的选定波长演示了图6中AQ点图的区域与504(图4)中例示的 透射和反射区域之间的对应关系。在该计算中，嵌入在折射率η=1.4962的介质(填充材料） 中的半径a = 300nm的侣球形颗粒物被照射W强度I。的入射电磁波。为了正向和反向散热波 的可见演示，针对来自前述区域I和II的每个选定波长在极化图中绘制了散射波强度Is和 入射波强度I。的比。选自区域I的波长的结果在图7中示出，选自区域II的波长的结果在图8 中示出，其中在两个极化图中侣颗粒物位于中屯、并且被从左侧照射。图7和图8的结果掲示 了来自区域I的波强烈正向散射（即，透射），而来自区域II的波显性地反向散射(即，反射）。 因此，图6中的区域I能够与504中的波长域0<λ<λ4相关联;图6中区域II能够与504中的波长 域λ4<λ含λ。相关联。尽管在图6和图8中没有直接明显示出，对于足够大的波长散射波强度Is 与入射波强度I。的比趋于1。在图6的情况下，该波长对应于那些满足λ>>15皿的波。在此 区域中的波对应于图4的504中的波长满足λ〉λ。的那些波，其中波W相等的幅度被部分透射 W及部分反射。
[0112] 图9所示的是从其中将半径a = 100nm的侣球形颗粒物嵌入在折射率η = 1.4962的 介质(填充材料）中并被照射W强度I。的入射电磁波的结构获得的反散射效率因子化a。、消 失效率因子Qext，W及差函数AQ =化ac-Qext。为了正向和反向散热波的可见演示，针对来自 图9中Δ Q<〇和Δ Q〉〇的区域的每个选定波长在极化图中绘制了散射波强度Is和入射波强度 I。的比。选自对应于A Q<0和AQ〉〇的区域的波长的结果分别在图10和图11中示出，其中在 两个极化图中侣颗粒物位于中屯、并且被从左侧照射。正如图6中的情况，此处的结果也显示 了来自于对应于Δ(Κ〇的区域的波长强烈正向散射，而来自对应于AQ>〇区域的波强烈反 向散射。然而，与图6中的情况相比，在图9中位于AQ = 〇处的波长位置向图9中较短波长位 移。运种特征与图4中随着球形侣颗粒物的直径尺寸减小(参见图2每个子涂覆层中的颗粒 物的直径Γ反射区域"向着较短波长移位相一致。最后，在图12中，获得了对应于不同半径 的侣球形颗粒物的A Q的点图用于比较。对于Δ Qs的Mie理论计算，考虑下面的半径：a = 1 OOnm, a = 300nm,和a = 500nm
[0113] 图2中的示例性实施例200利用球形空隙来减少与直接热传导相关联的热导率。图 13示出的是在将半径为a的球形空隙嵌入在折射率为n=l.4962的介质(填充材料）中并W 强度为I。的电磁波照射的情况下获得的A Q点图。计算中所考虑的球形空隙的Ξ种不同半 径为曰二200皿,a = 450皿,and a = 70化m。为了正向和反向散射波的可见演示，针对图13中 来自Δ Q<〇和Δ Q〉〇的区域的每个选定波长在极化图中绘制了散射波强度Is和入射波强度I。 的比。选自对应于A Q<〇和Δ Q〉〇的区域的波长的结果分别在图14和图15中示出，其中在两 个极化图中球形空隙位于中屯、并且被从左侧照射。结果显示了来自于对应于A Q<0的区域 的波长强烈正向散射（即透射），而来自对应于A Q>0区域的波很弱地反向散射。运种结果 表明了嵌入在介质(填充材料）中的球形空隙在反射红外电磁波中作用微弱。尽管如此，球 形空隙在例如涂料之类的混合物中的存在通过减少与直接热传导过程相关联的热转移而 改进了针对热损失的隔离。
[0114] 示例性实施例300是多层涂覆系统的替代性结构，其中子涂覆层中存在随机分布 的相同直径尺寸的球形颗粒物，其中每个子涂覆层301、302、303和304分别包括不同折射率 的填充材料61、62、63和64。图16示出的是在其中将半径为3 = 20〇11111的侣球形颗粒物嵌入在 折射率为η的介质（填充材料）中的结构下获得的AQs。考虑用于图16中的不同介质的折射 率为η = 1.5,n = 2,n = 2.5,和η = 3。
[0115] 另一个示例性实施例400是示例性实施例300的变型，其中与随机分布的球形颗粒 物一起在子涂覆层中还存在随机分布的球形空隙。尽管球形空隙在反射红外波方面较弱， 但是它们仍然通过减少与直接传导的热转移相关联的热导率而改进针对热损失的隔离。
[0116] 尽管前述示例中子涂覆层包含很多球形颗粒物，AQs却是从单个球形颗粒物情况 明确计算得到的，并且那些结果被用来描述子涂覆层中的透射和反射操作。在每个子涂覆 层中的球形颗粒物彼此充分分离从而它们之间的相互作用可W被忽略的情况下，运种分析 是有效的。对于给定的相关波长，假定为λ，两个最近的相邻球形颗粒物彼此分开~ιολ的距 离可W被认为是"充分分离"。例如，在504描述了其波透射和反射操作的理想子涂覆层104 中，所述"相关波长，λ"可W用来λ = λ4表示，其波长定义了反射区域的开始边缘。类似地，在 501描述了其波透射和反射操作的理想子涂覆层101中，替代地所述"相关波长，λ"可W用来 λ = λι表示。现在，对于实际的子涂覆层(与理想子涂覆层相比），波透射和反射的操作的特 征在于A Q点图。在图6所示的A Q的情况下，所述"相关波长，λ"可W从λ中选择，其中的边界 由2μηι <入< 4μηι限定。
[0117] 在图17Α示出的二维点阵中，其中直接最近相邻球形颗粒物之间的最近面到面间 隔为ΙΟλ，半径为a的球形颗粒物所占用的有效面积Aeff由Aeff = (10A+2a)2给出。在立维立方 点阵的情况下，其中最近相邻球形颗粒物之间的最近面到面间隔为ΙΟλ，半径为a的球形颗 粒物所占用的有效体积Vef巧用Veff=(10A+2a)嗦示。现在，如果Vlayer代表100中一个子涂 覆层的体积，贝帷该子涂覆层中的球形颗粒物的总个数(Np )由Np = Vlayer/Vef域Np = Vlayer/ (l〇A+2a)3给出。球形颗粒物的总重量（即，子涂覆层中全部球形颗粒物的重量）由Wp = Npmg 或Wp = 4.188如a3gViayer/(10A+2a)3给出，其中g是重力常量，P是颗粒物的质量密度，并且m是 由m=P(4/3)3ia3或m=4.188如a3定义的单个球形颗粒物质量。图17A中的最近相邻面到面间 隔长度ιολ仅仅是对在该处球形颗粒物之间的相互作用可w被忽略的间隔距离的近似数。 因此，在此任何大于ΙΟλ的间隔距离也成为有效分析。在运一点上，Np和Wp可W被重新表达为 Np < ￥的6,八10入+2日）3和Wp < 4.188如a3gViayer/(l〇X巧日）3。
[0118] 通常，电磁波在包括随机分布颗粒物的混合物中的散射需要来自单个颗粒物配置 的散射解的明确计算。并且，通常运种散射解对于解释运种混合物中的散射现象已经足够。 例如，在牛奶罐或积云中的光透射和反射可W被设及在牛奶罐的情况下是单个奶粒子或在 积云的情况下是单个雨点的Mie理论问题所量化地解释。在前述示例性实施例中，已经考虑 了随机分布的侣颗粒物与(或者不与）随机分布的空隙一起嵌入在材料介质中的情况。从物 理学的观点看，运种系统中的电磁散射现象设及单个粒子Mie理论解。在本说明书中使用的 物理学的细节可W在下述参考文献中找到：C.Bohren和D. Huff man, "Absorption and Scattering of Light by Small Particles，，，John Wiley&Sons，Inc.，1998; ISBN 0-471 - 29340-7。
[0119] 当然，图17A中的间隔距离ΙΟλ并没有什么特殊的。如果替代地两个最近的相邻球 形颗粒物之间不同的间隔距离，例如5λ，能够被考虑为球形颗粒物在该处被认为是"充分分 离的"的长度，则Νρ和Wp将由Νρ < Vlayer/( 5入+2曰)哺Wp < 4.1888pa3gVlayer/巧入+2曰)3简单给出。 该间隔距离(在该处两个颗粒物能够被认为足够远从而二者之间的相互作用可W被忽略） 很大程度依赖于所设及颗粒物的类型。例如，如果颗粒物是带电的，则ΙΟλ的间隔距离对于 忽略两个颗粒物之间的相互作用可能是不够的。无论怎样，图17Α中对ΙΟλ的选择使得大部 分类型的颗粒物包括侣颗粒物"充分分离"。
[0120] 前述示例中的λ代表其中球形颗粒物及球形空隙）随机分布的材料介质（填充 材料）内部的电磁波的波长。前述A Q点图中的波长λ因此代表介质内部的电磁波的波长。相 应的自由空间波长λ。由λη = ηλ给出，其中η是保持颗粒物及空隙）在内部的介质的折射 率。
[0121] 制造多层涂覆系统设及的简单过程包括（1)准备用于每个子涂覆层的混合物W及 (2)将运些混合物应用到衬底上W形成子涂覆层。图17Β示出的是运种过程。具有第一溶液 的的第一容器被混合W-种尺寸的球形颗粒物W及另一种均一尺寸的球形空隙，每个在图 中分别标为"较小颗粒物"和"较小空隙"。具有第二溶液的第二容器被混合W较大球形颗粒 物和球形空隙，每个在图中分别标为"较大颗粒物"和"较大空隙"。在侣球形颗粒物和中空 玻璃球被混入普通涂料的情况下，图17Β中第一容器中的"第一溶液"和第二容器中的"第二 溶液"可W用所述普通涂料来形成。衬底上的第一子涂覆层能够通过将衬底浸入图17Β中所 示的第一容器中而形成。衬底随后可W被干燥和/或固化，然后浸入第二容器W形成第二子 涂覆层。利用图17Β所示的浸入方法，能够在衬底的两个表面上形成多层涂覆系统。对于不 能利用浸入方法的衬底，诸如房屋表面或汽车表面，多层涂覆系统的每一层可W通过喷涂 方法在衬底上形成。
[0122] 尽管上述演示设及了混合物，即图17Β中的"第一溶液"和"第二溶液"，其中普通涂 料被混合W侣颗粒物和球形空隙，但用于多层涂覆系统中的每个子涂覆层的混合物也可W 通过将侣球形颗粒物和空隙与任何溶液混合来准备。运些包括但不限于溶剂类涂料、复合 材料混合物(如胶水、粘±等），聚合物材料(如聚氨醋、弹性体、塑料、明胶、环氧树脂、丙締 酸树脂、聚甲基丙締酸甲醋等），W及各种树脂和粘合剂例如水泥等，列出了运些作为例子。 作为替代示例，一种尺寸的侣球形颗粒物和另一种直径尺寸的球形空隙可w混合在一个液 化PMMA(聚甲基丙締酸甲醋)溶液中。在运种特定情况下，图17B中的"第一溶液"可W用液化 PMMA表示。图17B中的"第二溶液"也可W用液化PMMA表示，但是其混合的侣颗粒物和球形空 隙比在"第一溶液"中混合的那些具有更大的直径尺寸。在前面例示的浸入过程之后能够在 衬底上形成多层涂层系统。在另一替代示例中，可W在用聚合物材料诸如聚氨醋形成的溶 液中混合侣球形颗粒物和空隙。在运种情况下，图17B中的"第一溶液"和"第二溶液"将用聚 氨醋溶液来表示，其中每种溶液容纳适当直径尺寸的侣颗粒物和空隙。可W在之前例示的 浸入步骤之后通过将织物浸泡(或浸入)在"第一溶液"和"第二溶液"中来在织物上形成多 层涂覆系统。类似的，可W通过重复相似的步骤在纺织纤维线上形成多层涂覆系统。运种涂 覆有多层涂覆系统的线可W被用于制作耐热服装。
[0123] 图18的示例性实施例500是有源电磁波长过滤器的例示，其中通过应用电场能够 使反射区域的开始边缘(例如，图4中504的λ4)位移。通过给电极5和6施加偏置电压而在电 极之间生成电场。在没有电场的情况下半导体材料表现得类似于介电材料。但是当暴露于 电场下，半导体材料表现得类似于导电材料。运种特性可W被利用来有效地控制电磁波开 始变得被反射之处的波长。例如，能够通过控制电场强度、对应于504的子涂覆层暴露于的 电场的强度来使图4的504中的λ4的值位移。
[0124] 图18的另一示例性实施例600是实施例500的变型，其中在子涂覆层中与随机分布 的球形颗粒物一起还存在随机分布的球形空隙。尽管图18中的示例性例示是基于多层涂覆 系统100和200的，但是图3的替代示例性实施例300和400也可W被用于代替100和200。
[0125] 图18中的示例性实施例500和600的电极5和6可W由对于相关波长而言透明的平 面导体形成。例如，在红外反射器的情况下，上电极5必须对于相关的红外电磁波透明。此 夕h如果示例性实施例500和600中所示的多层涂覆系统是光透明的，则电极5和6都必须是 光透明的，并且透射相关的红外波。
[0126] 通常，电极5或6或二者也可栅格或栅结构图案化，或者W诸如孔或方形阵列 等的更复杂的图案来图案化。当电极W运种结构图案化时，相关的红外波长和可见光能够 透射通过图案化的电极的开口。在电极W开口图案化的情况下，用于电极的导电材料不仅 限于透射相关红外波长的光透明导体，而是能够使用任何导电材料。
[0127] 前文是对各种示例实施例的例示并且不应被解释为对其进行限制。本领域普通技 术人员将注意到在示例实施例中很多修改都是可能的，而不偏离新颖的教导和益处。所有 运些修改都将被包含在由权利要求定义的本公开的范围内。
[012引工业应用
[0129]根据本发明的利用颗粒物的阻热系统能够工业地应用到使用阻热系统的领域。
【主权项】
1. 一种多层涂覆系统，包括： 位于衬底之上的第一层，其中所述第一层包括随机分布的多个分离良好的、半径为&1的 球形颗粒物，以及插入在所述球形颗粒物之间的空间中的折射率为m的填充材料；以及 可表达为下述字方程的后续层， "位于第i-Ι层之上的第i层，其中所述第i层包括随机分布的多个分离良好的、半径为&1 的球形颗粒物，以及插入在所述球形颗粒物之间的空间中的折射率为m的填充材料"； 其中整数i大于1。2. 根据权利要求1所述的多层涂覆系统，其中所述衬底包括导电材料。3. 根据权利要求1所述的多层涂覆系统，其中所述衬底包括介电材料。4. 根据权利要求1所述的多层涂覆系统，其中所述衬底包括半导体材料。5. 根据权利要求1所述的多层涂覆系统，其中所述衬底包括纺织品。6. 根据权利要求1所述的多层涂覆系统，其中每层的厚度范围从0.01微米到10000微 米。7. 根据权利要求1所述的多层涂覆系统，其中所述填充材料包括聚合材料。8. 根据权利要求1所述的多层涂覆系统，其中所述填充材料包括粘合剂。9. 根据权利要求1所述的多层涂覆系统，其中所述填充材料包括树脂。10. 根据权利要求1所述的多层涂覆系统，其中所述填充材料包括介电材料。11. 根据权利要求1所述的多层涂覆系统，其中所述填充材料包括陶瓷材料。12. 根据权利要求1所述的多层涂覆系统，其中所述多个球形颗粒物包括导电材料。13. 根据权利要求1所述的多层涂覆系统，其中所述多个球形颗粒物包括介电材料。14. 根据权利要求1所述的多层涂覆系统，其中所述多个球形颗粒物包括半导体材料。15. 根据权利要求1所述的多层涂覆系统，其中所述球形颗粒物的半径范围从0.001微 米到250微米。16. 根据权利要求1所述的多层涂覆系统，其中所述填充材料的折射率满足m=m-l，其 中整数i大于1。17. 根据权利要求1所述的多层涂覆系统，其中所述填充材料的折射率满足ηΡηκ，其 中整数i大于1。18. 根据权利要求1所述的多层涂覆系统，其中所述球形颗粒物的半径满足a^aH，其 中整数i大于1。19. 根据权利要求1所述的多层涂覆系统，其中所述球形颗粒物的半径和填充材料的折 射率满足 cli - Eli-1, 1 其中整数i大于1。20. 根据权利要求1所述的多层涂覆系统，还包括： 在所述第一层内部随机分布形成折射率为m的填充材料的多个分离良好的、半径h> 的球形空隙；以及 在所述第i层内部随机分布形成折射率为m的填充材料的多个分离良好的、半径匕>&1 的球形空隙，其中整数i大于1。21. 根据权利要求20所述的多层涂覆系统，其中所述球形空隙的半径满足bAbn，其中 整数i大于1。22. 根据权利要求20所述的多层涂覆系统，其中所述球形空隙的半径满足bilbH，其中 整数i大于1。23. 根据权利要求20所述的多层涂覆系统，其中所述球形空隙的半径和填充材料的折 射率满足 bi = bi-i，m>m-1， 其中整数i大于1。24. 根据权利要求20所述的多层涂覆系统，其中所述球形空隙由腔半径范围为0.002微 米到500微米的中空介电壳形成。25. 根据权利要求20所述的多层涂覆系统，还包括： 第一电极，位于邻近距离所述衬底最远的层的两个表面中较远的表面的位置； 第二电极，位于所述第一层与所述衬底之间； 施加到所述第一电极的第一电压；以及 施加到所述第二电极的不同于第一电压的第二电压。
【文档编号】H05K9/00GK105874896SQ201480060388
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2014年11月3日
【发明人】赵胜来
【申请人】材料视觉有限公司