一种全介质滤光颜料的制作方法

本发明涉及滤光颜料技术领域，具体涉及用于油墨、涂料等产品的可见光谱内连续变色的滤光颜料薄片。

背景技术

干涉滤光材料是公知的材料；默克公司和巴斯夫公司利用液相法制备的多层干涉效果材料因其表面有一层类似珍珠光泽的干涉色被称为珠光颜料。

福莱克斯产品公司在专利cn100475915c《全介质光变颜料》公布了在柔性基材上气相沉积多层二色性变色颜料，其变色效果、颜色饱和度、色锐度都比液相法生产的干涉材料更为优秀。但是由于其实际制备过程中采用的是5层结构，而且福莱克斯产品公司沿用了qwpt整数倍作为结构的基础，所以该类产品并没有达到最为优秀的状态效果。

技术实现要素：

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种全介质滤光颜料，其为片状多层结构，具有以下对称结构，使得所述片状多层结构相对的两侧具有相同的反射曲线：

ch2dl2(ah1bl1)ⁿh1dl2ch2；

其中n为整数；a、b、c和d均为乘数；h1和h2层采用中高折射率的材料，其最小折射率n系数不小于2.0，采用光学厚度表达h1及h2的厚度，其可选择的范围界定在50-1000纳米之间的四分之一的数值；

l1及l2层采用低折射率材料，其最大折射率n不大于1.6，采用光学厚度表达厚度，可选择的范围界定在50-1000纳米之间的四分之一的数值。

具体的，l1和l2层选择不同折射率的材料，除非以下唯一的情况：当ch2的值选择为零时，所述全介质滤光颜料的结构为dl2(ah1bl1)ⁿh1dl2，此时l1和l2层可以选择同样折射率的材料也可以选择不同折射率的材料。该情况一般发生在反射曲线在380-880纳米范围内有两个波峰，该方案可以有效地抑制其中一个次波峰，从而提高材料零度角的单色性。

l1层和l2层的物理厚度数值均在100-410纳米范围内，h1层和h2层的物理厚度数值在20-350纳米范围内。

优选的，h1层和h2层可以选择高折射率或中折射率材料。

其中高折射率材料可选择二氧化钛(tio2)、硫化锌(zns)、钛酸镧(latio3)、五氧化二钽(ta2o5)等折射率高于2.0的材料单体或混合物。其中中折射率材料可以选择三氧化二铝(al2o3)、氧化钕(nd2o3)、氧化镧(la2o3)、氧化钪(sc2o3)等折射率位于1.6-2.0之间的材料单体或混合物。

优选的，l1层和l2层可以选择低折射率或中折射率材料。

其中可选用的低折射率材料有氟化镁(mgf2)、二氧化硅(sio2)、冰晶石(na2alf6)等折射率小于1.6的材料单体或混合物；其中中折射率可以选择三氧化二铝(al2o3)、氧化钕(nd2o3)、氧化镧(la2o3)、氧化钪(sc2o3)等折射率位于1.6-2.0之间的材料单体或混合物。

本发明所提供的对称结构的全介质滤光颜料中，(ah1bl1)ⁿh1是传统的全介质光变滤光材料的结构模型，福莱克斯产品公司在专利cn100475915c《全介质光变颜料》中就公布了这种滤光结构模型。该模型在380-800的可见光光谱范围会干涉出1-2个波峰，使用分光光度计测得在380-800的可见光光谱范围会有一个连续的曲线，而该材料所反映的颜色就是曲线在对应颜色下的积分；多个波峰、非波峰区域的反射率在20％以上就会使得干涉积分色是多个颜色叠加的复合色，单色性相对较差。

全介质滤光颜料的结构模型ch2dl2(ah1bl1)ⁿh1dl2ch2，在原有(ah1bl1)ⁿh1的结构模型基础上增加更多的滤光结构，从而使得产品的最终颜色控制上有更多的手段，从产品的效果上看使用

ch2dl2(ah1bl1)ⁿh1dl2ch2结构模型制备所得的产品种类更丰富、零度角单色性更好、变色过程中有更多的过度色呈现。

本发明之全介质滤光颜料由相对高折射率材料和相对低折射率材料的相互叠加组成，在结构中可以继续根据材料的不同和光学厚度的不同构建出更为复杂更为特殊的材料结构。理论上，每层的厚度选择为qwot的倍数(1：4和4：1之间的整数)值会达到最佳效果，但是实际生产工艺中很多条件的不同，实际实验中l层的物理厚度数值选择范围是100-410纳米、h层的物理厚度数值选择范围是20-350纳米。

另一种结构更为复杂的全介质滤光颜料，其为片状多层结构，具有以下对称结构，使得所述片状多层结构相对的两侧具有相同的反射曲线：

…(ch2dl2)^m(ah1bl1)ⁿah1(dl2ch2)^m…

两边对称增加一层或多层(ehxfly)^p；

其中m、n为整数；a、b、c、d、e和f均为乘数。

这种结构的全介质滤光颜料相对于ch2dl2(ah1bl1)ⁿah1dl2ch2设计了更多的滤光结构，在…(ch2dl2)^m(ah1bl1)ⁿh1(dl2ch2)^m…的基础上，两边对称增加一层或多层(ehxfly)^p,该方案的结果就是在可见光谱的范围内获得更好的零度单色性，或者更为特殊的颜色。h1和h2层采用中高折射率的材料，其最小折射率n系数不小于2.0，采用光学厚度表达h1及h2的厚度，其可选择的范围界定在50-1000纳米之间的四分之一的数值；l1及l2层采用低折射率材料，其最大折射率n不大于1.6，采用光学厚度表达厚度，可选择的范围界定在50-1000纳米之间的四分之一的数值。

该方案在原有结构稍有调整，但仍然属于相对高折射率材料和相对低折射率材料的相互叠加组成的滤光结构。

在该方案中，可以通过选择不同的参考波长对应不同的h层和l层。这种情况下，对于参考波长的增加和减少，滤光效果会相应的过滤中心波长左侧或右侧对应的颜色，从而在零角度色上获得单色性更好，颜色更丰满的曲线。以最极限的情况m＝1,n＝1的情况下，假设该结构没有选择第三次滤色系统，此时滤光材料的结构为：

ch2dl2ah1bl1ah1dl2ch2

此时，可以认为ah1bl1ah1为第一次选择的λ1做为中心波长，获得了以λ1为对应波峰，δλ1为半波宽度的反射率曲线；而当结构变更为ch2dl2ah1bl1ah1dl2ch2的情况以后，相当于在第一次以λ1为对应波峰，δλ1为半波宽度的滤光基础上二次对光进行过滤。过滤的原则是λ2为对应波峰，δλ2为半波宽度的反射率曲线对第一次滤光的曲线进行修正，从而获得一个新的中心波长λx，而此时λx的值就会是(λ1+λ2)/2，而此时新的半波宽度δλx的值是δλ1和δλ2在反射率曲线上重合的部分，对应的相当于收窄了δλx，而这种变化在材料的直接反映就是0度角的单色性会更好，当入射光或者观察角度发生变化时，光程差变化，整个反射率曲线很容易从一个色域完全进入到另一个色域；这种变化对应的现行就是我们在该领域追求的变色效果明显。

但是，这样的多次滤光方式带来的负面效果是λx位置的反射率峰值会小于λ1和λ2两处的峰值，而且λx位置的反射率峰值会随着|λ1+λ2|的值的增加耳边小；对于这个负面问题的应对方法有两个：选择重复hl的结构，此时结构变更为(ch2dl2)^m(ah1bl1)ⁿah1(dl2ch2)^m，重复hl结构可以提高中心波长位置反射率峰值，一定程度上减少半波宽度；选择λ2时，尽可能选择λ1+δλ1之间的某一个值，这样的选择不至于λx位置的反射率峰值过低，使得滤光材料的亮度损失过多。

本发明还提供另一种全介质滤光颜料，不同的是该颜料的总层数为偶数层，且其为不对称结构：

…(ch2dl2)^m(ah1bl1)ⁿ(ch2dl2)^m…

在…(ch2dl2)^m(ah1bl1)ⁿ(ch2dl2)^m…的基础上，两边对称增加一层或多层(ehxfly)p。其中m、n为整数；a、b、c、d、e和f均为乘数。

h1和h2层采用中高折射率的材料，其最小折射率n系数不小于2.0，采用光学厚度表达h1及h2的厚度，其可选择的范围界定在50-1000纳米之间的四分之一的数值；l1及l2层采用低折射率材料，其最大折射率n不大于1.6，采用光学厚度表达厚度，可选择的范围界定在50-1000纳米之间的四分之一的数值。

该类结构的全介质滤光颜料的不同于传统滤光材料总层数均为奇数的方案，传统的设计思路考虑到材料平铺后，薄片的两个面随机朝上，所以要求两个面反映出的颜色及变色状态完全一致，所以是以中心层为对称的结构。而该结构是一种非对称结构，但是薄片的两个面随机朝上，所以要求两个面反映出的颜色及变色状态完全一致的需求是相同的，这就使得设计每层薄片厚度时需要考虑到两面测量后的等效光程差是相同的。

另一种全介质滤光颜料，其在片状基层两侧都具有相同的反射曲线，材料的结构总层数为奇数层，在结构上全介质滤光颜料都是对称结构：

(al1bh1)ⁿal1；

h1选择高折射率或中折射率材料；l1选择低折射率或中折射率材料；

同样，其中n取整数；a、和b均为乘数；

h1可采用的高折射率材料为为二氧化钛(tio2)、硫化锌(zns)、钛酸镧(latio3)、五氧化二钽(ta2o5)等折射率高于2.0的材料单体或混合物；中折射率材料为三氧化二铝(al2o3)、氧化钕(nd2o3)、氧化镧(la2o3)、氧化钪(sc2o3)等折射率位于1.6～2.0之间的材料单体或混合物。

l1可采用的低折射率材料有氟化镁(mgf2)、二氧化硅(sio2)、冰晶石(na2alf6)等折射率小于1.6的材料单体或混合物；中折射率材料可以选择三氧化二铝(al2o3)、氧化钕(nd2o3)、氧化镧(la2o3)、氧化钪(sc2o3)等折射率位于1.6～2.0之间的材料单体或混合物。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：

单色性更好，变色效果更好；同时也可以使用模型构建出更多的色彩。

附图说明

图1和图2为实施例一的设计曲线；

图3为实施例一增加二次滤光后的曲线；

图4为实施例二的设计曲线；

图5为实施例二的产品的显微照片；

图6为实施例三的设计曲线；

图7为实施例三的变更后的曲线；

图8为实施例四的设计曲线。

具体实施方式

实施例一：

参考波长选择λ＝600nm，采用光学厚度确定需要使用的厚度，

结构为2.5λh|1.5λl|2.5λh|1.5λl|2.5λh|1.5λl|2.5λh|1.5λl|2.5λh，

h选用钛酸镧材料、l选择二氧化硅材料；

得出的设计曲线为图1所示，其中，横轴为波长，纵轴为透射系数。

实测曲线为图2所示。

参考波长为λ＝625nm；使用光学厚度确定需要使用的厚度，

结构为2.5λh|1.5λl|2.5λh|1.5λl|2.5λh|1.5λl|2.5λh|1.5λl|2.5λh；

为了获得单色性更好的产品，在原来结构(ah1bl1)nah1变更为：

0.075λh|1.8λl|(ah1bl1)nah1|1.8λl|0.075λh

实际的结构就变更为：

0.075λh|1.8λl|2.5λh|1.5λl|2.5λh|1.5λl|2.5λh|1.5λl|2.5λh|1.5λl|2.5λh|1.8λl|0.075λh；h选用钛酸镧材料、l选用二氧化硅材料；增加二次滤光后的的曲线变更为图3所示，可以明显看到380-550nm区间的波峰受到二次滤光的效果，峰值都有所降低，特别是400nm的次峰，反射率从60％减少到20％；有效的提高在600nm主峰的反射率，直接表现是黄色的单色性变好。

实施例二：

参考波长选择λ＝600nm；使用光学厚度确定需要使用的厚度，

结构为1.5λh|2.5λl|1.5λh|2.5λl|1.5λh|2.5λl|1.5λh|2.5λl；h仍然选则钛酸镧材料、l仍然选择二氧化硅材料。得出的设计曲线为图4所示，此时，正面测量的的曲线和反面测量的曲线完全相同。对于此结构的最终产品拍照，照片为图5所示。

实施例三：

参考波长选择λ＝600nm；使用光学厚度确定需要使用的厚度，中间基础结构为|2.5λh|1.5λl|2.5λh|1.5λl|2.5λh|1.5λl|2.5λh|1.5λl|2.5λh|；h仍然选用钛酸镧材料、l仍然选用二氧化硅材料；得出的设计曲线为图6所示。

变更为最终设计结构后：2.0λl|2.5λh|1.5λl|2.5λh|1.5λl|2.5λh|1.5λl|2.5λh|1.5λl|2.5λh|2.0λl；cl1(ah1bl1)ⁿh1cl1，其曲线如图7所示，其零度角单色性要远优于(ah1bl1)ⁿh1结构的单色性，曲线中可以明显的看到380-550区域的光被过滤掉，尤其是原来的430nm的次波峰，减少大约40％；实际的效果就是改善材料的单色性。

实施例四：

参考波长选择λ＝850nm；使用光学厚度确定需要使用的厚度，结构为2λl|2λh|2λl|2λh|2λl|2λh|2λl|2λh|2λl；设计曲线为图8所示。

上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例。本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，皆属于本发明的保护范围。