专利名称：流动性胶体晶体以及使用该晶体制造三维有序晶格的方法
技术领域：
本发明涉及包含液-固胶体分散体的流动性胶体晶体(fluid colloidalcrystal)。更具体地说，本发明涉及包含固-液胶体分散体体系有序结构的新颖的流动性胶体晶体，所述有序结构具有流动性，该有序结构由胶体粒度的有机或无机聚合物球形微粒形成，所述晶体具有各种有序结构固有的性质，例如在可见光、紫外光和红外光的辐照下具有极好的特征反射光谱。
本发明还涉及一种用来制备三维有序晶格(three-dimension ordered lattice)的方法，该方法包括对上述胶体晶体进行干，使其中作为分散质(dispersoid)的有机或无机球形微粒纵向、横向有规则地对齐。
另外，本发明还涉及一种用来制备球形微粒的三维有序晶格的方法，所述晶格的组成和结构都是均一的，具有各种基于其结构均一性的性质，本发明还涉及使用该方法得到的三维有序晶格。
另外，本发明还涉及一种使用特定球形微粒作为分散质制备三维有序晶格的方法，所述球形微粒显出净彩色(chromatic color)、具有极好的紫外光和红外光反射性质，还涉及使用该方法制得的三维有序晶格以及用来制备所述特定球形微粒的三维有序晶格的涂布膜的方法，其中所述微粒显出净彩色、具有极好的紫外光和红外光反射性质。
背景技术：
在人类视觉感知颜色时，在彩色电视机中，三种荧光物质R、G和B在受到电子束辐照时发射出原色光，发光体的颜色(illuminant color)以彩色的形式被视觉感知。另外，当颗粒聚集体或层聚集体形式的染料或颜料受到阳光或白光辐照时，染料或颜料会吸收特定波长的可见光，从而可通过视觉感知物体的彩色。在视觉感知这些发颜色或物体颜色时，根据受到光辐照物质的结构性质和表面性质，特定波长范围的可见光被吸收、透射或反射，透射光的颜色、吸收光的颜色以及反射光的颜色中的任一种以彩色的形式主要地被眼睛感知。另外，当使用阳光或白光辐照某物质时，会产生各种现象或显色(colordevelopment)，例如彩虹的光折射，液晶、蓝天的光衍射，晚霞的光散射，以及水面油膜、肥皂泡、蛋白石上的干涉色，可以说所有这些性质都是聚集的或分散的微粒物质的性质。
在各种文献中对物质的这些结构性质和表面性质进行了描述。例如，在关于视觉感知颜色的日本专利申请公报第206719/2001号(专利文献1)中，描述了在一种薄膜(单分散二氧化钛的单层或多层薄膜)中，不使用任何颜料之类的彩色材料，将单分散二氧化钛颗粒堆积在基材上，外观色调成为红色至蓝色的干涉色调，该色调既不是染料或颜料的物体颜色也不是发光的颜色，根据颗粒的直径而定。在日本专利申请公报第239661/2001号(专利文献2)中，描述了能够发射出净干涉色的单色光的规则周期性结构的沉积物，该沉积物是通过将单分散固体微粒聚集排列在黑色或暗色的合成树脂等材料的抗液性基层表面上(以便通过干燥方法清楚地看到干涉色)得到的，其中所述单分散固体微粒的数均粒度为100-1000纳米，该微粒具有透光性。文献中描述了将以下物质用作具有透光性的单分散无色固体微粒无机氧化物微粒，例如二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、二氧化硅-氧化铝和二氧化钛-硒；以及有机聚合物微粒，例如(甲基)丙烯酸类树脂、苯乙烯树脂和烯烃类树脂。因此，日本专利申请公报第206719/2001号和日本专利申请公报第239661/2001号中所述的膜和沉积物中的任一种都能显出可看到的颜色，这是规则分散或聚集或层叠的胶体粒度微粒的结构性质和表面性质。
另外，迄今为止已经提出了各种制备颗粒层叠体的方法，包括使用固-液分散体或悬浮体(包含分散用作分散质的单分散球形微粒)进行浇注、喷涂、涂布、迁移等，从而对颗粒进行排列、对齐、干燥和固定，从而使分散质球形微粒纵向和横向都规则地排列在平整的基件上(base member)。预期在上述方法中通过对球形微粒的规则排列制得的颗粒层叠体，基于组成颗粒物质的各种固有性质，会具有各种表面性质。具体来说，由于组成颗粒变成更微小的颗粒(例如尺寸为亚微米级或纳米级)，精细表面所显示的表面性质变得更加明显，预期可以将这些组成颗粒用作具有新颖的表面功能的功能性物质。
除了由于染料或颜料产生的物体颜色或例如彩色电视的发光颜色，还存在可以看到的干涉色，如上面日本专利申请公报第206719/2001号所述，提出了一种单分散二氧化钛的单层或多层薄膜，该薄膜中不使用任何颜料之类的色料，将单分散二氧化钛颗粒堆积在基材上，该薄膜的外观色调成为红色至蓝色的根据颗粒的直径而定的干涉色调。还描述了可形成单分散二氧化钛薄膜，通过改变单分散二氧化钛颗粒的直径，在红色至蓝色的范围内根据粒度自由控制薄膜的外观干涉色调。在日本专利申请公报第239661/2001号中，描述了能够发射出净干涉色的单色光的规则周期性结构的沉积物，该沉积物是通过将具有透光性的单分散固体微粒聚集排列在黑色或暗色的抗液性树脂基层表面上(以便清楚地看到干涉色)得到的，其中黑色或暗色在标准彩色固体中的亮度不大于6，饱和度不大于8。所述组成沉淀物的未着色固体微粒是单分散颗粒，文献中描述了将以下物质用作该固体微粒无机氧化物微粒，例如二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、二氧化硅-氧化铝和二氧化钛-硒；以及有机聚合物微粒，例如(甲基)丙烯酸类树脂、苯乙烯树脂和烯烃类树脂。还描述了固体微粒的数均粒度为100纳米至1微米。在日本专利申请公报第213334/2004号中，描述了一种用来制备有序排列多层层叠体结构的方法，该方法包括对含球形单分散聚合物颗粒(200-700纳米，通过乳液聚合制备)的固-液悬浮体进行渗析，从而从该悬浮体中基本除去电解质，对包含球形单分散聚合物颗粒(在该颗粒上形成有双电层)的悬浮体进行干燥(温度60℃)，同时使悬浮体保持静止，然后将互相接触排列的颗粒用化学方法固定。
在上述的情况下，将显色看作物质的结构性质和表面性质，本发明人提出了一种用来形成干颗粒层叠体的方法，该方法包括制备一种水性分散体，在此分散体中分散胶体粒度的有机或无机单分散球形颗粒(粒度几百纳米)，该分散体预先用染料或颜料着色成灰色至黑色的黑色系消色(achromaticcolor)；使用水性分散体(或悬浮体)形成具有特定厚度的坯片(或悬浮体层)；然后对坯片进行充分干燥，使黑色系消色的无机或有机单分散球形颗粒纵向和横向都紧密对齐。当使用380-780纳米的可见光波长范围内的自然光(即白光)对干燥颗粒层叠体的表面进行辐照时，根据球形颗粒的具体粒度，看到的垂直反射光的颜色是净红色、净绿色或净蓝色的深彩色。也就是说，该干的颗粒层叠体成为了光学显色材料。
因此能够显出彩色的干型光学显色材料满足以下的要求(1)至(3)。使用这些材料所显示的颜色显然与常规染料或颜料造成的物体颜色或彩色电视等的发光颜色不同，在可见光的辐照下，可以看到净彩色。本发明人将这些光学显色材料称为“结构显色材料”。
(1)能够显出可看到的彩色的干层叠体是具有表面的三维颗粒层叠体，在该层叠体中至少灰色、深棕色或黑色之类的黑色系消色的有机或无机单分散球形颗粒如上所述在纵向和横向排列在所述层叠体的表面上。
(2)黑色系消色的有机或无机单分散球形颗粒是胶体粒度的特定粒度、即体均直径(mean volume diameter)(d)为130-350纳米的球形微粒。
(3)由于组成干颗粒层叠体的特定粒度的单分散球形颗粒，颗粒层叠体的表面具有一种结构性质，即能够在可见光的辐照下，根据其特定粒度显出光谱衍射色，例如紫色、蓝色、绿色、黄色和红色，另外，迄今为止已经研究了一种干燥方法，在此方法中，对包含分散的微粒(该微粒具有胶体粒度)的固-液悬浮体进行干燥，形成该微粒的聚集体或层叠体。当对具有相当大厚度的这种固-液分散体(悬浮体层)进行干燥时，分散质胶体颗粒在干燥过程中发生聚集和排列，而且在表面上通常会由于干燥收缩而产生裂纹。通常随着要干燥的悬浮体层表面积或悬浮体层厚度变得越大，由于干燥收缩而产生这种裂纹的倾向增加。
也即是说，在对固-液悬浮体进行干燥时，随着干燥的进行，在表面上通常会产生大量的裂纹，这些裂纹的宽度从肉眼几乎观察不到的约1微米至肉眼很容易观察到的几毫米不等。在包含微粒的水性或油性分散体的表面上，随着水或有机溶剂的蒸发，悬浮的微粒通过毛细作用力发生聚集和排列，微粒之间的分散介质(可以是包含粘合剂树脂组分的分散介质)由于干燥而收缩，这样不能保持均一的表面，这种收缩保留下来，成为裂纹。
在常规的结构显色材料的情况下，即使在表面上观察不到裂纹，有序结构也往往会包含颗粒并未充分沿纵向和横向对齐的层，或者形成颗粒沿不同方向排列的有序结构。因此，在目前的情况下，有序结构的纯度仍未得到满足。
当固-液悬浮体被干燥时，分散的颗粒会聚集形成聚集体，但是通常来说，在这种固-液悬浮体(或分散体)层的表面上因干燥收缩会产生裂纹。随着要干燥的悬浮体层表面积或是悬浮体厚度变得越大，由于干燥收缩而产生这种裂纹的倾向增加。
也即是说，在对固-液悬浮体进行干燥时，随着干燥的进行，在表面上通常会产生大量的裂纹，这些裂纹的宽度从肉眼几乎观察不到的约1微米至肉眼很容易观察到的几毫米不等。在包含悬浮微粒的水性或油性分散体的表面上，随着水或有机溶剂的蒸发，悬浮的微粒通过毛细作用力发生聚集和排列，微粒之间的分散介质(可以是包含粘合剂树脂组分的分散介质)由于干燥而收缩，这样不能保持均一的表面，这种收缩保留下来，成为裂纹。
在此前专利申请——日本专利申请公报第59210/2003号(专利文献4)中，本发明人提出了一种用来使非干造体系中的球形微粒聚集和排列、用固-液悬浮体中的胶体粒度的球形微粒形成三维有序晶格的方法。该方法包括将一对电极板浸入包含胶体颗粒的悬浮体中，并进行电泳处理，在电极板上沉积(电沉积)颗粒层叠体，此方法可以避免由于干燥收缩产生裂纹，使颗粒排列。
这样沉积的颗粒层叠体是通过电泳形成的三维有序的晶格，该层叠体是一种能够显出净彩色的光学显色材料，还是用非干燥体系形成的三维有序晶格。
在以前专利申请——日本专利申请公报第73123/2003号(专利文献5)中，本发明人提出了一种能够用作光学显色材料的颗粒层叠体。该颗粒层叠体通过以下方法制得在具有规则排列的深沟间隔(division)(该深沟的开口为50-170微米，高宽比为0.4-0.8)、类似网状材料的片(平整的基片，称为“显色基片”)上浇注包含胶体颗粒的固-液悬浮体，形成具有特定厚度的悬浮体层，在50-60℃的温度下干燥该悬浮体层，这种颗粒层叠体能够有效防止由于干燥收缩而产生裂纹，能够显出净彩色。
也即是说，本发明人在上面的描述中所提出的光学显色材料(颗粒层叠体)如下。
(1)所述能够显示出可以看到的彩色的颗粒层叠体，是一种在其表面中黑色系消色的无机或有机单分散球形颗粒在纵向和横向规则排列的颗粒层叠体。
(2)所述组成层叠体表面的有机或无机球形颗粒是至少一种黑色系消色(例如灰色、深棕色或黑色)的单分散球形颗粒。
(3)所述具有黑色系消色的单分散有机或无机球形颗粒的特定粒度(specific particle diameter)、即体均直径(d)为130-350纳米。
(4)当所述由例如有机聚合物球形颗粒构成的光学显色材料的颗粒层叠体的表面受到可见光辐照时，视觉感受到的垂直反射光的颜色是深的彩色，例如紫色、蓝色、绿色、黄色或红色。
(5)对于(甲基)丙烯酸类聚合物单分散球形颗粒，视觉感受到的垂直反射光的颜色和特定体均直径(d)满足以下关系(I)当d为160-170纳米时，显出的彩色为紫色(P)，(II)当d为180-195纳米时，显出的彩色为蓝色(B)，(III)当d为200-230纳米时，显出的彩色为绿色(G)，(IV)当d为240-260纳米时，显出的彩色为黄色(Y)，(V)当d为270-290纳米时，显出的彩色为红色(R)。
然而，即使在至今为止提出的通过对固-液悬浮体进行干燥、从而排列和对齐分散质颗粒所形成的颗粒层叠体(或三维有序晶格)的表面上未观察到裂纹，有序结构也往往会包括颗粒并未充分沿纵向和横向对齐的层，或者形成颗粒沿不同方向排列的有序结构，使该有序结构缺乏结构均一性。因此，由于有序结构的不均一性和有缺陷的结构，其性质还不能令人满意。
在上述这些情况下，本发明人为解决上述问题进行了认真的研究，结果，他们使用丙烯酸类聚合物胶体颗粒制备了水性悬浮体，所述聚合物胶体颗粒是黑色系消色的单分散球形颗粒，其体均直径为200纳米，含有高浓度的羧基。本发明人发现，通过以下方法制得的固-液胶体分散体可以显出可看到的净红色对上面制备的电导率为4000μS/m的悬浮体进行电泳处理，将其电导率降低至400μS/m，将所得的悬浮体浓缩至胶体颗粒的体积浓度约为42％。基于此发现完成了本发明。
专利文献1日本专利申请公报第239661/2001号专利文献2日本专利申请公报第206719/2001号专利文献3日本专利申请公报第213334/1992号专利文献1日本专利申请公报第59210/2003号专利文献1日本专利申请公开第73123/2003号发明概述发明要解决的问题本发明的目的是提供一种包含固-液分散体的新颖流动性胶体晶体，该晶体用于制造胶体粒度的有机或无机聚合物球形微粒的流动性有序结构，在可见光、紫外光和红外光的辐照下显示出极好的特征反射光谱。
本发明的另一个目的是提供一种用来制备上述新颖的流动性胶体晶体的方法。
本发明的又一个目的是使用极为均一颗粒阵列结构(particle arraystructure)的三维有序晶格制造球形微粒的三维有序晶格涂布膜的方法。
解决问题的方法本发明的流动性胶体晶体是包含固-液胶体分散体的流动性胶体晶体，所述胶体分散体包含作为分散质的单分散球形胶体颗粒，其中所述球形胶体颗粒是体均直径(d)不大于30微米的有机或无机聚合物单分散分散质球形胶体颗粒，所述固-液胶体分散体包含分散质和作为分散介质的水溶液或含溶解的水的非水性溶液，所述分散质的分散浓度不小于20体积％、不大于70体积％，在不低于分散介质溶液凝固点的温度下，在带静电荷程度(electrostaticcharging degree)不超过2000微西门子/厘米(以电导率表示)的固-液胶体分散体中的分散质球形胶体颗粒周围形成具有特定厚度(Δe)的双电层，所述分散质球形胶体颗粒形成了三维有序的晶格，该晶格具有流动性，是一种颗粒阵列结构，在此结构中球形胶体颗粒以晶格形式在纵向和横向对齐，定义为沿中心线相对排列的颗粒的中心之间距离的颗粒间距(interparticledistance)(L)满足关系式(d)＜(L)≤(d)+2(Δe)。
优选的是所述分散质球形胶体颗粒是具有一种黑色系消色(选自灰白色、灰色、灰黑色和黑色)且体均直径(d)为130-350纳米的有机或无机聚合物单分散特定(specific)球形胶体颗粒，包含这些颗粒的三维有序晶格在自然光或白光的辐照下显出净光谱衍射色。
在本发明的流动性胶体晶体中，视觉感受到的光谱衍射色(该衍射色是在三维有序晶格上垂直观察到的衍射色)和颗粒间距(L)优选满足以下关系式(I)至(V)中的任一个(I)当L为160-170纳米时，显出的彩色是净紫色(P)，(II)当L为180-195纳米时，显出的彩色是净蓝色(B)，(III)当L为200-230纳米时，显出的彩色是净绿色(G)，(IV)当L为240-260纳米时，显出的彩色是净黄色(Y)，(V)当L为270-290纳米时，显出的彩色是净红色(R)。
优选的是所述分散质胶体颗粒是体均直径(d)为10-130纳米的有机或无机聚合物单分散特定球形胶体颗粒，所述包含这些颗粒的三维有序晶格在受到波长不超过400纳米的紫外线辐照时，具有紫外光反射性质。
优选的是所述分散质胶体颗粒是体均直径(d)为350-800纳米的有机或无机聚合物单分散特定球形胶体颗粒，所述包含这些颗粒的三维有序晶格在受到波长为800-1500纳米的红外光辐照时，具有红外光反射性质。
在本发明中，所述分散质胶体颗粒优选为至少一种选自(甲基)丙烯酸类聚合物、(甲基)丙烯酸类-苯乙烯聚合物、氟取代的(甲基)丙烯酸类聚合物和氟取代的(甲基)丙烯酸类-苯乙烯聚合物的聚合物的有机聚合物球形颗粒。
所述三维有序晶格可通过包括以下步骤的制备方法(本发明的第一方法)制备
制备包含以下组分的流动性胶体晶体(S-1)用作分散质的有机或无机聚合物单分散球形胶体颗粒，该颗粒的体均直径(d)不大于30微米；以及用作分散介质的水溶液或含溶解的水的非水性溶液；其中所述胶体颗粒的分散浓度不小于20体积％、不大于70体积％，在不低于分散介质溶液凝固点的温度下，在带静电荷程度不超过2000以微西门子/厘米(以电导率表示)的固-液胶体分散体中的分散质球形胶体颗粒周围形成具有特定厚度(Δe)的双电层，分散质球形胶体颗粒形成了三维有序的晶格，该晶格具有流动性，是一种颗粒阵列结构，在此结构中球形胶体颗粒以晶格形式在纵向和横向对齐，定义为沿中心线相对排列的颗粒的中心之间距离的颗粒间距(interparticle distance)(L)满足关系式(d)＜(L)≤(d)+2(Δe)，然后形成上面(S-1)的悬浮体的坯片，并使该坯片处于温度高于分散介质凝固点的气氛中对其进行干燥，从而形成沿纵向和横向规则排列的球形微粒的三维有序晶格，然后施涂或喷涂可聚合有机单体溶液、有机聚合物溶液和无机粘合剂溶液中的任一种，以填充三维有序晶格的表面以及三维排列的颗粒之间的空隙，然后对其进行聚合或固化。
另外，本发明的三维有序晶格还可通过包括以下步骤的制备方法(本发明的第二方法)制备制备包含以下组分的流动性胶体晶体(S-2)用作分散质的有机或无机聚合物单分散球形微粒，该微粒具有一种选自灰白色、灰色、灰黑色和黑色的黑色系消色，其体均直径(d)为130-350纳米；以及用作分散介质的水溶液或含溶解的水的非水性溶液；其中分散质的分散浓度不小于20体积％、不大于70体积％，固-液分散体的电导率不大于2000微西门子/厘米，然后形成上面(S-2)的悬浮体的坯片，并使该坯片处于温度高于分散介质凝固点的气氛中对其进行干燥，从而形成沿纵向和横向规则排列的球形微粒的三维有序晶格，然后施涂或喷涂可聚合有机单体的溶液、有机聚合物溶液和无机粘合剂溶液中的任一种，填充三维有序晶格的表面以及三维排列的颗粒之间的空隙，其中由所述溶液制得的聚合物或固化产物的折射率(nB)与球形微粒的折射率(nP)不同，然后对其进行聚合或固化。
另外，本发明的三维有序晶格还可通过包括以下步骤的制备方法(本发明的第三方法)制备
制备包含以下组分的流动性胶体晶体(S-3)用作分散质的有机或无机聚合物单分散球形微粒，其体均直径(d)为10-130纳米；以及用作分散介质的水溶液或含溶解的水的非水性溶液；其中分散质的分散浓度不小于20体积％、不大于70体积％，固-液分散体的电导率不大于2000微西门子/厘米，然后形成上面(S-3)的悬浮体的坯片，并使该坯片处于温度高于分散介质凝固点的气氛中对其进行干燥，从而形成沿纵向和横向规则排列的球形微粒的三维有序晶格，然后施涂或喷涂可聚合有机单体的溶液、有机聚合物溶液和无机粘合剂溶液中的任一种，以填充三维有序晶格的表面以及三维排列的颗粒之间的空隙，其中由所述溶液制得的聚合物或固化产物的折射率(nB)与球形微粒的折射率(nP)不同，然后对其进行聚合或固化。
另外，本发明的三维有序晶格还可通过包括以下步骤的制备方法(本发明的第四方法)制备制备包含以下组分的流动性胶体晶体(S-4)用作分散质的有机或无机聚合物单分散球形微粒，其体均直径(d)为350-800纳米；以及用作分散介质的水溶液或含溶解的水的非水性溶液；其中分散质的分散浓度不小于20体积％、且不大于70体积％，固-液分散体的电导率不大于2000微西门子/厘米，然后形成上面(S-4)的悬浮体的坯片，并使该坯片处于温度高于分散介质凝固点的气氛中对其进行干燥，从而形成沿纵向和横向规则排列的球形微粒的三维有序晶格，然后施涂或喷涂可聚合有机单体的溶液、有机聚合物溶液和无机粘合剂溶液中的任一种，以填充三维有序晶格的表面以及三维排列的颗粒之间的空隙，其中由所述溶液制得的聚合物或固化产物的折射率(nB)与球形微粒的折射率(nP)不同，然后对其进行聚合或固化。
在本发明的制备方法中，粘合剂优选为满足关系式|nP-nB|≥0.05的透明粘合剂。
在本发明的制备方法中，所述坯片优选形成在支承件上，所述支承件是由不锈钢、氟树脂或尼龙制成的网状材料，该网状材料具有深沟间隔，该深沟间隔具有1-10毫米的开口，高宽比为0.4-0.8。
在本发明的制备方法中，所述单分散球形微粒优选是至少一种选自(甲基)丙烯酸类聚合物、(甲基)丙烯酸类-苯乙烯聚合物、氟取代的(甲基)丙烯酸类聚合物和氟取代的(甲基)丙烯酸类-苯乙烯聚合物的聚合物的有机聚合物球形颗粒。
用来制备本发明球形微粒三维有序晶格的涂布膜的方法包括制备包含以下组分的流动性胶体晶体(S-5)用作分散质的有机或无机聚合物单分散球形微粒，其体均直径(d)为0.01-30微米；以及用作分散介质的水溶液或含溶解的水的非水性溶液；其中分散质的分散浓度不小于20体积％、不大于70体积％，固-液分散体的电导率不大于2000微西门子/厘米，将流动性胶体晶体(S-5)施涂在选自玻璃板、塑料板、钢板、铝板、不锈钢板、陶瓷板、木板和织物片的板上，然后使该涂布过的板处于温度高于分散介质凝固点的气氛中对其进行干燥，从而在板上形成沿纵向和横向规则排列的球形微粒的三维有序晶格，然后施涂或喷涂可聚合有机单体溶液、有机聚合物溶液和无机粘合剂溶液中的任一种，以填充三维有序晶格的表面以及三维排列的颗粒之间的空隙，然后对其进行聚合或固化，将球形微粒的三维有序晶格固定成涂层膜。
根据本发明，可以制得包含单分散球形胶体颗粒(该颗粒作为分散质分散)的固-液胶体分散体形式的流动性胶体晶体。所述固-液分散体中所含的单分散球形胶体颗粒形成了三维有序晶格，这种晶格是颗粒阵列结构，明显具有流动性。所述分散质球形胶体颗粒是体均直径(d)不超过几微米的有机或无机聚合物单分散球形胶体颗粒。
在所述固-液胶体分散体中，分散质球形胶体颗粒分散在水性分散介质溶液或含溶解的水的非水性分散介质溶液中，分散质的分散浓度不小于20体积％、不大于70体积％。
在不低于分散介质溶液凝固点的温度下，在带静电荷程度不超过2000微西门子/厘米(用电导率表示)的固-液胶体分散体中的分散质球形胶体颗粒周围形成具有特定厚度(Δe)的双电层。
在流动性胶体晶体中，分散质球形胶体颗粒形成了三维有序晶格，该晶格具有流动性，是一种颗粒阵列结构，在此结构中球形胶体颗粒以晶格形式在纵向和横向对齐，定义为沿中心线相对排列的颗粒的中心之间距离的颗粒间距(L)满足关系式(d)＜(L)≤(d)+2(Δe)。
当分散在流动性胶体晶体中作为分散质的单分散球形微粒排列在例如平整的基件上，并用扫描电子显微镜观察时，发现球形微粒沿纵向和横向规则排列，形成球形微粒的三维有序的晶格，该晶格是极为均一的颗粒阵列结构，几乎不含不同的颗粒阵列。
也即是说，在本发明的“第一制备法”中，制备了流动性胶体晶体(S-1)，所述胶体晶体包含作为分散质的体均直径(d)为0.01-30微米的有机或无机聚合物球形微粒，然后形成上面的(S-1)的悬浮体的坯片，然后使坯片处于温度高于分散介质凝固点的气氛中对其进行干燥。
这样在坯片中形成了三维有序的晶格(SPL-1)，在此晶格中，单分散球形微粒沿纵向和横向规则排列。
然后施涂或喷涂可聚合有机单体溶液、有机聚合物溶液和无机粘合剂溶液中的任一种，以填充三维有序晶格的表面以及三维排列的颗粒之间的空隙，然后对其进行聚合或固化，从而可制得用粘合剂密封的球形微粒的三维有序晶格，这种晶格是一种稳定的颗粒阵列结构，不包含三维有序晶格(SPL-1)的无序均一颗粒阵列。
当使用具有灰色至黑色的黑色系消色的特定球形微粒作为要以作为分散质分散在固-液悬浮体中的单分散球形微粒，并将它们排列在例如平整的基件上，再用扫描电子显微镜观察时，发现该黑色系消色的特定球形微粒沿纵向和横向规则排列和对齐，形成球形微粒的三维有序晶格，该晶格几乎不包含不同的颗粒阵列，在受到自然光或白光辐照时能够显示净彩色衍射色。
也即是说，在本发明的“第二制备法”中，制备了流动性胶体晶体(S-2)，所述胶体晶体包含作为分散质的体均直径(d)为130-350纳米的有机或无机聚合物单分散特定球形微粒，该微粒还具有一种选自灰白色、灰色、灰黑色和黑色的黑色系消色。
然后形成上面的(S-2)的悬浮体的坯片，然后使坯片处于温度高于分散介质凝固点的气氛中对其进行干燥，从而形成了三维有序的晶格(SPL-2)，在此晶格中，特定球形微粒沿纵向和横向规则排列。
然后施涂或喷涂可聚合有机单体溶液、有机聚合物溶液和无机粘合剂溶液中的任一种，以填充三维有序晶格的表面以及三维排列的颗粒之间的空隙，其中由所述溶液制得的聚合物或固化产物的折射率(nB)与球形微粒的折射率(nP)不同，然后对其进行聚合或固化，从而可制得用有机树脂粘合剂或无机粘合剂密封的球形微粒的三维有序晶格(SPL-2，显彩色的三维有序晶格)，这种晶格在受到自然光或白光辐照时能够显示净光谱衍射色。
当使用体均直径(d)为10-130纳米的有机或无机聚合物单分散特定球形微粒作为要以作为分散质分散在固-液悬浮体中的单分散球形微粒，并将它们排列在例如平整的基件上，再用扫描电子显微镜观察时，发现该特定球形微粒沿纵向和横向规则排列和对齐，形成球形微粒的三维有序晶格，该晶格几乎不包含不同的颗粒阵列，在受到不超过400纳米的紫外光辐照时具有特征反射光谱(property reflection spectrum)和极好的紫外光反射性质。
也即是说，在本发明的“第三制备法”中，制备了流动性胶体晶体(S-3)，所述胶体晶体包含作为分散质的体均直径(d)为10-130纳米的有机或无机聚合物球形微粒。
然后形成上面的(S-3)的悬浮体坯片，然后使坯片处于温度高于分散介质凝固点的气氛中对其进行干燥，从而形成了三维有序的晶格，在此晶格中，特定球形微粒沿纵向和横向规则排列。
然后施涂或喷涂可聚合有机单体溶液、有机聚合物溶液和无机粘合剂溶液中的任一种，以填充三维有序晶格的表面以及三维排列的颗粒之间的空隙，然后对其进行聚合或固化，从而可制得用有机树脂粘合剂或无机粘合剂密封的球形微粒的三维有序晶格(紫外光反射三维有序晶格)，这种晶格在受到波长不超过400纳米的紫外光辐照时具有紫外光反射性质。
当使用体均直径(d)为350-800纳米的有机或无机聚合物特定球形微粒作为要以分散质分散在固-液悬浮体中的作为单分散球形微粒，然后将它们排列在例如平整的基件上，再用扫描电子显微镜观察时，发现该特定球形微粒沿纵向和横向规则排列，形成球形微粒的三维有序晶格，该晶格几乎不包含不同的颗粒阵列，在受到800-1500纳米的红外光辐照时具有特征反射光谱和极好的红外光反射性质。
也即是说，在本发明的“第四制备法”中，制备了流动性胶体晶体(S-4)，所述胶体晶体包含作为分散质的体均直径(d)为350-800纳米的有机或无机聚合物球形微粒。
然后形成上面(S-4)的悬浮体的坯片，然后使坯片处于温度高于分散介质凝固点的气氛中对其进行干燥，从而形成了三维有序的晶格，在此晶格中，球形微粒沿纵向和横向规则排列。
然后施涂或喷涂可聚合有机单体溶液、有机聚合物溶液和无机粘合剂溶液中的任一种，以填充三维有序晶格的表面以及三维排列的颗粒之间的空隙，然后对其进行聚合或固化，从而可制得用有机树脂粘合剂或无机粘合剂密封的球形微粒的三维有序晶格，这种晶格在受到800-1500纳米的红外光辐照时具有红外光反射性质。
根据本发明，将“第一制备方法”制得的用来制造球形微粒三维有序晶格的悬浮体(S-1)作为涂布液施涂在板上，从而形成具有结构均一表面性质的球形微粒三维有序晶格的涂布膜。
也即是说，制备了悬浮体(S-1)，该悬浮体包含作为分散质的体均直径(d)为0.01-30微米的有机或无机聚合物单分散球形微粒；以及用作分散介质的水溶液或含溶解的水的非水性溶液；其中分散质的分散浓度不小于20体积％、不大于70体积％，固-液分散体的电导率不大于2000微西门子/厘米。
然后悬浮体(S-1)作为涂布液施涂在选自玻璃板、塑料板、钢板、铝板、不锈钢板、陶瓷板、木板和织物片的板上，形成悬浮体(S-1)的坯片。
然后使该坯片处于温度高于分散介质凝固点的气氛中对其进行干燥，从而在板上形成沿纵向和横向规则排列的球形微粒的三维有序晶格，然后施涂或喷涂可聚合有机单体溶液、有机聚合物溶液和无机粘合剂溶液中的任一种，以填充三维有序晶格的表面以及三维排列的颗粒之间的空隙，然后对其进行聚合或固化，从而用有机树脂粘合剂或无机粘合剂将球形微粒的三维有序晶格固定成涂布膜。结果，制得球形微粒的三维有序晶格的涂布膜。
另外，根据本发明，将“第二制备方法”制得的用来制造球形微粒三维有序晶格的悬浮体(S-2)作为涂布液施涂在板上，从而制得特定球形微粒三维有序晶格的均一涂布膜，具体来说，是能够在自然光或白光辐照下显出净彩色的特定球形微粒显彩色三维有序晶格的涂布膜。
也即是说，制备了悬浮体(S-2)，该悬浮体包含作为分散质的体均直径(d)为130-350纳米、具有选自灰白色、灰色、灰黑色和黑色的黑色系消色的有机或无机聚合物单分散特定球形微粒；以及用作分散介质的水溶液或含溶解的水的非水性溶液；其中分散质的分散浓度不小于20体积％、不大于70体积％，固-液分散体的电导率不大于2000微西门子/厘米。
然后将悬浮体(S-2)作为涂布液施涂在选自玻璃板、塑料板、钢板、铝板、不锈钢板、陶瓷板、木板和织物片的板上，形成悬浮体(S-2)的坯片。
然后使该坯片处于温度高于分散介质凝固点的气氛中对其进行干燥，从而在板上形成沿纵向和横向规则排列的特定球形微粒的三维有序晶格。
然后施涂或喷涂可聚合有机单体的溶液、有机聚合物溶液和无机粘合剂溶液中的任一种，以填充三维有序晶格的表面以及三维排列的颗粒之间的空隙，其中由所述溶液制得的聚合物或固化产物的折射率(nB)与球形微粒的折射率(nP)不同，然后对其进行聚合或固化，从而将在自然光或白光的辐照下能够显出净光谱衍射色的球形微粒的三维有序晶格固定为涂布膜。结果，制得特定球形微粒的显彩色三维有序晶格的涂布膜。
另外，根据本发明，将“第三制备方法”制得的用来制造球形微粒三维有序晶格的悬浮体(S-3)作为涂布液施涂在板上，从而制得特定球形微粒三维有序晶格的均一涂布膜，具体来说，是能够在波长不超过400纳米的紫外光辐照下显示紫外光反射性质的特定球形微粒三维有序晶格的涂布膜。
也即是说，制备了悬浮体(S-3)，该悬浮体包含作为分散质的体均直径(d)为10-130纳米的有机或无机聚合物单分散特定球形微粒；以及用作分散介质的水溶液或含溶解的水的非水性溶液；其中分散质的分散浓度不小于20体积％、不大于70体积％，固-液分散体的电导率不大于2000微西门子/厘米。
然后将悬浮体(S-3)作为涂布液施涂在选自玻璃板、塑料板、钢板、铝板、不锈钢板、陶瓷板、木板和织物片的板上，形成悬浮体(S-3)的坯片。
然后使该坯片处于温度高于分散介质凝固点的气氛下对其进行干燥，从而在板上形成沿纵向和横向规则排列的特定球形微粒的三维有序晶格。
然后施涂或喷涂可聚合有机单体的溶液、有机聚合物溶液和无机粘合剂溶液中的任一种，以填充三维有序晶格的表面以及三维排列的颗粒之间的空隙，其中由所述溶液制得的聚合物或固化产物的折射率(nB)与球形微粒的折射率(nP)不同，然后对其进行聚合或固化，将其固定为涂布膜，将在波长不超过400纳米的紫外光的辐照下具有紫外光反射性质的球形微粒的三维有序晶格固定为涂布膜。结果，制得球形微粒的三维有序晶格的紫外光反射涂布膜。
另外，根据本发明，将“第四制备方法”制得的用来制造球形微粒三维有序晶格的悬浮体(S-4)作为涂布液施涂在板上，从而制得特定球形微粒三维有序晶格的均一涂布膜，具体来说，是能够在波长不小于800纳米的红外光辐照下显示红外光反射性质的球形微粒三维有序晶格的涂布膜。
也即是说，制备了悬浮体(S-4)，该悬浮体包含作为分散质的体均直径(d)为350-800纳米的有机或无机聚合物单分散球形微粒；以及用作分散介质的水溶液或含溶解的水的非水性溶液；其中分散质的分散浓度不小于20体积％、不大于70体积％，固-液分散体的电导率不大于2000微西门子/厘米。
然后将悬浮体(S-4)作为涂布液施涂在选自玻璃板、塑料板、钢板、铝板、不锈钢板、陶瓷板、木板和织物片的板上，形成悬浮体(S-4)的坯片。
然后使该坯片处于温度高于分散介质凝固点的气氛中对其进行干燥，从而在板上形成沿纵向和横向规则排列的特定球形微粒的三维有序晶格。
然后施涂或喷涂可聚合有机单体的溶液、有机聚合物溶液和无机粘合剂溶液中的任一种，以填充三维有序晶格的表面以及三维排列的颗粒之间的空隙，其中由所述溶液制得的聚合物或固化产物的折射率(nB)与球形微粒的折射率(nP)不同，然后对其进行聚合或固化，以将其固定为涂布膜，将在波长为800-1800纳米的红外光的辐照下具有红外光反射性质的球形微粒的三维有序晶格固定为涂布膜。结果，制得特定球形微粒的三维有序晶格的红外光反射涂布膜。
如上所述，本发明提供了以下的制备方法用来制备球形微粒的三维有序晶格的“第一制备方法”，其中由三维排列球形微粒构成的颗粒阵列结构稳定地固定成特别均一的结构；用来制备显彩色三维有序晶格的“第二制备方法”，在此晶格中球形微粒是体均直径为130-350纳米的特定黑色系消色球形微粒；用来制备紫外光反射三维有序晶格的“第三制备方法”，在此晶格中球形颗粒是体均直径为10-130纳米的特定球形微粒；用来制备红外光反射三维有序晶格的“第四制备方法”，在此晶格中球形微粒是体均直径为350-800纳米的特定球形微粒。根据本发明人的研究，将上述任一方法中制备的固-液悬浮体用作涂布液，然后将涂布液施涂在选自各种板的板上，形成坯片，对该坯片进行干燥从而形成球形微粒的三维有序晶格，该晶格具有均一的颗粒阵列结构，并且在板上具有平整的表面，然后在不对颗粒阵列结构造成损害的同时用粘合剂密封该三维有序晶格，从而形成均一涂布膜。
通过对干型有序结构(本发明包含单分散分散质球形颗粒的胶体晶体干燥产物)的SEM照片进行观察，证明了在作为干燥前的前体的胶体晶体(固-液胶体分散体)中，球形胶体颗粒(分散质)以晶格的形式规则排列，显然形成了新颖的新颖的三维有序晶格。这种分散体是能够通过外部应力的作用很容易在纵向和横向流动的固-液胶体分散体，当使该分散体静止不动时，胶体颗粒形成均一三维有序晶格的颗粒阵列结构。在由分散质胶体颗粒形成稳定的晶格状固-液有序结构时，分散质球形胶体颗粒在固-液胶体分散体体系中沿纵向和横向规则排列，同时定义为沿中心线相对排列的颗粒的中心之间距离的颗粒间距(L)满足关系式(d)＜(L)≤(d)+2(Δe)。
在本发明中，为了得到这样的颗粒间距(L)，通过渗析等方法减少在固-液胶体分散体的分散介质溶液中分散或浮动的离子物质和电解质，结果，分散在固-液胶体分散体中的能够带静电的胶体颗粒的抗衡离子物质被固定在可带电胶体颗粒的表面上，形成具有特定厚度(Δe)的双电层(Δe)。因此，在本发明中，除了固定在颗粒表面上的抗衡离子以外，还减少或除去了容易分散或浮动的抗衡离子物质和抗衡电解质，从而使得分散质的能带电的胶体颗粒保持颗粒间距(L)，从而有效地防止颗粒在纵向和横向的无规排列。
在本发明中，通过渗析等方法进行脱盐，来减少或除去双电层(Δe)附近的容易分散的双电层和浮动的电解质，结果，固-液分散体中胶体粒度的球形微粒表面电荷的密度也相对提高。通过提高表面电荷密度，作为抗衡离子形成于颗粒表面的具有特定厚度(Δe)的双电层受到胶体颗粒的吸引，进一步增加了电荷密度，从而使得分散质胶体颗粒之间的颗粒间距(L)进一步稳定。也即是说，使颗粒之间的范德华力造成的抵抗颗粒聚集方向的斥力平衡，使规定的纵向和横向的颗粒间距稳定。
在本发明中，在定义为固-液胶体分散体的有序结构平面上沿中心线相对排列的颗粒的中心之间距离的颗粒间距(L)满足关系式(d)＜(L)≤(d)+2(Δe)的情况下，很难实际测量所形成的双电层的厚度(Δe)，但是如下面所述的工作实施例所述，当渗析处理之后固-液胶体分散体的电导率保持恒定时，可以看到以下的事实。也即是说，由于分散质胶体颗粒具有较高的表面带静电荷程度，能够更顺利地满足关系式(d)＜(L)≤(d)+2(Δe)，颗粒能够沿纵向和横向更规则地排列形成颗粒阵列结构，在此结构中，颗粒以三维排列成晶格的形式。可以说这样的颗粒阵列结构构成了以固-液分散体形式形成的胶体颗粒晶体。
如上所述，包含三维规则排列的胶体颗粒的固-液分散体很容易在基本上保持三维晶格形式的情况下在轻微的外部应力的作用下流动，在静止不动时很容易再以胶体颗粒的三维晶格形式形成胶体晶体。
在本发明用于形成极度均一的三维有序晶格(其中排列有单分散球形微粒的颗粒阵列结构)的第一至第四种制备方法中，很重要的要求是制备电导率不超过2000μS/cm、分散质浓度为20-70体积％的固-液悬浮体作为包含以分散质分散的的球形微粒的固-液分散体，以形成极均一的三维有序晶格。观察附
图1和附图2所示的SEM照片能够更好地理解作为球形微粒的三维有序晶格的颗粒阵列结构的“均一性”。
(1)图1的SEM照片显示了本发明制得的单分散球形微粒的三维有序晶格的表面。从结晶学上解释，照片中显示了有序结构在c轴方向
的
平面(颗粒阵列结构的点阵面，米勒指数(hkl)面)的颗粒阵列图。从该SEM照片可以看出，形成了极为均一规则的颗粒阵列。
(2)图2的SEM照片显示了本发明制得的单分散球形微粒的三维有序晶格的垂直截面(垂直于表面)。类似地，显示了在a轴方向[100]或b轴方向
的[100]面([hkl]面)或
面([hkl]面)的颗粒阵列图像。从SEM照片可以看出，显然形成极为均一规则的颗粒层叠体。
在所述有序结构c轴方向
的
面的层叠中，单分散球形微粒在a轴方向[100]和b轴方向
相移[1/2(d)](为球形微粒的半径)从而形成有序结构的
面，而且
面连续层叠。结果，可以说本发明制得的三维有序晶格往往为简单正交晶系的三维有序晶格，该正交晶系是通过使有序结构的
面发生相当于在a轴方向和b轴方向迁移[1/2(d)]的斜迁移形成的，但是在结晶学上
面是在c轴方向层叠的。
因此，在本发明制得的球形微粒的三维有序晶格中，图1所示的
面在为垂直方向的
方向规则层叠，该三维有序晶格是极为均一的颗粒阵列结构。
也即是说，在本发明的制备方法中，在使悬浮体保持静止的情况下，在不高于分散介质沸点的约为室温的低温下，对通过“对固-液分散体的静电电荷最优化”和“对分散质单分散球形颗粒的分散浓度最优化”步骤制备的固-液悬浮体进行干燥，从而形成极为均一的颗粒阵列结构的三维有序晶格。在以上制备的的固-液分散体中的作为分散质并且在尽可能低的电导率下使其带静电的球形细颗粒的周围固定具有抗衡静电荷的分散介质，从而形成双电层。结果，不必担心在由粒度不大于30微米的微粒、特别是粒度为10纳米-3微米的胶体颗粒形成的三维有序晶格中出现干燥收缩裂纹，这与常用干燥方法有很大的不同；另外在颗粒层叠体的表面上和/或颗粒层叠体内不存在任何不同的颗粒阵列。因此，可以通过较为简便而容易的方法，在有效防止形成非均一的有序结构情况下制备具有高均一性和高结构纯度的三维有序晶格。
另外，由于所述三维有序晶格是均一的颗粒阵列结构，而且其中有序结构表面的
面在c轴方向(垂直方向)
方向规则层叠，因此该晶格具有极好的表面性质。例如，由于前述特定球形颗粒，在可见光和紫外光的辐照下，颗粒阵列结构的均一性减少或阻止了由于散射造成的不确定的光方向，有效增强干涉效应，因而得到极明显(definite)的反射性质(见图3至图6)。因此，除了上述特定微粒的性质之外，作为极为均一的颗粒阵列结构的结构性质，该三维有序晶格清楚地显示出了包含各种官能试剂或官能团(这些官能试剂或官能团具有磁化性质、充电性质、吸附性质、离子交换性质、化学反应活性等)、或者用这些官能试剂或官能团改性的球形微粒的性质。
本发明的最佳实施方式参照最佳实施方式对本发明的胶体晶体以及使用该胶体晶体制备单分散球形微粒的三维有序晶格的方法进行进一步的描述。
本发明的流动性胶体晶体以固体-胶体分散体的形式制得，在此分散体中，包含分散浓度不小于20体积％，不大于70体积％的带静电荷程度不超过2000毫西门子/厘米(以电导率表示)的可带电胶体球形颗粒。
所述固-液胶体分散体由以下组分形成分散质可带电的胶体颗粒，以及作为分散介质的包含对颗粒表面电荷的抗衡离子物质和抗衡电解质的水性或含溶解的水的非水性溶液；该分散体包含具有流动性的新颖胶体晶体作为由三维排列颗粒组成的晶格状颗粒结构。电导率通常不超过2000μS/cm，优选不超过1000μS/cm，更优选不超过500μS/cm，电导率的下限通常为100μS/cm。即使下限低于100μS/cm，通常也只会增加工业成本。
也即是说，本发明的胶体晶体以包含以下组分的固-液胶体分散体形式形成由作为分散质的体均直径(d)不超过几千纳米的由有机或无机聚合物制成的可带静电的球形胶体颗粒；以及作为分散介质的水性或含溶解的水的非水性溶液，该溶液包含分散质可带电的胶体球形颗粒所带离子的抗衡离子物质和抗衡电解质。
在所述固-液胶体分散体中，在不低于分散介质溶液凝固点的温度下，在排列的分散质球形胶体颗粒周围形成具有特定厚度(Δe)的双电层，分散质可带电的球形胶体颗粒沿纵向和横向规则排列，同时定义为沿中心线相对排列的颗粒的中心之间距离的颗粒间距(L)满足关系式(d)＜(L)≤(d)+2(Δe)。
从胶体颗粒的扫描电子显微照片可以看到，可带静电的胶体颗粒以均一晶格的形式沿纵向和横向排列，而不会在纵向和横向的任一方向形成任何不同的颗粒阵列。
在本发明中，构成流动性胶体晶体(该胶体晶体用于形成均一三维有序晶格)的胶体颗粒是体均直径(d)为130-350纳米的特定球形胶体颗粒，这些颗粒由一种选自灰白色、灰色、灰黑色和黑色的黑色系消色的有机或无机聚合物制成。特别是在本发明中，所述胶体颗粒优选为单分散特定球形胶体颗粒，在此情况下，胶体颗粒形成显彩色胶体晶体，作为流动性胶体晶体的结构性质，根据所述三维有序晶格的颗粒间距(L)，该晶体能够在自然光或白光辐照下显出净光谱颜色。显示基于反射光谱的这些极为纯净的光学性质意味着可带电的胶体颗粒在固-液胶体分散体中以均一晶格的形式规则排列，或者形成了不含在纵向和横向无规排列的颗粒组的黑色系消色差三维有序晶格。
根据本发明，具有能够显出彩色的光学性质的胶体晶体从光学显色性质来看，与常规的结构显色材料的光学性质相同。
然而，作为颗粒结构的有序结构的显著不同之处在于，它是以在固-液胶体分散体形成的有序结构。另外，在有序结构中，胶体颗粒以均一晶格形式排列，因此如上所述可以将其称为与固-液胶体分散体中的颗粒间距(L)的胶体单晶，这种有序结构是高纯度的有序结构，这种结构很少包含不同排列的颗粒面。
本发明的流动性胶体晶体以固-液胶体分散体的形式形成，因此其概念与常规晶体生长的概念有显著的不同。另外，固-液胶体分散体的晶体密度的范围很宽，不仅可以很容易地在纵向增加晶体层的厚度，而且可以很容易地在横向形成晶体(或晶体生长)。
从晶体的光学显色性与常规结构显色材料类似的角度来看，作为分散质分散并排列在固-液胶体分散体内以形成胶体单晶的胶体颗粒优选为选自灰白色、灰色、灰黑色和黑色的黑色系消色的胶体颗粒。也即是说，本发明作为固-液胶体分散体的胶体单晶在颗粒阵列中不具有任何不同的晶格面，因此有序结构的表面适当而有效地吸收或减少漫射光而不吸收或减少颗粒周围发射的反射光，所述漫射光是由于施加的可见光的一部分发生散射或透射产生的。在本发明中，胶体颗粒优选具有饱和度不超过5、优选不超过3的无色消色，这是由于这样可以使作为光学性质的反射光颜色更加鲜明。因此，在本发明中，胶体颗粒更优选为选自灰白色、灰色、灰黑色、黑色的饱和度几乎为0的黑色系消色的有机或无机聚合物球形颗粒。
另外，在本发明中，为了使分散质有机或无机聚合物颗粒以胶体颗粒的形式存在于固-液胶体分散体中，粒度通常为0.01-30微米，优选为0.01-3微米。从鲜明地显示光学性质，例如对可见光波长范围(380-780纳米)内的光的反射、吸收和透射的角度来看，所述胶体颗粒优选为体均直径(d)不超过350纳米、优选不超过330纳米、特别优选不超过300纳米的有机或无机聚合物颗粒。从固-液胶体分散体的分散性、球形胶体颗粒表面的带电性质和定位角度来看，优选的是粒度下限为120纳米、粒度上限为380纳米的颗粒，更优选的是体均直径(d)为130-350纳米、优选为150-300纳米的颗粒。考虑到在紫外波长区域(不超过380纳米)的反射，体均直径(d)优选不超过130纳米，更优选10-120纳米。对于在红外波长区域(800-1500纳米)的反射，体均直径(d)优选不小于340纳米，更优选不小于350纳米，更优选380-800纳米。
由于上述原因，与分散体中分散质球形胶体颗粒的颗粒间距(L)有关，本发明的固-液胶体分散体的分散浓度不超过70体积％。如果分散体中分散质的分散浓度小于10％，会变得难以将颗粒在恒定的阵列中对齐并使阵列稳定。如果浓度超过上述范围的上限，颗粒组容易发生无规的聚集，而且颗粒的规则排列会受到显著的抑制，因此不希望采用这样的浓度。从本发明包含固-液胶体分散体的胶体晶体的封装质量(packaging degree)、稳定性和纯度的角度来看，浓度优选不小于20％、不大于60％，更优选不小于25％、不大于55％，特别优选不小于35％、不大于50％。当浓度在此范围内时，本发明的胶体晶体(即固-液胶体分散体)具有极好的纯度、稳定性、所表现的各种性质的清晰度、加工性质和流动性。
为了在固-液胶体分散体中形成均一的三维有序晶格，优选的是分散质球形胶体颗粒在非等电点的pH分散体范围内。在解释“等电点pH值”时，假设在等电点、即pH中性点，具有抗衡离子的可带电的胶体颗粒难以形成本发明所述的颗粒间距(L)并保持特定厚度(Δe)的双电层，但是细节尚不清楚。
在本发明中，如上所述，固-液胶体分散体中的分散质胶体颗粒的表面带电荷程度、即固-液胶体分散体的带电荷性质是很重要的。对于有机或无机聚合物颗粒的表面带电荷程度，颗粒表面(+)或(-)电荷的绝对值(通过放电法(blow-off method)测定)优选为50-500微库/克，所述颗粒的是通过具有聚合物中所含的官能团部位(作为吸附活性部位)的吸附离子而带有静电的。这些官能团的例子包括酸或碱性官能团，例如羧基(-COOH)、磺酸基(-SO3H)、羟基(-OH)、氨基(-NH2)和酰胺基(-CONH2)、烯基(-CH＝CH-)、炔基(-C≡C-)、乙烯醚基(-CH＝CH-O-)、氰基(-C≡N)、异氰酸基(-N＝C＝O)、硝基、巯基(-SH)和-CF3基。
为了形成本发明固-液胶体分散体中的高纯度有序结构，有机或无机聚合物的球形胶体颗粒优选是Cv值(该数值表示体均直径的均匀比)优选不超过5％，更优选3％的单分散颗粒。同样从光学性质的角度来看，所述有机或无机球形颗粒优选为单分散颗粒，这是由于当施加的可见光通过衍射干涉在胶体晶体面上反射时，特定的反射效率对光学显色材料显出的颜色有影响。用于表示粒度均匀比和单分散性质的Cv值优选不超过5％，从反射光颜色的密度和清晰度角度来看，Cv值优选不超过3％。
如上所述，作为具有上述特征的固-液胶体分散体的胶体晶体具有一定的光学性质，使得在分散体中以晶格形式分散和排列成有序结构的黑色系消色单分散球形颗粒在自然光或白光的辐照下显出净单色颜色，这种单色颜色与定义为分散体中沿中心线相对排列的颗粒的中心之间距离的颗粒间距(L)有关。也即是说，如下面(I)至(V)所示，它们显出紫色、蓝色、绿色、黄色和红色之类的光谱颜色。视觉感受到的光谱颜色(该光谱颜色是胶体晶面上垂直观察的颜色)如下(I)当(L)为160-170纳米时，显出的彩色为紫色(P)，(II)当(L)为180-195纳米时，显出的彩色为蓝色(B)，(III)当(L)为200-230纳米时，显出的彩色为绿色(G)，(IV)当(L)为240-260纳米时，显出的彩色为黄色(Y)，(V)当(L)为270-290纳米时，显出的彩色为红色(R)。
也即是说，所述流动性胶体晶体可以根据颗粒间距(L)进行光谱颜色显色。
在本发明中，所述流动性胶体晶体能够适当地形成厚度不小于200纳米、优选不小于400纳米的晶体层，最好地利用固-液胶体分散体的上述特性。
在本发明中，对有机聚合物单分散球形胶体颗粒不必限制，但是这些颗粒优选为至少一种选自以下聚合物的有机聚合物的球形颗粒(甲基)丙烯酸类聚合物、(甲基)丙烯酸类-苯乙烯聚合物、氟取代的(甲基)丙烯酸类聚合物和氟取代的(甲基)丙烯酸类-苯乙烯聚合物。同样，对无机聚合物单分散球形颗粒并无限制，但是它们优选为至少一种选自二氧化硅、氧化铝、二氧化硅-氧化铝、二氧化钛和二氧化钛-二氧化硅的无机聚合物的球形颗粒。在本发明中，很重要的特征是任意有机或无机聚合物颗粒均为用染料或颜料着色的、具有灰色至黑色的黑色系消色的胶体颗粒，而且它们是单分散球形颗粒。还有一点重要的是具有这种特性的胶体颗粒，能够以固-液胶体分散体中的可带电胶体颗粒的形式适当地制得。
用于制备具有上述特征的固-液胶体分散体中的有机聚合物单分散球形颗粒的有机聚合物的例子包括聚(甲基)丙烯酸甲酯、四氟乙烯、聚-4-甲基-1-戊烯、聚(甲基)丙烯酸苄酯、聚甲基丙烯酸苯酯、聚(甲基)丙烯酸环己酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚苯乙烯、苯乙烯/丙烯腈共聚物、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇和聚氨酯，但是可用的聚合物并不限于这些例子。如上所述，在日光或白光之类的自然光的辐照下，根据可见光的波长范围视觉感受到光学显色材料的反射光颜色，因此从极好的耐光性角度来看，本发明优选使用的聚合物树脂为选自以下的具有极好耐候性的丙烯酸类有机聚合物(甲基)丙烯酸类聚合物、(甲基)丙烯酸类-苯乙烯聚合物、氟取代的(甲基)丙烯酸类聚合物和氟取代的(甲基)丙烯酸类-苯乙烯聚合物。
可带静电电荷的丙烯酸类树脂的单体的例子包括(甲基)丙烯酸烷基酯，例如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸戊酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸-2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸壬酯、(甲基)丙烯酸癸酯、(甲基)丙烯酸十二烷酯、(甲基)丙烯酸苯酯、(甲基)丙烯酸甲氧基乙酯、(甲基)丙烯酸乙氧基乙酯、(甲基)丙烯酸丙氧基乙酯和(甲基)丙烯酸丁氧基乙酯；(甲基)丙烯酸二乙基氨基乙酯之类的(甲基)丙烯酸二烷基氨基烷基酯，(甲基)丙烯酰胺、N-羟甲基(甲基)丙烯酰胺、和双丙酮丙烯酰胺之类的(甲基)丙烯酰胺，以及(甲基)丙烯酸缩水甘油酯；以及乙二醇的二甲基丙烯酸酯、二甘醇的二甲基丙烯酸酯、三甘醇的二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇的二丙烯酸酯、丙二醇的二甲基丙烯酸酯、双丙甘醇的二甲基丙烯酸酯和三丙甘醇的二甲基丙烯酸酯。除了上述(甲基)丙烯酸类单体之外的其它单体的例子包括苯乙烯；烷基苯乙烯，例如甲基苯乙烯、二甲基苯乙烯、三甲基苯乙烯、乙基苯乙烯、二乙基苯乙烯、三乙基苯乙烯、丙基苯乙烯、丁基苯乙烯、己基苯乙烯、庚基苯乙烯和辛基苯乙烯；卤代苯乙烯，例如氟代苯乙烯、氯代苯乙烯、溴代苯乙烯、二溴代苯乙烯和氯代甲基苯乙烯；苯乙烯单体，例如硝基苯乙烯、乙酰基苯乙烯、甲氧基苯乙烯、α-甲基苯乙烯和乙烯基甲苯。除了苯乙烯类单体之外的单体的例子包括含硅的乙烯基单体，例如乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷；乙烯基酯，例如乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、正丁酸乙烯酯、异丁酸乙烯酯、新戊酸乙烯酯、己酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯(vinylversatate)、月桂酸乙烯酯、硬脂酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯、对叔丁基苯甲酸乙烯酯和水杨酸乙烯酯；偏氯乙烯和氯代己烷甲酸乙烯酯。另外，需要时也可使用以下单体。具有官能团的单体的例子包括不饱和羧酸，例如丙烯酸、甲基丙烯酸、四氢化邻苯二甲酸、衣康酸、柠康酸、巴豆酸、异丁烯酸、nornenedicarboxylic acid和双环[2，2，1]庚-2-烯-5，6-二羧酸，它们的衍生物的例子包括马来酸酐、衣康酸酐、柠康酸酐和四氢化邻苯二甲酸酐。具有羟基(OH)的可聚合的活性单体的例子包括丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸-2-羟基丙酯、1，1，1-三羟基甲基乙烷三丙稀酸酯、1，1，1-三羟基甲基丙烷三丙稀酸酯；羟基烷基乙烯基醚，例如羟基乙烯基醚、羟基丙基乙烯基醚和羟基丁基乙烯基醚；以及(甲基)丙烯酸羟基烷基酯，例如(甲基)丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸-2-羟基丙酯和二甘醇单(甲基)丙烯酸酯。这些单体可以单独使用或两种或两种以上结合使用。用氟部分或全部取代的(甲基)丙烯酸单体的例子包括氟取代的(甲基)丙烯酸单体(或(甲基)丙烯酸氟代烷基酯)，例如(甲基)丙烯酸三氟甲基甲酯、(甲基)丙烯酸-2-三氟甲基乙酯、(甲基)丙烯酸-2-全氟甲基乙酯、(甲基)丙烯酸-2-全氟乙基-2-全氟丁基乙酯、(甲基)丙烯酸-2-全氟乙酯、(甲基)丙烯酸全氟甲酯和(甲基)丙烯酸二全氟甲基甲酯。氟代烯烃的例子包括氟乙烯、偏氟乙烯、四氟乙烯、六氟乙烯、六氟丙烯和全氟-2，2-二甲基-1，3-间二氧杂环戊烯。在本发明中，可以使用这些单体的均聚物或这些单体与其它可聚合单体的共聚物。
需要时，可以向本发明所用的单分散球形颗粒(包括黑色系消色的球形单分散颗粒)中适当地加入添加剂，例如紫外吸收剂、抗氧化剂、荧光剂、充电剂、抗静电剂、分散稳定剂和消泡剂。在颗粒中或颗粒的表面上还可包含具有各种性质(例如磁化性质、充电性质、吸附性质、离子交换性质、化学反应活性)的其它添加剂、官能剂或官能团，只要它们不会损害所得分散质颗粒的球形、单分散性质和在悬浮体中的分散性。
用来制备本发明流动性胶体晶体(具有上述特性的固-液胶体分散体)的黑色系消色的有机聚合物单分散球形微粒，通常可使用常用的方法制得，例如无皂乳液聚合、乳液聚合、种子聚合、溶胀聚合和分散聚合。
在无皂乳液聚合中，通常使用过硫酸钾或过硫酸铵之类的过硫酸盐作为聚合引发剂，只有在进行聚合反应时聚合引发剂才必须溶于水性介质。以要聚合的单体为100重量份计，聚合引发剂的用量通常为0.1-10重量份，优选为0.2-2重量份。在乳液聚合反应中，使用乳化剂。乳化剂的例子包括十二烷基苯磺酸钠之类的烷基苯磺酸盐和聚乙二醇壬基苯基醚之类的聚乙二醇烷基醚。以用于聚合的单体为100重量份计，乳化剂的用量通常为0.01-5重量份，优选为0.1-2重量份。将乳化剂与水性介质混合形成乳液，向该乳液中加入0.1-10重量份，优选为0.2-2重量份(以用于聚合的单体的为100重量份计)的聚合引发剂，例如过硫酸钾或过硫酸铵之类的过硫酸盐。在种子聚合、溶胀聚合、分散聚合和悬浮聚合中的任意聚合反应中，对所用的乳化剂并无具体限制，并通常使用表面活性剂，例如阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和非离子型表面活性剂，这些表面活性剂可以单独使用或组合使用。阴离子表面活性剂的例子包括dodecylbensenesulfonate、十二烷基苯磺酸盐、十一烷基苯磺酸盐、十三烷基苯磺酸盐、壬基苯磺酸盐、它们的钠盐和钾盐。阳离子表面活性剂的例子包括十六烷基三甲基溴化铵、氯化十六烷基吡啶鎓和十六烷基三甲基氯化铵。非离子表面活性剂为例如吡啶鎓。活性乳化剂(例如具有丙烯酰基或甲基丙烯酰基之类的可聚合基团的乳化剂)的例子包括阴离子型、阳离子型或非离子型活性乳化剂，这些活性乳化剂的使用不受任何限制。为使本发明所用的树脂颗粒具有黑色系颜色，将油溶性黑色系染料或含炭黑的黑色系颜料作为有色材料适当地分散或悬浮在可聚合单体、乳化剂和水的混合物中。
更具体来说，向包含100重量份选自前述可聚合单体的单体以及200-350重量份水的体系加入5-10重量份的黑色系染料(例如C.I.Solvent Black 27)，然后在搅拌的同时对其进行加热，然后加入0.05-0.7重量份的乳化剂，将其充分搅拌混合。然后，对该体系鼓入氮气，在搅拌的同时将该混合物加热至60-80℃。然后加入0.3-0.6重量份的过硫酸钾之类的聚合引发剂，聚合反应在70-90℃下进行4-8小时。在无皂乳液聚合反应制得的反应分散体中，制得固体浓度为10-35重量％且体均直径(d)为50-900纳米的单分散黑色球形聚合物颗粒。
在本发明中，可以适当地使用黑色系消色的无机聚合物单分散球形颗粒代替有机聚合物胶体颗粒形成胶体晶体。无机聚合物的例子包括二氧化硅、氧化铝、二氧化硅-氧化铝、氧化锆、二氧化钛、二氧化钛-二氧化硅、碳化硅和氮化硅，但是可用于本发明的无机聚合物不限于这些例子。具体来说，优选使用通过硅、铝或钛之类的金属的烷氧化物的溶胶-凝胶法制备的无机聚合物颗粒，这是由于比较容易用染料或颜料将它们染上黑色系的彩色。金属烷氧化物的例子包括甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、硅酸四乙酯、硅酸四异丙酯、硅酸四丁酯、乙氧基铝、三乙氧基铝、甲氧基异丁基铝、乙氧基异丁基铝、异丙氧基铝、异丙氧基异丁基铝、丁氧基铝、叔丁氧基铝、叔丁氧基锡、三正丙氧基铝、三正丁氧基铝、四乙氧基钛、四正丙氧基钛、四正丁氧基钛、四异丙氧基钛、甲氧基钛、乙氧基钛、正丙氧基钛、异丙氧基钛、正丁氧基钛、异丁氧基钛、乙氧基锆、正丙氧基锆、异丙氧基锆、正丁氧基锆和乙氧基四正丙基锆。
在本发明中，需要时，对上面制备的悬浮体(在此悬浮体中以分散质的形式分散有黑色系消色的有机或无机聚合物胶体颗粒)进行过滤，然后以常规的方法对悬浮体进行渗析处理，将悬浮体中以电导率(μS/cm)表示的电解质浓度调节到不超过600μS/cm、优选50-500μS/cm。然后如上所述将制得的浆液浓缩至分散浓度(以分散质胶体颗粒的体积浓度表示)不大于70％，优选不大于60％。
本发明以含胶体颗粒的固-液胶体分散体的形式提供的胶体晶体，可通过以下方式制成将上面的悬浮体封装在两个相对的透明部件(member)之间，透明部件之间的间隔为例如不小于400纳米，封装的方式使间隔(晶体层厚度)保持恒定，对部件在平面方向所占的面积没有限制。透明部件的例子包括柔性塑料膜、刚性塑料膜和玻璃板。通过将悬浮体封装在透明部件之间，形成了胶体晶体。通过最好地利用固-液胶体分散体的特性，可以将悬浮体封装在具有不同于上述平面的形状的透明部件(例如双圆柱部件、双多边形部件、双球形部件、柔性细管状部件或用于光学纤维的中空管状部件)中，从而形成胶体晶体。
在本发明中，常规的具有挠性的有机聚合物片可以不受限制地使用，只要这些片材具有耐水性或耐溶剂性(由于要封装悬浮体)。特别是当需要透明片材时，可以使用例如聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二酯和聚萘二甲酸乙二酯；丙烯酸类树脂，例如聚(甲基)丙烯酸甲酯和聚(甲基)丙烯酸乙酯；聚碳酸酯；聚苯乙烯和聚苯乙烯。如果不是特别需要挠性，可以使用塑料板和玻璃板等，需要时，也可将其与塑料膜或塑料片、铝板、陶瓷板和不锈钢板之类的其它表面部件、不透明部件组合使用。
如上所述，本发明用来制备单分散球形微粒的三维有序晶格的方法包括以下步骤“制备固-液悬浮体”-“最佳地减少固-液悬浮体的电导率”-“使分散质球形微粒的分散浓度最佳”-“在不高于分散介质沸点的低温下进行颗粒排列”-“用粘合剂密封有序结构”。在此方法中，通过渗析等使作为分散质分散在固-液悬浮体中的单分散球形微粒具有规定的电导率，而且粒度不超过30微米、甚至是粒度为0.01-30微米的球形微粒形成三维有序晶格。该方法与常规的干燥方法有很大的不同，不必担心制得的三维有序晶格出现干燥收缩裂纹，在颗粒层叠体的表面上和/或颗粒层叠体内很少出现不同的颗粒阵列。另外，可以在有效防止非均一有序结构形成的同时，以较简单的方法高效地制备具有结构高纯度的三维有序晶格。
如上所述，在本发明中，从三维有序晶格的光学显色性质来看，球形微粒优选为选自灰白色、灰色、灰黑色和黑色的黑色系消色的单分散球形胶体颗粒。也即是说，同样如上所述，本发明制得的球形微粒的三维有序晶格是不含不同有序结构的极为均一的颗粒阵列结构，这样有序结构的表面能够适当而有效地吸收或减少漫射光而不吸收或减少颗粒周围发射的反射光，所述漫射光是由于施加的可见光的一部分发生散射或透射产生的，由于颗粒阵列结构极高的均一性造成的光干涉效应获得了增强，使反射光的颜色更加鲜明。另外，胶体颗粒优选亮度不大于5、优选不大于3的无色彩色。因此，在本发明中，胶体颗粒更优选为选自灰白色、灰色、灰黑色和黑色的黑色系消色的特定有机或无机聚合物球形微粒，根据芒赛尔色系，所述颜色的亮度和饱和度都几乎为0。
优选的是将作为分散质分散在悬浮体中的单分散球形微粒的分散浓度调节到不大于70体积％。如果分散浓度超过此上限，颗粒组容易发生无规的聚集，颗粒规则排列形成三维有序晶格的过程会受到显著的抑制，因此不希望采用这种浓度。从固-液悬浮体的分散稳定性和悬浮体的加工性的角度来看，宜将分散浓度的上限调节至约40-60％。从通过干燥方法在坯片中形成有序结构的速率或悬浮体的加工性来看，下限优选不小于20％，更优选不小于30％，特别优选不小于40％，在此条件下，可制备本发明的三维有序晶格。
在本发明中，通过使用已经调节到分散质球形微粒的特定分散浓度和特定电导率的固-液悬浮体，可以制得三维有序晶格，该晶格不需要担心出现像常规干燥方法制备的颗粒层叠体所观察到的那样干燥收缩裂纹，提供了一种颗粒层叠体，在此层叠体表面上和/或层叠体内没有不同的颗粒阵列，该晶格具有结构均一性，并由于均一性清楚地表现出包括作为表面性质的光学性质在内的各种性质。
为了用树脂粘合剂或有机粘合剂将通过干燥特定悬浮体制备的三维有序晶格(颗粒阵列结构)密封，施涂或喷涂可聚合有机单体的溶液(例如包含聚合引发剂的可聚合有机单体溶液)、有机聚合物溶液和无机粘合剂溶液中的任一种，从而填充三维有序晶格的表面以及三维排列的颗粒之间的空隙，从而可以在不损害颗粒阵列结构的情况下将三维有序晶格稳定地固定，但是细节尚不清楚。
在施涂或喷涂了可聚合有机单体的溶液、有机聚合物溶液和无机粘合剂溶液中的任一种之后，进行聚合或固化。在本发明中，排列的颗粒和粘合剂不一定要用化学方法互相固定，它们可以物理方法互相固定。
适用于密封和固定三维有序晶格的有机或无机粘合剂优选为透明的粘合剂，从在显彩色三维有序晶格中排列的颗粒能够在光学上被清楚地识别的角度来看，很重要的是，所述粘合剂是一种透明的粘合剂，该粘合剂具有如下性质树脂粘合剂或无机粘合剂(即聚合物或固化的产物)的折射率(nB)与球形微粒的折射率(nP)不同，折射率(nB)和折射率(nP)满足关系式|nP-nB|≥0.05。如果|nP-nB|＜0.05，则亮度会降低，从而使色调变暗和降低，因此不希望采用这样的数值。
将上面制备的悬浮体浇注在平整的基件上，然后喷涂或施涂上述的溶液，形成相当厚的悬浮体层(或坯片)。在本发明中，使悬浮体层处于不低于固-液悬浮体中分散介质的凝固点的温度、优选通常为如20℃±5℃之类的室温这样的低温下，从而逐渐在基件上形成由沿纵向和横向规则对齐的球形微粒组成的三维有序晶格。为了加快形成三维有序晶格的速度，可将悬浮体层静止所处的温度适当地升高至优选不低于40℃，更优选约为50℃。在本发明中，可使悬浮体层在静止条件下适当地处于不高于大气压的减压下。
在本发明中，对用来在其上形成坯片(或悬浮体层)的平整基件并无特别的限制，透明部件、半透明部件和不透明部件中的任何一种均可使用。这些部件的例子包括塑料膜、刚性塑料片、玻璃板、陶瓷板、各种钢板、不锈钢板、铝合金板、铜板、木板和织物。常规的有机聚合物均可用作塑料部件而没有任何限制，只要它们具有耐水性或耐溶剂性即可——这是由于要在其上浇注悬浮体。透明部件的例子包括聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二酯和聚萘二甲酸乙二酯；丙烯酸类树脂，例如聚(甲基)丙烯酸甲酯和聚(甲基)丙烯酸乙酯；聚碳酸酯；聚苯乙烯和聚苯乙烯。基件可以是粘合板，在此情况下，粘合板的底板可以是至少一种选自钢板、不锈钢板、铝板、铝合金板、陶瓷板、灰浆板、玻璃板、塑料板、木板和厚纸的材料。
可以用支承部件提供平整的基件，在此支承部件中有大量的在平面方向上规则或不规则地紧密排列的深沟间隔，在本发明中，优选在该基件上形成悬浮体层。支承部件是由不锈钢、氟树脂或尼龙制成的网状材料。网状材料具有开口为50-200微米、高宽比为0.4-0.8的深沟间隔，可以优选将这种网状材料用作支承部件。支承部件的另一实施方式是负性或正性光刻胶片，在此片中大量沟宽1-10微米、高宽比为0.5-2的深沟间隔在平面方向规则或不规则地紧密排列，可优选地将这种光刻胶片用作支承部件。尽管原因还不清楚，但是本发明通过提供支承部件，可以防止出现裂纹。当对形成于支承部件上的具有特定厚度的坯片(悬浮体层)进行干燥时，悬浮在坯片中的颗粒在干燥收缩力(或干燥内聚力)作用下发生聚集和排列。在本发明中，悬浮颗粒在大量深沟间隔(该深沟间隔在平面方向均匀排列)上聚集和排列，以致被吸入深沟间隔中。因此，在坯片中产生的干燥收缩力被分配并分散在深沟间隔上，从而可以减轻或消除干燥收缩力。
在本发明中，对有机聚合物单分散球形胶体颗粒没有限制，但是优选的是至少一种选自以下的有机聚合物的球形颗粒(甲基)丙烯酸类聚合物、(甲基)丙烯酸类-苯乙烯聚合物、氟取代的(甲基)丙烯酸类聚合物和氟取代的(甲基)丙烯酸类苯乙烯聚合物。同样，对无机聚合物颗粒单分散球形胶体颗粒没有限制，但是优选的是选自二氧化硅、氧化铝、二氧化硅-氧化铝、二氧化钛和二氧化钛-二氧化硅的至少一种无机聚合物的球形颗粒。在本发明中，很重要的特征是任意的有机或无机聚合物颗粒均为用染料或颜料着色的、灰色至黑色的黑色系消色的胶体颗粒，而且它们是单分散球形颗粒。也即是说，重要的是能够以固-液胶体分散体中的可带电胶体颗粒的形式适当地制备具有这种特性的胶体颗粒。
如上所述，通过本发明的制备方法制得的单分散球形微粒的三维有序晶格，是通过固-液悬浮体的坯片在各种基件上或在各种容器内形成膜、片或模型产品的形式。例如，显彩色三维有序晶格在自然光、白光或荧光的辐照下显出从红色至蓝色的净彩色，因此，该晶格可以为内部装饰、装潢、设计和显示之类的各种领域提供新颖的彩色材料。
紫外或红外光反射三维有序晶格能够提供各种形式的新颖的紫外光或红外光屏蔽材料。
具体来说，显彩色三维有序晶格在可见光的辐照下根据粒度(d)的大小显出光谱颜色，因此，该晶格可提供各种形式的光学调制材料、光量调节滤光片、滤色片、用来防止向室内窥视的膜或片等。
通过使用用于制备本发明三维有序晶格的方法，可以提供新颖的各种功能涂布材料，这些材料包括各种板材或片材，例如玻璃板、塑料板、钢板、不锈钢板、陶瓷板、木板、毛皮片和织物片，以及施涂在这些板材或片材上的具有各种功能的球形微粒的三维有序晶格。
工业应用性以胶体颗粒的固-液胶体分散体形式提供的本发明的流动性胶体晶体，可通过封装在两个相对的透明部件之间而制得，所述透明部件之间的间隔的宽度(即所得晶体层厚度)不小于400纳米，而且是恒定的，所述透明部件在平面方向所占的表面没有具体限制。流动性胶体晶体可以封装在各种透明部件之间的形式使用，这些透明部件为例如挠性塑料膜、刚性塑料片、玻璃板和它们的组合。
根据本发明，流动性胶体晶体可以封装在除了上述平面状部件以外的其它透明部件中的形式使用，这些其它透明部件为例如双圆柱部件、双多边形部件、双球形部件、柔性细管状部件或用于光学纤维的中空管状部件。
封装在这些部件中的本发明的流动性胶体晶体能够在自然光、白光或荧光的辐照下显出从红色至蓝色的净彩色，因此，能够提供可用于室内装饰、装潢、设计和显示领域之类的各种领域的新颖的彩色材料。
通过有效地利用这些光学性质，除了利用流动性胶体晶体能够根据颗粒间距(L)显出光谱颜色的彩色材料以外，还可提供各种形式的光学调制材料、光量调节滤光片、滤色片、用来防止向室内窥视的膜或片等。
通过以矩阵(matrix)的形式对光辐照的开-关进行系统化，可以提供用来取代LCD、PDA、PLD、LED和PDP之类的电场型显示器的新颖的非电场型彩色显示器。
通过本发明的制备方法制得的单分散球形微粒的三维有序晶格，是在各种基件上或在各种容器内形成膜、板或模塑产品的形式。显彩色三维有序晶格根据其粒度(d)在自然光、白光或荧光的辐照下显出作为光谱衍射颜色的净彩色。因此，不仅可以提供用于室内装饰、装潢、设计和显示之类的各种领域的新颖彩色材料，还可提供各种形式的光学调制材料、光量调节滤光片、滤色片、用来防止向室内窥视的膜或片等。
通过本发明的制备方法制得的具有特定粒度的球形微粒的三维有序晶格在紫外光或红外光的辐照下能够发生紫外光或红外光反射，因此，可以提供各种形式的新颖的紫外光或红外光屏蔽材料。
通过使用用来制备本发明三维有序晶格的方法，形成了具有各种功能的球形微粒的三维有序晶格的涂布膜，因此，能够提供各种功能涂布材料，这些材料包括各种板材或片材，例如玻璃板、塑料板、钢板、不锈钢板、陶瓷板、木板、毛皮片和织物片，以及施涂在这些板材或片材上的具有各种功能的球形微粒的三维有序晶格。
实施例参照以下实施例对本发明进行了进一步的描述，但是应当理解本发明并不限于这些实施例。
参照例1制备了用于本发明的具有黑色系消色的单分散球形颗粒。将100重量份甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体、7.5重量份C.I Solvent Black 27黑色染料、0.6重量份的十二烷基磺酸钠和290重量份的水加入1升的四颈烧瓶内，然后将其搅拌混合，在用氮气净化烧瓶的情况下一边搅拌一边将混合物加热至80℃。然后加入0.5重量份的过硫酸钾，聚合反应在80℃进行约7小时。在通过该无皂乳液聚合制备的悬浮体(S1)中包含黑色聚合物颗粒，该聚合物颗粒几乎是单分散的球形颗粒，通过电子显微镜法测得，这些球形颗粒的体均直径为180纳米。悬浮体(S1)中的分散质颗粒的体积浓度为29％。
实施例1从悬浮体(S1)中除去未反应的单体和乳化剂之类的杂质，然后对悬浮体(S1)进行渗析处理，使其电导率由最初的4000μS/cm降至400μS/cm。将渗析处理过的悬浮体逐渐浓缩至体积浓度为36％。此时，在垂直方向视觉感受到的固-液胶体分散体(悬浮体)的颜色是绿色的光谱衍射颜色。
实施例2将80重量份的MMA和1.0重量份的过氧化苯甲酰加入1升的四颈烧瓶中形成溶液，然后向其中加入200重量份的水、3.3重量份的聚氧乙烯多环苯基醚硫酸酯盐乳化剂和6.5重量份的C.I Sclvent Black 27黑色染料，剧烈搅拌将它们混合。然后向该混合物中加入28.6重量份的参照例1制得的悬浮体(S1)。制得的混合物在50℃下温和搅拌0.5小时，然后在75℃反应1.5小时，制得聚合物颗粒的悬浮体(S2)。在制得的悬浮体(S2)中形成了黑色的聚合物颗粒，根据电子显微镜法测得，该颗粒是体均直径为200纳米的单分散球形颗粒。固体的体积浓度为21％。从该悬浮体中除去未反应的单体和乳化剂之类的杂质，然后对悬浮体(S1)进行渗析处理，使其电导率由最初的4000μS/cm降至400μS/cm。将渗析处理过的悬浮体逐渐浓缩至体积浓度为42％。此时，在垂直方向视觉感受到的固-液胶体分散体(悬浮体)的颜色是红色的光谱衍射颜色。
实施例3通过与实施例2相同的方法制备悬浮体，只是通过渗析将电导率降低到100μS/cm。将悬浮体逐渐浓缩至体积浓度为38％。此时，在垂直方向视觉感受到的固-液胶体分散体(悬浮体)的颜色是红色的光谱衍射颜色。
实施例4通过与实施例2相同的方法制备悬浮体，只是将MMA和MAA(重量比＝90∶10)用作单体。同上从悬浮体中除去杂质，对悬浮体进行渗析处理，使其电导率由3900μS/cm降至400μS/cm。将悬浮体逐渐浓缩至体积浓度为37％。此时，在垂直方向视觉感受到的固-液胶体分散体(悬浮体)的颜色是红色的光谱衍射颜色。
实施例5通过与实施例3相同的方法制备悬浮体，只是通过渗析将电导率降低到100μS/cm。将悬浮体逐渐浓缩至体积浓度为31％。此时，在垂直方向视觉感受到的固-液胶体分散体(悬浮体)的颜色是红色的光谱衍射颜色。尽管将悬浮体进一步浓缩至体积浓度为54％，红色的光谱衍射颜色仍然保持稳定。
实施例6将78重量份的MMA、2重量份的二甲基丙烯酸乙二醇酯和15重量份的甲基丙烯酸-2-羟基乙酯加入1升的四颈烧瓶中。然后向其中加入0.5重量份的过氧化苯甲酰、1.0重量份的二甲基-2，2’-偶氮双-2-甲基丙酸酯和8重量份的C.I SolventBlack 27，形成溶液。然后向其中加入250重量份的水、10重量份的聚氧乙烯多环苯基醚硫酸酯盐乳化剂和0.1重量份的UNA-Na，剧烈搅拌将它们混合。然后向该混合物中加入40重量份的参照例1制得的悬浮体(S1)。制得的混合物在50℃下温和搅拌0.5小时，然后在78℃反应1.5小时，然后再90℃陈化1.5小时，从而制得悬浮体。在制得的悬浮体中分散着黑色的聚合物颗粒，根据电子显微镜法测得，该颗粒是体均直径为270纳米的单分散球形颗粒。悬浮体中分散质颗粒的体积浓度为31％。对悬浮体进行渗析处理，使其电导率由3900μS/cm降至400μS/cm，然后，将悬浮体逐渐浓缩至体积浓度为37％。此时，在垂直方向视觉感受到的固-液胶体分散体(悬浮体)的颜色是蓝色的光谱衍射颜色。
对比例1通过与实施例2相同的方法制备悬浮体，只是不进行渗析处理。通过与实施例1相同的方式对悬浮体进行浓缩。结果当浓度达到38％时，产生聚集，因此不能确认显色。
对比例2对实施例2中进行过显色的悬浮体进行进一步的浓缩，结果当浓度达到50％时，产生聚集，难以确认显色。
对比例3通过与实施例4相同的方法制备悬浮体，只是不进行渗析处理。对悬浮体进行浓缩。结果即使当浓度达到37体积％，仍然没有显色。当浓度达到43％时产生聚集，因此不能确认显色。
对比例4对实施例4中进行过显色的悬浮体进行进一步的浓缩，结果当浓度达到54％时，产生聚集，难以确认显色。
参照例2将80重量份的MMA和1.0重量份的过氧化苯甲酰加入1升的四颈烧瓶中形成溶液，然后向其中加入200重量份的水、3.3重量份的聚氧乙烯多环苯基醚硫酸酯盐乳化剂和6.5重量份的C.I Sclvent Black 27黑色染料，剧烈搅拌将它们混合。然后向该混合物中加入28.6重量份的参照例1制得的分散体(S1)。制得的混合物在50℃下温和搅拌0.5小时，然后在75℃反应1.5小时，制得聚合物颗粒的分散体(S2)。在制得的分散体(S2)中包含黑色的聚合物颗粒，根据电子显微镜法测得，该颗粒是体均直径为210纳米的单分散球形颗粒。固体的含量为29.8％。
参照例3将78重量份的MMA、2重量份的二甲基丙烯酸乙二醇酯和15重量份的甲基丙烯酸-2-羟基乙酯加入1升的四颈烧瓶中。然后向其中加入0.5重量份的过氧化苯甲酰、1.0重量份的二甲基-2，2’-偶氮双-2-甲基丙酸酯和8重量份的C.I SolventBlack 27，形成溶液。然后向其中加入250重量份的水、10重量份的的聚氧乙烯多环苯基醚硫酸酯盐乳化剂和0.1重量份的UNA-Na，剧烈搅拌将它们混合。然后向该混合物中加入40重量份的参照例1制得的分散体(S1)。制得的混合物在50℃下温和搅拌0.5小时，然后在78℃反应1.5小时，然后再90℃陈化1.5小时，从而制得聚合物颗粒的分散体。在制得的分散体中包含黑色的聚合物颗粒，根据电子显微镜法测得，该颗粒是体均直径为270纳米的单分散球形颗粒。固体的含量为31％。
实施例7使用悬浮体在由光滑的尼龙基片和粘合在其上的尼龙网状材料组成的基件上形成三维有序晶格，其中所述悬浮体是通过以下步骤制备的使用参照例1中制得的分散体(S1)制备悬浮颗粒浓度为30％的乳液，然后用离子交换树脂对该乳液进行脱盐；所述尼龙网状材料上具有开口为60微米、高宽比为0.67的深沟间隔。在垂直方向视觉感受到的三维有序晶格的颜色是净紫色。另外，未在片上用肉眼观察到任何裂纹。
实施例8使用悬浮体在由玻璃基板和粘合在其上的不锈钢网状材料组成的基件上形成三维有序晶格，其中所述悬浮体是通过以下步骤制备的使用参照例2或参照例3中制得的体均直径为210纳米或270纳米的具有黑色系消色的单分散球形颗粒制备悬浮颗粒浓度为38％的乳液，然后用离子交换树脂对该乳液进行脱盐；所述不锈钢网状材料上具有开口为150微米、高宽比为0.67的深沟间隔物。在垂直方向视觉感受到的三维有序晶格的颜色是净绿色或净红色。另外，未在片上用肉眼观察到任何裂纹。
实施例9将正性光刻胶施涂在玻璃基板上，并对其进行预烘烤，形成3微米厚的光刻胶层。然后通过掩模图案使光刻胶层曝光，这样使沟宽4微米、高宽比0.75、沟沿宽(bank width)2微米的深沟间隔在平面方向上规则排列，然后对其进行显影和后烘烤，以用光刻胶形成显色基片。然后，使用参照例3中制得的体均直径为270纳米的黑色系消色的单分散球形颗粒制备悬浮颗粒浓度为35％的乳液，然后用离子交换树脂对该乳液进行脱盐，制得悬浮体。使用该悬浮体形成三维有序晶格。在垂直方向视觉感受到的三维有序晶格的颜色是净红色。另外，未在片上用肉眼观察到任何裂纹。
实施例10向90重量份苯乙烯和10重量份的MMA的单体溶液中加入0.02重量份的乳化剂SDS和0.95重量份的聚合引发剂KP，进行乳液聚合反应来制备体均直径为240纳米的单分散白色球形颗粒的悬浮体(分散浓度25％)。然后加入丙酮、黑色染料(5)、活性乳化剂(1)和水将球形颗粒染成黑色。然后使制得的悬浮体通过半透膜，得到以电导率表示约为300μS/cm的带静电荷程度。然后对固-液悬浮体进行浓缩制得悬浮体(S4)，在此悬浮体(S4)中黑色球形微粒作为分散质以大约40体积％的浓度分散。然后，使用刮刀(2号)在已经用亲水性上胶剂SK Dyne 2094处理过的玻璃板上涂布悬浮体(S4)，形成悬浮体(S4)的坯片，在室温下对坯片进行干燥，然后用100重量份氟单体(丙烯酸全氟辛基乙酯)和5重量份光聚合引发剂的粘合剂溶液对其进行涂布，然后进行UV辐照进行聚合和固化，从而密封和固定黑色球形微粒的三维晶格。制得的三维有序晶格在可见光的辐照下显出极为净的绿色光学颜色。
由图3-6的在紫外光、可见光和红外光的辐照下得到的反射光谱和透射光谱很容易理解可以通过本发明的“第一制备方法”制备能够显出净彩色、而且具有紫外光反射、红外光反射的球形微粒的三维有序晶格。
(1)图3显示当使用自然光或白光对本发明的“第二制备方法”制备的由有机聚合物特定球形微粒组成的三维有序晶格(粘合剂密封产物)进行辐照而得到的可见光光谱特征反射光谱，所述球形微粒具有黑色系的消色，其体均直径为330纳米。视觉感受到的彩色是净紫色。
(2)图4显示当使用波长不超过400纳米的紫外光对本发明的“第三制备方法”制备的由体均直径为110纳米的有机聚合物特定球形微粒组成的三维有序晶格(粘合剂密封产物)进行辐照而得到的紫外光反射光谱。所述三维有序晶格鲜明地显示紫外光反射性质。
(3)图5显示当使用波长为800-1500纳米的红外光对本发明的“第四制备方法”制备的由体均直径为350纳米的有机聚合物特定球形微粒组成的三维有序晶格(粘合剂密封产物)进行辐照而得到的红外光反射光谱。图6显示用波长为800-1500纳米的红外光对与上面相同的三维有序晶格(粘合剂密封产物、片厚度20微米)进行辐照得到的红外光透射光谱。从这些光谱中可以看到，三维有序晶格具有极好的红外光反射性质。
附图简述图1是本发明制备的球形微粒的三维有序晶格表面颗粒阵列结构的SEM照片。
图2是本发明制备的球形微粒的三维有序晶格垂直截面(与表面垂直)的颗粒阵列结构的SEM照片。
图3显示了本发明制备的黑色系消色球形微粒的三维有序晶格的可见光反射光谱。
图4显示了本发明制备的特定球形微粒的三维有序晶格的紫外光反射光谱。
图5显示了本发明制备的特定形微粒的三维有序晶格的红外光反射光谱。
图6显示了图5所示的特定球形微粒的三维有序晶格在红外区域的红外光透射光谱。
权利要求
1.包含固-液胶体分散体的流动性胶体晶体，所述胶体分散体包含作为分散质的单分散球形胶体颗粒，其中所述球形胶体颗粒是体均直径(d)不超过30微米的有机或无机聚合物单分散分散质球形胶体颗粒，所述固-液胶体分散体包含分散浓度不小于20体积％、不大于70体积％的分散质，以及作为分散介质的水溶液或含溶解的水的非水性溶液，在不低于分散介质溶液凝固点的温度下，在带静电荷程度以电导率表示不超过2000微西门子/厘米的固-液胶体分散体中的分散质球形胶体颗粒周围形成具有特定厚度(Δe)的双电层，所述分散质球形胶体颗粒形成了三维有序的晶格，该晶格具有流动性，是一种颗粒阵列结构，在此结构中球形胶体颗粒以晶格形式在纵向和横向对齐，定义为沿中心线相对排列的颗粒的中心之间距离的颗粒间距(L)满足关系式(d)＜(L)≤(d)+2(Δe)。
2.如权利要求1所述的流动性胶体晶体，其特征在于，所述分散质球形胶体颗粒是具有一种选自灰白色、灰色、灰黑色和黑色的黑色系消色且体均直径(d)为130-350纳米的有机或无机聚合物单分散特定球形胶体颗粒，包含这些颗粒的三维有序晶格在自然光或白光辐照下显出净光谱衍射色。
3.如权利要求2所述的流动性胶体晶体，其特征在于，视觉感受到的光谱衍射色，即在三维有序晶格的表面上垂直观察到的颜色和颗粒间距(L)满足以下关系(I)至(V)中的任一个(I)当L为160-170纳米时，显出的彩色是净紫色(P)，(II)当L为180-195纳米时，显出的彩色是净蓝色(B)，(III)当L为200-230纳米时，显出的彩色是净绿色(G)，(IV)当L为240-260纳米时，显出的彩色是净黄色(Y)，(V)当L为270-290纳米时，显出的彩色是净红色(R)。
4.如权利要求1所述的流动性胶体晶体，其特征在于，所述分散质胶体颗粒是体均直径(d)为10-130纳米的有机或无机聚合物单分散特定球形胶体颗粒，所述包含这些颗粒的三维有序晶格在受到波长不超过400纳米的紫外线辐照时，具有紫外光反射性质。
5.如权利要求1所述的流动性胶体晶体，其特征在于，所述分散质胶体颗粒是体均直径(d)为350-800纳米的有机或无机聚合物单分散特定球形胶体颗粒，所述包含这些颗粒的三维有序晶格在受到波长为800-1500纳米的红外光辐照时，具有红外光反射性质。
6.如权利要求1至5中任一项所述的流动性胶体晶体，其特征在于，所述分散质胶体颗粒是至少一种选自(甲基)丙烯酸类聚合物、(甲基)丙烯酸类-苯乙烯聚合物、氟取代的(甲基)丙烯酸类聚合物和氟取代的(甲基)丙烯酸类-苯乙烯聚合物的聚合物的有机聚合物球形颗粒。
7.一种制备球形微粒的三维有序晶格的方法，该方法包括制备包含以下组分的流动性胶体晶体(S-1)用作分散质的有机或无机聚合物单分散球形胶体颗粒，颗粒的体均直径(d)不大于30微米；以及用作分散介质的水溶液或含溶解的水的非水性溶液；其中所述胶体颗粒的分散浓度不小于20体积％、不大于70体积％，在不低于分散介质溶液凝固点的温度下，在带静电荷程度以电导率表示不超过2000微西门子/厘米的固-液胶体分散体中的分散质球形胶体颗粒周围形成具有特定厚度(Δe)的双电层，所述分散质球形胶体颗粒形成三维有序的晶格，该晶格具有流动性，是一种颗粒阵列结构，在此结构中球形胶体颗粒以晶格形式在纵向和横向对齐，定义为沿中心线相对排列的颗粒的中心之间距离的颗粒间距(L)满足关系式(d)＜(L)≤(d)+2(Δe)，然后形成上面(S-1)的悬浮体的坯片，并使该坯片处于温度高于分散介质凝固点的气氛中对其进行干燥，从而形成沿纵向和横向规则排列的球形微粒的三维有序晶格，然后施涂或喷涂可聚合有机单体溶液、有机聚合物溶液和无机粘合剂溶液中的任一种，以填充三维有序晶格的表面以及三维排列的颗粒之间的空隙，然后对其进行聚合或固化。
8.一种制备球形微粒的三维有序晶格的方法，该方法包括制备包含以下组分的流动性胶体晶体(S-2)用作分散质的有机或无机聚合物单分散球形微粒，该微粒具有一种选自灰白色、灰色、灰黑色和黑色的黑色系消色，其体均直径(d)为130-350纳米；以及用作分散介质的水溶液或含溶解的水的非水性溶液；其中分散质的分散浓度不小于20体积％、不大于70体积％，固-液分散体的电导率不大于2000微西门子/厘米，然后形成上面(S-2)的悬浮体的坯片，并使该坯片处于温度高于分散介质冰点的气氛中对其进行干燥，从而形成沿纵向和横向规则排列的球形微粒的三维有序晶格，然后施涂或喷涂可聚合有机单体的溶液、有机聚合物溶液和无机粘合剂溶液中的任一种，以填充三维有序晶格的表面以及三维排列的颗粒之间的空隙，其中由所述溶液制得的聚合物或固化产物的折射率(nB)与球形微粒的折射率(nP)不同，然后对其进行聚合或固化。
9.一种制备球形微粒的三维有序晶格的方法，该方法包括制备包含以下组分的流动性胶体晶体(S-3)用作分散质的有机或无机聚合物单分散球形微粒，其体均直径(d)为10-130纳米；以及用作分散介质的水溶液或含溶解的水的非水性溶液；其中分散质的分散浓度不小于20体积％、不大于70体积％，固-液分散体的电导率不大于2000微西门子/厘米，然后形成上面(S-3)的悬浮体的坯片，并使该坯片处于温度高于分散介质凝固点的气氛中对其进行干燥，从而形成沿纵向和横向规则排列的球形微粒的三维有序晶格，然后施涂或喷涂可聚合有机单体的溶液、有机聚合物溶液和无机粘合剂溶液中的任一种，以填充三维有序晶格的表面以及三维排列的颗粒之间的空隙，其中由所述溶液制得的聚合物或固化产物的折射率(nB)与球形微粒的折射率(nP)不同，然后对其进行聚合或固化。
10.一种制备球形微粒的三维有序晶格的方法，该方法包括制备包含以下组分的流动性胶体晶体(S-4)用作分散质的有机或无机聚合物单分散球形微粒，其体均直径(d)为350-800纳米；以及用作分散介质的水溶液或含溶解的水的非水性溶液；其中分散质的分散浓度不小于20体积％、不大于70体积％，固-液分散体的电导率不大于2000微西门子/厘米，然后形成上面(S-4)的悬浮体的坯片，并使该坯片处于温度高于分散介质凝固点的气氛中对其进行干燥，从而形成沿纵向和横向规则排列的球形微粒的三维有序晶格，然后施涂或喷涂可聚合有机单体的溶液、有机聚合物溶液和无机粘合剂溶液中的任一种，以填充三维有序晶格的表面以及三维排列的颗粒之间的空隙，其中由所述溶液制得的聚合物或固化产物的折射率(nB)与球形微粒的折射率(nP)不同，然后对其进行聚合或固化。
11.如权利要求7至10中任一项所述的制备球形微粒的三维有序晶格的方法，其特征在于，粘合剂为满足关系式|nP-nB|≥0.05的透明粘合剂。
12.如权利要求7至11中任一项所述的制备球形微粒的三维有序晶格的方法，其特征在于，坯片形成于支承件上，所述支承件是由不锈钢、氟树脂或尼龙制成的网状材料，该网状材料具有深沟间隔，该深沟间隔具有1-10毫米的开口，高宽比为0.4-0.8。
13.如权利要求7至12中任一项所述的制备球形微粒的三维有序晶格的方法，其特征在于，所述单分散球形微粒是选自(甲基)丙烯酸类聚合物、(甲基)丙烯酸类-苯乙烯聚合物、氟取代的(甲基)丙烯酸类聚合物和氟取代的(甲基)丙烯酸类-苯乙烯聚合物的聚合物的有机聚合物球形颗粒。
14.一种制备球形微粒的三维有序晶格的涂布膜的方法，该方法包括制备包含以下组分的流动性胶体晶体(S-5)用作分散质的有机或无机聚合物单分散球形微粒，其体均直径(d)为0.01-30微米；以及用作分散介质的水溶液或含溶解的水的非水性溶液；其中分散质的分散浓度不小于20体积％、不大于70体积％，固-液分散体的电导率不大于2000微西门子/厘米，将流动性胶体晶体(S-5)施涂在选自玻璃板、塑料板、钢板、铝板、不锈钢板、陶瓷板、木板和织物片的板上，然后使涂布过的板处于温度高于分散介质凝固点的气氛中对其进行干燥，从而在板上形成沿纵向和横向规则排列的球形微粒的三维有序晶格，然后施涂或喷涂可聚合有机单体溶液、有机聚合物溶液和无机粘合剂溶液中的任一种，填充三维有序晶格的表面以及三维排列的颗粒之间的空隙，然后对其进行聚合或固化，将球形微粒的三维有序晶格固定为涂层膜。
全文摘要
一种带静电荷程度以电导率表示等于或小于2000μS/cm的 固－液分散体，该分散体由水性或含溶解的水的非水性分散介质溶液组成，在此溶液中分散有浓度不超过70％、平均粒度(d)不超过30微米的有机或无机聚合物分散质带静电荷球形胶体颗粒。具体来说，提供了一种构成流动性三维有序胶体晶格的流动性胶体晶体，该晶格由颗粒阵列结构组成，而颗粒阵列结构由在横向和纵向以晶格形式对齐的颗粒组成，在分散质周围，具有双电层厚度(Δe)，定义为沿中心线相对排列的颗粒的中心之间距离的颗粒间距(L)满足关系式(d)＜(L)≤(d)+2(Δe)。另外，提供一种由分散质有机或无机单分散球形微粒的均一颗粒阵列结构组成的三维有序晶格的制备方法，该方法包括对上述流动性胶体晶体进行干燥。
文档编号G02B1/00GK1833184SQ20048002225
公开日2006年9月13日 申请日期2004年7月30日 优先权日2003年7月31日
发明者吉田哲也, 奥田有香, 滝沢容一, 渡边顺次 申请人:综研化学株式会社