CN102186643B - 增强的表面、涂层及相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了将添加剂(如化学活性颗粒)掺入制品表面或掺入设置在制品之上的涂层中的方法。本发明所公开的方法也适用于常规的模制技术，并且可以按间歇或连续的方式进行。

Description

增强的表面、涂层及相关方法

相关申请

本发明要求美国专利申请No.61/189,540(2008年8月21日提交)和美国专利申请No.61/203,661(2008年12月26日提交)以及PCT专利申请PCT/US2008/065083(2008年5月29日提交)的权益，这些申请的全文以引用的方式并入本文。

技术领域

本申请涉及模制品的领域和涂层材料的应用。

背景技术

直接或体相掺合与复合法在工业中广泛用于以性能增强添加剂处理聚合物体，结果使添加剂分散于整个的材料体相中。常规上讲，术语“添加剂”是指对于体相掺合而言掺入母料或通过直接复合而直接掺入树脂混合物的化学品和材料(塑料添加剂)，或者对于涂料而言是指掺入到溶液中的化学品和材料(涂料添加剂)。

然而，减少整个聚合物体相的添加剂量会导致聚合物表面添加剂数目的成比例减少，这在添加剂与表面外部的环境相互作用的许多情况中是最关键的。因此，体相掺合法不能特别有效地用于将添加剂的用量减到最少，以达到材料所要求的特定表面增强水平。此外，对于混入添加剂的材料的表面上的添加剂来说，其活性或作用往往至少部分地受到其周围存在的过多材料的抑制。

体相掺合的低效率在于，虽然表面增强方法的目的是要得到在表面上具有颗粒的基底，但大量的颗粒也会分散在基底内。因此，在体相掺合过程中，大量的颗粒实际上被埋入基底内而不能接触到基底外部的环境。因此，需要相对大量的颗粒以通过体相掺合的方式对给定基底的表面进行功能化。另外，实现颗粒在基底内的均匀分散是困难的，但可能仍然有必要使颗粒均匀地覆盖表面积。

此外，在体相掺合过程中，聚合物与其添加剂的熔融混合通常必需在高温条件下进行，这样的话能效不高，需要复杂的多步过程以可控的方式加热和冷却聚合物熔体，可能会使添加剂分解，或者可能会不利地使聚合物本身变性或损坏。在许多应用中，熔融混合或其它形式的混合难以实现添加剂在整个聚合物体相中的均匀和同质的分散，因为可能会发生相分离或颗粒的絮凝和团聚。

含有这些性能增强添加剂的表面涂层或者可用于实现类似于改进基底材料表面性能的目的。然而，表面涂层方法具有施加及固化步骤复杂、热膨胀不相容性、脱落及各种其它缺点。

采用涂层方法制作功能化表面可涉及多个附加的制造步骤，包括表面预处理、涂底和固化。其次，涂布层必须充分地附着或粘结于下面的基底，从而避免其脱离基底，对于聚合物基底来说，这是特别具有挑战性的。正确实施基于涂层的技术可能需要进行大量的研究和开发投入，并且也可能需要另外的底漆层或进行表面处理。第三，涂布层的厚度一般来说比颗粒或添加剂的尺寸大很多，导致这些添加剂被包埋在涂层内，从而使它们的功效受到限制。

因此，本领域中需要采用有效的方法向聚合物及聚合物复合材料(如填充玻璃或纤维的聚合物)中掺入添加剂，以便使添加剂在聚合物的表面暴露，同时也最大程度地减少添加剂的用量。还有相关的需求是向涂层表面掺入添加剂的方法。

发明内容

本发明不仅是这些现有方法的改进，而且也与现有的模制和涂布方法直接相容。可采用本文描述的发明方法对塑料制品生产和母料应用中所用的树脂珠、粒料、塑胶粒(nurdle)等进行处理。可以将添加剂和其它颗粒直接嵌入树脂珠、粒料和/或塑胶粒，随后照例可由这些珠/粒料形成产品，但添加剂或颗粒则分布在整个产品中。类似地，本发明可适用于聚合物涂层，因为可以将颗粒直接嵌入到这些涂层当中，从而进一步扩展添加剂对表面涂层的功能。

在第一个实施例中，本发明提供制备制品的方法，包括对模制型体(molding form)的至少一部分施加包含颗粒群的流体，所述颗粒群包括至少一个特征尺寸在约0.1nm至约100微米范围内的颗粒；以及使用经处理的模制型体模制加工构成体(working composition)，以便使至少一个颗粒至少部分地或牢固地嵌入加工构成体中。

在第二方面，本发明提供改进涂层材料的方法，包括对设置在基底上的湿涂层材料施加包含许多颗粒的流体，所述颗粒的截面尺寸在约0.1纳米至约100微米范围内；以及干燥所述湿涂层材料以得到带涂层的制品，其中所述颗粒中的至少一个至少部分地嵌入干涂层的表面。术语湿涂层并不要求涂层是水基的或甚至是自由流动的流体；湿也可以指基于溶剂的涂层或具有液相、至少部分地是液体或性质类似液体的任何涂层。该术语指还没完全干燥、固化或以另外的方式达到最终形式的涂层。

附图简述

图1描述体相分散或直接掺入材料内的添加剂颗粒的截面示意图；

图2描述己通过传统的涂布方法施加到基底一侧的添加剂颗粒的截面示意图；

图3描述部分地嵌有银纳米颗粒线性阵列的塑料板的三维视图；

图4示出图3中描述的金属纳米颗粒等离子体激元波导的计算电场能量密度分布。波等离子体激元波由短偶极子源激发，短偶极子源可以是荧光分子、近场扫描光学显微镜照明端或量子点；

图5示出计算的沿金属纳米颗粒等离子体激元波导的瞬时电场矢量，所述金属纳米颗粒等离子体激元波导由图3中描述的嵌入Teflon中的银纳米颗粒阵列组成。波向右传播，经历源自等离子体激元碰撞的消弱和发射损失；

图6描述计算的瞬时电场分布，其中白色和黑色区域分别对应于具有负相和正相的电场区域；

图7示出计算的与图4中的几何形状相关的时均坡印亭矢量；

图8示出计算的与图3中的几何形状相关的时均功率密度分布，其中白色和黑色区域分别对应于向左和向右的功率流区域；

图9描述在放大倍数为20x的光学显微镜下观察的未处理的聚碳酸酯表面；

图10描述根据请求保护的发明制成的水化装置；

图11描述施加添加剂颗粒并将其嵌入聚合物基底的一个表面的过程的截面示意图；

图12描述根据请求保护的方法制成的样品水处理装置；

图13描述根据请求保护的方法的其中嵌有颗粒的聚合物实体；

图14是请求保护的模制方法的非限制性描述；以及

图15是请求保护的涂层增强过程的非限制性描述。

具体实施方式

模制

在第一个实施例中，本发明提供制备制品的方法，包括对模制型体的至少一部分施加包含颗粒群的流体，所述颗粒群包括至少一个特征尺寸在约0.1nm至约100微米范围内的颗粒；和使用经处理的模制型体模制加工构成体，以便使至少一个颗粒至少部分地或牢固地嵌在所述加工构成体中。

通过混合、声处理、摇动、振动、流动、搅拌、搅动等方式使颗粒群适当地布置或甚至悬浮在流体中。流体可以是粘性的，并且使用者可根据需要调节流体的粘度以优化对基底施加携带颗粒的流体。举一个例子，流体的粘性可以是这样的，当对模制型体的内部施加流体时，颗粒保持在适当的位置。或者，如本文中别处所述，可以通过磁场或电场使颗粒在模制型体上保持在适当的位置。

图14示出该方法的非限制性描述。如图所示，(1)将颗粒置于模具的表面上。如前所述，可以将颗粒置于流体中。在步骤(2)中，向携带颗粒的模具中引入模制构成体，且使至少一部分颗粒至少部分地嵌入模制构成体。(3)然后从模具中取出模制构成体作为成品制品，该制品具有至少部分地嵌入其中的颗粒。模具可以是几乎任何形状的，并且在此图中颗粒与模具的相对尺寸仅是说明性的，并不限制请求保护的发明范围。

模制型体基本上可以是本领域中使用的任何模制型体。适当地选择模制型体和流体，使流体与模制型体彼此不发生不利的相互作用，并如此适当地选择流体，使其对模制型体呈惰性。在一些实施例中，如本文中别处所述，流体对颗粒呈惰性。

流体尤其可以是液体、气体或甚至是超临界流体。组合流体也是合适的。流体可包括一种或多种溶剂。流体也可以包括水、离子、非极性溶剂、有机溶剂、极性溶剂、非质子溶剂、质子溶剂、无机溶剂等。油也被认为是合适的流体。盐、表面活性剂、分散剂、稳定剂或粘结剂也可以包括在流体内。

合适流体的非排他性列举包括2-甲基四氢呋喃、氯代烃、氟代烃、酮、石蜡、乙醛、乙酸、乙酸酐、丙酮、乙腈、炔烃、烯烃、苯胺、苯、苄腈、苄醇、苄醚、丁醇、丁酮、乙酸丁酯、丁基醚、甲酸丁酯、丁醛、丁酸、丁腈、二硫化碳、四氯化碳、氯苯、氯丁烷、氯仿、脂环烃、环己烷、环己醇、环己酮、环戊酮、环戊基甲基醚、双丙酮醇、二氯乙烷、二氯甲烷、碳酸二乙酯、二乙基醚、二乙二醇、二甘醇二甲醚、二异丙胺、二甲氧基乙烷、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二甲胺、二甲基丁烷、二甲基醚、二甲基甲酰胺、二甲基戊烷、二甲亚砜、二噁烷、十二氟-1-庚醇、乙醇、乙酸乙酯、乙醚、甲酸乙酯、丙酸乙酯、二氯化乙烯、乙二醇、甲酰胺、甲酸、甘油、庚烷、六氟异丙醇、六甲基磷酰胺、六甲基磷酰三胺、己烷、己酮、过氧化氢、次氯酸盐，乙酸异丁酯、异丁醇、甲酸异丁酯、异丁胺，异辛烷、乙酸异丙酯、异丙醚、异丙醇、异丙胺、过氧化酮、甲醇和氯化钙溶液、甲醇、甲氧基乙醇、乙酸甲酯、甲基乙基酮(MEK)、甲酸甲酯、正丁酸甲酯、甲基正丙基酮、甲基叔丁基醚、二氯甲烷、甲烯、甲基己烷、甲基戊烷、矿物油、间二甲苯、正丁醇、正癸烷、正己烷、硝基苯、硝基乙烷、硝基甲烷、硝基丙烷、2-，N-甲基-2-吡咯烷酮、正丙醇、八氟-1-戊醇、辛烷、戊烷、戊酮、石油醚、苯酚、丙醇、丙醛、丙酸、丙腈、乙酸丙酯、丙醚、甲酸丙酯、丙胺、对二甲苯、吡啶、吡咯烷、氢氧化钠、钠、叔丁醇、叔丁基醇、叔丁基甲基醚、四氯乙烷、四氟丙醇、四氢呋喃、四氢萘、甲苯、三乙基胺、三氟乙酸、三氟乙醇、三氟丙醇、三甲基丁烷、三甲基己烷、三甲基戊烷、戊腈、水、二甲苯、二甲酚或它们的任意组合。

合适的无机溶剂包括例如氨、二氧化硫、硫酰氯、硫酰氟氯、磷酰氯、三溴化磷、四氧化二氮、三氯化锑、五氟化溴、氟化氢等。

离子溶液包括氯化胆碱、脲、丙二酸、苯酚、甘油、1-烷基-3-甲基咪唑鎓、1-烷基吡啶鎓、N-甲基-N-烷基吡咯烷鎓、1-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐、铵、胆碱、咪唑鎓、鏻、吡唑鎓、吡啶鎓、吡咯烷鎓、锍、1-乙基-1-甲基哌啶鎓甲基碳酸盐和4-乙基-4-甲基吗啉鎓甲基碳酸盐。其它甲基咪唑鎓溶液也被认为是合适的，包括1-乙基-3-甲基咪唑鎓醋酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐、1-正丁基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐、1-正丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓-1，1，1-三氟-N-[(三氟甲基)磺酰基]甲烷磺酰胺、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双[(三氟甲基)磺酰基]酰胺和1-丁基-3-甲基咪唑鎓双[(三氟甲基)磺酰基]酰亚胺等。

适合于请求保护的方法的流体还包括例如N-乙基-N，N-双(1-甲基乙基)-1-庚铵双[(三氟甲基)磺酰基]酰亚胺、乙基庚基-二-(1-甲基乙基)铵1，1，1-三氟-N-[(三氟甲基)磺酰基]甲烷磺酰胺、乙基庚基-二-(1-甲基乙基)铵双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、乙基庚基-二-(1-甲基乙基)铵双[(三氟甲基)磺酰基]酰胺等。流体还可以包括乙基庚基-二-(1-甲基乙基)铵双[(三氟甲基)磺酰基]酰亚胺、N，N，N-三丁基-1-辛铵三氟甲烷磺酸盐；三丁基辛基铵三氟甲磺酸盐、三丁基辛基铵三氟甲烷磺酸盐、N，N，N-三丁基-1-己铵双[(三氟甲基)磺酰基]酰亚胺、三丁基己基铵1，1，1-三氟-N-[(三氟甲基)磺酰基]甲烷磺酰胺、三丁基己基铵双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、三丁基己基铵双[(三氟甲基)磺酰基]酰胺、三丁基己基铵双[(三氟甲基)磺酰基]酰亚胺、N，N，N-三丁基-1-庚铵双[(三氟甲基)磺酰基]酰亚胺、三丁基庚基铵1，1，1-三氟-N-[(三氟甲基)磺酰基]甲烷磺酰胺、三丁基庚基铵双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺；三丁基庚基铵双[(三氟甲基)磺酰基]酰胺、三丁基庚基铵双[(三氟甲基)磺酰基]酰亚胺、N，N，N-三丁基-1-辛铵双[(三氟甲基)磺酰基]酰亚胺、三丁基辛基铵1，1，1-三氟-N-[(三氟甲基)磺酰基]甲烷磺酰胺、三丁基辛基铵双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、三丁基辛基铵双[(三氟甲基)磺酰基]酰胺、三丁基辛基铵双[(三氟甲基)磺酰基]酰亚胺、1-丁基-3-甲基咪唑鎓三氟乙酸盐、1-甲基-1-丙基吡咯烷鎓1，1，1-三氟-N-[(三氟甲基)磺酰基]甲烷磺酰胺、1-甲基-1-丙基吡咯烷鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、1-甲基-1-丙基吡咯烷鎓双[(三氟甲基)磺酰基]酰胺、1-甲基-1-丙基吡咯烷鎓双[(三氟甲基)磺酰基]酰亚胺、1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓1，1，1-三氟-N-[(三氟甲基)磺酰基]甲烷磺酰胺、1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓双[(三氟甲基)磺酰基]酰胺、1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓双[(三氟甲基)磺酰基]酰亚胺、1-丁基吡啶鎓1，1，1-三氟-N-[(三氟甲基)磺酰基]甲烷磺酰胺、1-丁基吡啶鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、1-丁基吡啶鎓双[(三氟甲基)磺酰基]酰胺、1-丁基吡啶鎓双[(三氟甲基)磺酰基]酰亚胺、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(全氟乙基磺酰基)酰亚胺、丁基三甲基铵双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、1-辛基-3-甲基咪唑鎓1，1，1-三氟-N-[(三氟甲基)磺酰基]甲烷磺酰胺、1-辛基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、1-辛基-3-甲基咪唑鎓双[(三氟甲基)磺酰基]酰胺、1-辛基-3-甲基咪唑鎓双[(三氟甲基)磺酰基]酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐、N，N，N-三甲基-1-己铵双[(三氟甲基)磺酰基]酰亚胺；己基三甲基铵1，1，1-三氟-N-[(三氟甲基)磺酰基]甲烷磺酰胺、己基三甲基铵双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、己基三甲基铵双[(三氟甲基)磺酰基]酰胺、己基三甲基铵双[(三氟甲基)磺酰基]酰亚胺、N，N，N-三甲基-1-庚铵双[(三氟甲基)磺酰基]酰亚胺、庚基三甲基铵1，1，1-三氟-N-[(三氟甲基)磺酰基]甲烷磺酰胺、庚基三甲基铵双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、庚基三甲基铵双[(三氟甲基)磺酰基]酰胺、庚基三甲基铵双[(三氟甲基)磺酰基]酰亚胺、N，N，N-三甲基-1-辛铵双[(三氟甲基)磺酰基]酰亚胺、三甲基辛基铵1，1，1-三氟-N-[(三氟甲基)磺酰基]甲烷磺酰胺、三甲基辛基铵双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、三甲基辛基铵双[(三氟甲基)磺酰基]酰胺、三甲基辛基铵双[(三氟甲基)磺酰基]酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑鎓乙基硫酸盐等。对本领域普通技术人员显而易见的是，在请求保护的发明中可使用许多种流体。

在一些实施例中，流体包含挥发性组分。在使用者可能需要在模制之前或模制过程中除去一些或全部流体的情况下使用挥发性组分。可通过加热、急骤加热、蒸馏、蒸发、抽吸、真空等方式除去流体。然而，在模制过程之前、期间或之后(全部或部分地)除去流体并不是必需的。这种方法也可以除去非挥发性组分。

流体合适的是可以为在环境条件下蒸发的流体。在使用经处理的模制型体模制加工构成体后，制品则会包含嵌入其表面的许多颗粒。

在一些实施例中，流体合适的是对颗粒群基本上呈惰性。流体合适的是对模制型体也基本上呈惰性。

在一些实施例中，流体包含至少一种能至少部分地抑制颗粒间团聚的试剂。颗粒本身在本质上可以是能分散在流体中的，并且颗粒适当地均匀分散在流体内。在一些实施例中，两个或更多个颗粒的特征在于是彼此团聚或聚集的。

可以按多种方式对模制型体施加所述流体。这些施加方法包括喷涂、静电喷涂、旋转浇注、浸涂、涂抹、滴涂、刷涂、浸泡、流动、暴露、静电喷涂、倾注、滚涂、涂淋、揩涂、印刷、移液、喷墨印刷等。虽然对于使用者可能只需要对模制型体的一部分施加携带颗粒的流体的实施例来说，基于印刷的方法被认为是合适的，但喷涂被认为是特别合适的。

流体可以与多种添加剂或增强剂合并。这种材料的非排他性列举包括表面活性剂、分散剂、润湿剂或增稠剂，如包括：琼脂、甲基纤维素、聚硅酸、二烷基磺基琥珀酸钠、海藻酸盐、二氧化硅、沸石、二辛基磺基琥珀酸钠盐、AOT、SDS、丁基硫酸钠、SOS、SBS、Triton X-100、黄原胶、卵磷脂、藻胶、瓜尔胶、刺槐豆胶、其它胶类、聚乙二醇、其它二醇类、碳酸钙、聚丙烯酸、烷基聚(环氧乙烷)、烷基酚聚(环氧乙烷)、聚(环氧乙烷)与聚(环氧丙烷)的共聚物、油酸、PVP、氯化钙、二氧化硅、阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、椰油酰胺、十二烷基二甲基氧化胺、聚山梨醇酯、其它表面活性剂、非离子表面活性剂、脂肪醇、多聚葡萄糖苷等。这种材料可用于例如改变流体的力学性能(例如粘度)。

可以将颗粒紧贴模制型体，以便在引入模制构成体期间保持它们的位置。这可以通过以下方式来完成，通过应用电、磁、化学或压力梯度或通过其它方法将至少一部分颗粒紧贴模制型体。在将颗粒夹杂到模制复合物当中后可以取消或断开梯度。使用者也可应用梯度来调节一个或多个颗粒向模制构成体内的嵌入。例如，使用者可应用梯度驱使颗粒更加深入模制构成体，或者从构成体中部分地撤出颗粒。

在一些实施例中，流体相对于模制型体是静止的。在其它实施例中，模制型体和流体中的至少一者相对于另一者移动。这在使用者通过涂淋方法对模制型体施加流体的实施例中给予例示，其中模制型体穿过流体的淋幕移动。

用在本文中的术语“截面”尺寸可指颗粒的直径、长度、宽度或高度。颗粒群合适的是具有在约0.1nm至约100微米范围内的平均截面尺寸。在一些实施例中，平均截面尺寸在约1nm至约5微米或约100nm至约1微米或甚至约200nm至约200nm范围内。在一些实施例中，基本上所有颗粒的截面尺寸在约0.1nm至约100微米范围内。

颗粒群可包括均质的颗粒群。在其它实施例中，该群是非均质的，可以包括不同尺寸的颗粒、不同材料的颗粒或兼而有之。按此方式，使用者可以嵌入具有多种功能的多种颗粒。

颗粒的合适形状为球形，但形式上也可以是圆柱形、管状、立方体、类球体、椎体、无定形、晶体、四角形、六角形、三角形、正交晶、单斜晶、长方形或甚至是三斜晶的。普通技术人员可容易地确定具体应用中使用的最佳颗粒形状。

颗粒还可以适当地包含一种或多种功能助剂或分子。这种试剂和分子适用于对颗粒赋予另外有用的特性。作为一个非限制性例子，颗粒可包含抗微生物剂，依此产生本身具有抗微生物特性的最终模制品。功能助剂也可以包括杀生物剂、绝缘体、导体、半导体、催化剂、荧光剂、香料、配体、受体、抗体、抗原、标记、润滑剂、芳香剂、吸收剂、吸附剂、阻燃剂等。颗粒在不包含另外试剂的情况下本身可固有地具备这些特性中的一种或多种。

功能助剂可包括例如抗微生物剂、杀生物剂、绝缘体、导体、半导体、催化剂、荧光剂、调味剂、催化试剂、生物分子结合剂、化学粘结剂、标记、润滑剂、芳香剂、化学物质、生物分子或电磁辐射的吸收剂、化学物质、生物分子或电磁辐射的吸附剂、电磁辐射的散射体、阻燃剂、胶囊、密封剂、颜色或美容效应剂、造影剂、放射性试剂或它们的任意组合。对本领域的普通技术人员显而易见的是，颗粒可包含一种、两种或更多种功能助剂。

示例性的颗粒材料包括银、氧化银、ZnO、TiO2、吡啶硫酮锌、洗必太、碘伏、三氯生、乳链菌肽、乳铁传递蛋白、二乙酸钠、山梨酸、山梨酸钾、OBPA(10，10′-氧代双吩噁砒)、胺中和的磷酸盐、锌-OMADINE(2-吡啶硫醇-1-氧化锌)、2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮、DCOIT、CAPTAN、FOLPET、三氯生、吡啶硫酮(包括吡啶硫酮铜和吡啶硫酮锌)、吡啶硫酮铜、铜、氧化铜、银玻璃、铜玻璃、锌玻璃、银沸石、铜沸石、锌沸石、磷酸锆氢钠银、银、铜或锌(包括它们的纳米颗粒、微粒形式的氧化物)、离子交换颗粒、季铵化合物和盐或它们的任意组合。

在一些实施例中，所述颗粒是多因素致变色的。这使得能够生产出当暴露于特定的物理量(如电场、磁场、辐射、能量、温度变化、化学物质、应力或生物物质)时显示颜色变化的制品。在本文中的别处描述了合适的多因素致变色材料。

颗粒尤其还可包括反射、吸收或散射电磁辐射(如红外辐射、紫外辐射和/或x-射线辐射)的材料。这种材料包括例如Ge、TiO₂、Si、Al₂O₃、CaF₂、ZnS、GaAs、ZnSe、KCl、铟锡氧化物、氧化锡、TiO₂、ZnO、MgO、CaCO₃、二苯甲酮、苯并三唑、受阻胺光稳定剂、氰基丙烯酸酯、水杨基型化合物、镍、Pb、Pd、Bi、Au、Ba、BaSO₄、钢、U、Hg等。

颗粒还可包括一种或多种电子导电材料。这种材料包括碳纳米管、金属、纳米线、聚乙炔、聚苯胺、聚芳撑、聚噻吩、石墨烯、并五苯、聚(苯撑乙炔)(PPE)、聚(苯撑乙烯)(PPV)、聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)(PEDOT)、聚(苯乙烯磺酸)(PSS)、聚(3-己基噻吩)(P3HT)、聚(3-辛基噻吩)(P3OT)、聚(芳醚砜)、聚(C-61-丁酸-甲酯)(PCBM)、聚[2-甲氧基-5-(2′-乙基-己氧基)-1，4-苯撑乙烯](MEH-PPV)或它们的任意组合。半导体材料也适用于请求保护的发明的颗粒。合适的半导体材料尤其包括C(金刚石)、C(石墨烯)、Ge、Si、AlAs、AlN、AlP、AlSb、Bas、BN、BP、CdS、CdSe、CdTe、Cu2O、Cu2S、CuCl、CuOGaAs、GaAs、GaN、GaP、GaSb、InAs、InN、InP、InSb、PbS、PbSe、PbTe、PtSi、SiC、SiGe、SnS、SnTe、TiO2、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、AlGaAs、AlGaN、AlInAs、AlInSb、CIS、CdZnTe、GaAsN、GaAsP、HgCdTe、HgZnSe、HgZnTe、InAsSb、InGaAs、InGaN、InGaP、InGaSb、PbSnTe、CuInGaSe(CIGS)、碳纳米管、量子异质结构等。

颗粒可以以不同的程度嵌入到最终制品中。在一些实施例中，颗粒合适的平均嵌入程度大于特征尺寸的100％。颗粒的平均嵌入程度也可以不大于特征尺寸的约100％。在某些实施例中，颗粒的嵌入使颗粒基本上完全在模制品内。

颗粒的平均嵌入程度也可以不大于特征尺寸的约80％，不大于特征尺寸的约50％或不大于特征尺寸的约25％。嵌入的程度将取决于过程条件和模制型体的表面形貌。

颗粒可以从基底的表面平均伸出约0.1nm至约1cm或约10nm至约0.5cm或约100nm至约100微米。请求保护的方法可用于生产这样的制品，其中并非所有相同的颗粒嵌入相同的程度，或者并非所有的颗粒都从制品向外伸出同样的距离。

在一些实施例中，基本上加工构成体的所有表面面积都被颗粒占据。在其它合适的实施例中，加工构成体的不到约75％的表面面积被颗粒占据、加工构成体的不到约50％的表面面积、不到约25％的表面面积或甚至不到约10％或甚至约5％的表面面积被颗粒占据。覆盖程度可由使用者的需要来决定；在一些情况中，使用者可能不需要颗粒的占据超过表面面积的一小部分。

可以调节过程条件，使相邻的颗粒彼此分开平均约0.1nm至约100微米或约1nm至约10微米。相邻颗粒可适当地分开约10nm至约1微米或约50nm至约0.5微米或100nm至约1000nm。在一些实施例中，颗粒可以以团聚的形式嵌入。在一些实施例中，颗粒可以与相邻颗粒物理接触或电子接触。

颗粒可嵌入最终制品的特定区域或不连续的区域，或者以适当均匀的方式设置在制品的整个表面上。虽然在一些实施例中，制品中的模制构成体比颗粒硬，但是颗粒也可适当地比制品中的模制构成体硬。

最终制品可以是平的、圆柱形的、多面体的、球形的、带有凹槽的、弯曲的、弧形的、带凹坑的、中空的，或具有不规则的形状，这取决于模制型体和需要在模制后对模制构成体进一步成形的任何后处理步骤。

根据本发明的最终制品可用作净化器、消毒器、杀生物剂、检测器、传感器、贴标器、标志器、处理系统、电子元件、光学元件、催化剂等。最终制品也适合用作导电元件、半导体元件、支撑结构、催化剂、化学物质、生物分子或电磁辐射的吸附剂、化学物质、生物分子或电磁辐射的吸收剂、化学物质或生物分子的结合剂、光学元件、绝缘元件、粘结剂、散射元件、压致变色元件、化学致变色元件、光致变色元件、磁致变色元件、热致变色元件、应力致变色元件或其它多因素致变色元件或装置。薄膜被认为是特别合适的最终制品。

通过本领域中已知的方法适当地完成模制。这类方法的非排他性列举包括压紧加烧结、注射模制、反应性注射模制、压缩模制、传递模制、填塞模制、挤出模制、旋转模制、热成形、真空成形、层合、可发性珠粒模制、泡沫模制、滚塑模制、真空塞辅助模制、压力塞辅助模制、匹配模制、冲压、加压模制、挤出、吹塑模制、轧制等。注射模制和轧制被认为是特别合适的方法。

聚合物是用于本方法的特别合适的加工构成体。合适的聚合物尤其包括有机聚合物、无机聚合物、合成聚合物、天然聚合物、热塑性塑料、热固性材料、共聚物、生物聚合物、含氟聚合物、硅树脂、硅橡胶、乙烯基化合物、弹性体、蜡、聚烯烃、液晶聚合物、离聚物，包括但不限于：

聚乳酸淀粉材料、塑料溶胶、聚缩醛、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、有机溶胶、丙烯酸树脂、芳纶、芳族聚酰胺、电木、双马来亚酰胺、硼吖嗪、纤维素塑料、共聚酯、铜酞菁、十甲基环五硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷、十甲基四硅氧烷、环氧树脂、乙烯-丙烯酸甲酯(EMA)、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、乙烯-乙烯醇(EVOH)、氟化乙烯-丙烯(FEP)、含氟聚合物、六甲基环三硅氧烷、六甲基二硅氧烷、HDPE、LDPE、三聚氰胺甲醛(MF)、三聚氰胺、Nafion、腈、Novotext、尼龙、尼龙6、尼龙66、尼龙11、尼龙12、尼龙610、尼龙612、八甲基环四硅氧烷、八甲基三硅氧烷、全氟烷氧基聚合物树脂(PFA)、全氟磺酸、酚醛树脂(PF)、苯氧树脂、亚苯基醚/氧化物、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚(N-乙烯吡咯烷酮)、聚(富马酸丙二醇酯)、玻璃纸聚(偏二氟乙烯-三氟乙烯)、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚邻苯二甲酸烯丙酯、聚酰胺(PA)、聚酸酐、聚酰胺-酰亚胺、聚芳酯、聚芳醚、聚芳砜、聚苯并咪唑聚丁烯(PB)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚丁烯、聚己酸内酯、聚碳酸酯(PC)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)全氟聚醚(PFPE)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚环氧化物、聚酯(PE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚酰亚胺、聚醚砜(PES)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚环氧乙烷、聚乙醇酸(PGA)、聚乙醇酸交酯、聚酰亚胺、聚异丁烯、聚异戊二烯、聚酮、聚乳酸(PLA)、聚乳酸、聚烯丙基二甘醇碳酸酯单体、聚甲基戊烯(PMP)、聚甲基戊烯、聚烯烃、聚甲醛(POM)、聚苯醚(PPE)、聚苯撑乙烯、聚苯撑、聚丙烯(PP)、聚丙烯、聚苯乙烯(PS)、聚苯乙烯、聚硫化物、聚砜(PES)、聚砜(PSU)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氨酯(PU)、聚乙烯化合物、聚乙烯咔唑、聚氯乙烯(PVC)、聚氟乙烯(PVF)、聚乙烯吡啶、聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、richlite、硅烷、硅酮、硅氧烷、苯乙烯、苯乙烯马来酸酐、苯乙烯-丙烯腈(SAN)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯马来酸酐(SMA)、

四氟乙烯-全氟-3，6-二氧杂-4-甲基-7-辛烯磺酸共聚物、TPU、三氟乙烯、Tufnol、脲、脲甲醛(UF)、偏二氟乙烯等。

生物聚合物也适用于请求保护的发明，包括竹、生物衍生的聚乙烯、粗麻布、帆布、碳二酰亚胺、软骨、玻璃纸、赛璐珞、醋酸纤维素(CA)、醋酸丁酸纤维素(CAB)、硝酸纤维素、丙酸纤维素(CP)、纤维素、醋酸丙酸纤维素(CAP)、几丁质、壳聚糖、椰纤维、胶原、结缔组织、铜酞菁、棉纤维素、铜铵、弹性蛋白、上皮、羽毛、纤维蛋白、指甲、亚麻、毛皮、糖胺聚糖、基本组织、毛发、大麻、黄麻、洋麻、角蛋白、皮革、亚麻布、亚麻布、透明质酸、肌肉组织、神经组织、硝化纤维、骨组织、纸材、莎草纸、羊皮纸、骨膜、聚乳酸淀粉、聚(富马酸丙二醇酯)、聚(偏二氟乙烯-三氟乙烯)、聚-3-羟基丁酸酯聚酯、聚酰胺、聚己酸内酯、聚乙醇酸(PGA)、聚乙醇酸交酯、聚乳酸(PLA)、聚乳酸塑料、聚苯撑乙烯、酒椰纤维、人造丝、米、丝、剑麻、淀粉、淀粉基塑料、趾甲、维管组织、偏二氟乙烯、纤维胶、木材、羊毛或它们的任何单体、共聚物、组合或复合材料。加工构成体也可包括单体，该单体后来聚合或甚至交联。

矿物、金属及合金也可包括在加工构成体中。加工构成体也可包括合金及复合材料。

在一个具体的非限制性实施例中，模制型体包括滚筒。在这种实施例中，所述方法需要使滚筒接触倚靠聚合物构成体，以便使至少一部分颗粒至少部分地嵌入基底。可以调节滚筒的压力以便至少在某种程度上控制颗粒嵌入模制构成体的程度。通过使用滚筒，使用者可以按连续的方式实施所公开的方法。

在一些实施例中，在根据所公开发明的颗粒的嵌入之前，模制构成体具有设置在其内的其它结构或颗粒。模制构成体可以包括内部的线或其它结构。在这种实施例中，嵌入金属颗粒可以使模制构成体内的线与最终制品外部的环境电子连通。

通过使用电荷、静电荷和/或磁荷使颗粒优先粘着在模具上，则可以将颗粒均匀地(或非均匀地，以特定的图案)设置在整个的模具(压缩、注塞模具、注射模具、加压模具、冲压或任何其它的模具装置)内部当中。也可以利用化学梯度使颗粒贴附或粘着于模制型体。

一些实施例合适地包括对模具施加电荷，以便使至少一部分颗粒紧贴模制型体。使用者可以将模具电接地并对颗粒施加电荷，以便使至少一部分颗粒紧贴模制型体。在其它实施例中，使用者可以选择磁性颗粒及磁力吸引颗粒的合适模制型体材料，使得至少一部分颗粒紧贴模制型体。

作为一个非限制性例子，使用者可以利用磁场将金属或其它磁性颗粒保持在适当的位置，以便将这些颗粒定域在模具的特定区域。通过定域多个颗粒群，于是使用者可以生产出具有两个或更多个具有不同功能的区域的制品。

然后使用者适当地模制材料(聚合物、玻璃、金属、类金属或其它材料或这些的任意组合)。不论是旨在生产简单的片状产品还是生产具有简单或复杂特征的三维形状，模具都可以采取任何形状。模具是本领域中熟知的，对具体应用来说，本领域的普通技术人员很容易确定最佳的模具。

如果选择条件(颗粒组成、颗粒结构、颗粒大小、温度、压力、模制材料组成及其它条件)，使得颗粒不是熔化而在制品的顶部形成单层，而是保持为不连续的但为嵌入的颗粒或不连续的嵌入多颗粒聚集体，这样模制过程的压力和/或温度就将颗粒嵌入制品的表面。

在其它实施例中，选择颗粒和过程条件，使颗粒熔化或以另外的方式结合，从而形成覆盖最终制品的至少一部分的网络、壳或其它内聚结构。在一些情况下，这样选择颗粒和条件，使颗粒比颗粒嵌入的聚合物的熔点低。按此方式，可将最终制品加热到颗粒的熔化温度，从而在最终模制品的外部周围产生熔融颗粒的壳或网络。

也可以使用其中含有悬浮颗粒的溶液，所述颗粒是通过稳定化、搅拌或这两种方式悬浮在其中的。包括颗粒悬浮液的溶液被认为是适合于本发明的。醇和水被认为是特别合适的流体。

载体溶液对模制材料或颗粒可以呈惰性或不呈惰性。然后这种基于溶液的系统可用于喷涂、滚抹或以另外的方式涂布模具内部。在一些实施例中，在模制之前、模制期间或模制之后蒸发溶液，或者甚至可以在模制期间将其烧除。在使用者需要将颗粒施加在模具上而同时不希望在模制过程中有溶液的情况下，挥发性溶液(如醇、醚等)被认为是有用的。在一些实施例中，载体溶液、颗粒或这两者都是带粘性的或发粘的，因此让使用者能够控制颗粒在模具表面上的位置。适当地选择溶液/颗粒的粘度，使得一旦颗粒被嵌入模制复合物的话，与模具相比，它们更足够牢固地固定于模制复合物。

可以按间歇过程实施请求保护的方法，如注射模制、冲压等。在一些实施例中，按连续的过程实施所述方法，这可以通过使用圆柱形滚筒或其它连续移动的物体实现。然而，滚筒不必为圆的，并且其上可设有压痕或其它图案。

在这种实施例中，将颗粒连续地沉积在滚筒的一个或多个部分上，之后将滚筒的该部分放置成与基底(例如，聚合物、金属、玻璃、类金属等)接触。

尽管瓦片、板材、锭材、砖块、薄膜等也适用于本文描述的连续过程实施例，但用于基于滚筒的过程的基底合适的是平整表面(例如，膜、板)。

如上所述，可以利用电荷、静电荷和/或磁荷或甚至通过使用对基底呈惰性或不呈惰性的溶液致使颗粒沉积在滚筒上。可任选调节压力和/或温度以控制嵌入的程度。也可以在将滚筒与表面接触之前，采用与上面所述类似的过程使颗粒沉积在基底上，由此提供替代的嵌入方式。

这些方法可得到与本案中别处以及之前引用的发明中所描述的相同的优点(例如，改变的光学、物理性能、抗微生物性能、电子性能)，并因此也可被用于生产所提到的装置。下面给出适合请求保护的方法的多种应用。

这里公开的向聚合物表面嵌入颗粒或其它化学试剂的发明过程比直接掺合(图1)及涂布(图2)的方法有所改进，并且也提供了新的制造模式。在直接或体相掺合中，添加剂颗粒2分布在整个基底1的体相。在涂布法中，添加剂颗粒3被限制在下面的基底1顶上的次层。

要注入基底模制构成体表面的添加剂或颗粒本身合适地为颗粒形式。这种添加剂包括以下的添加剂以及相关专利申请中公开的那些：

多因素致变色剂、化学致变色剂、压致变色剂、热致变色剂、光致变色剂、辐射致变色剂、电致变色剂、磁致变色剂、辐射致变色剂、热致变色剂、毒素中和剂、风味物质、芳香物质、催化剂、润湿剂、化学元素、金属、盐、陶瓷、聚合物、气体、液体、胶体、悬浮液、乳液、增塑剂、溶胀剂、溶剂、氧化钛、抗UV剂、发光剂、抗菌剂、抗静电剂、盐、铟锡氧化物、山嵛基三甲基氯化铵、椰油酰胺丙基甜菜碱、磷酸酯、苯基乙二醇酯、多元醇、PEDOT:PSS、二壬基萘磺酸、钌有机金属染料、氧化钛、二氧化钛、抗划剂、石墨烯、铜酞菁、防指纹剂、防雾剂、抗UV剂、调色剂、抗反射剂、抗IR剂、高反射剂、滤光剂、芳香剂、除味剂、树脂、润滑剂、增溶剂、稳定剂、表面活性剂、荧光剂、活性炭、油墨、调色剂颗粒、电路元件、绝缘体、导体、导电流体、磁性夹杂物、电子夹杂物、等离子体激元夹杂物、电介质夹杂物、谐振夹杂物、发光分子、荧光分子、半导体、半导体掺杂剂、腔体、夹杂物、镜片、超材料、等离子体激元介质、纳米天线、冷阴极、电极、纳米锥、量子点、纳米晶、谐振器、传感器、致动器、换能器、电路元件、晶体管、激光器、振荡器、光检测器、光子晶体、波导、放大器、调制器、开关、光伏电池、发光二极管、耦合器等。

抗菌材料(例如，银颗粒或纳米颗粒)被认为是特别合适的。UV反射材料(如TiO₂、ZnO和BaSO₄)也是特别合适的。

有用的其它添加剂包括活性椰壳/催化碳、KDF、SPG火山砂、磁铁矿、陶瓷磁体、Tenko-seki、Bakuhan-ski矿石(麦饭石、石英斑岩)、Taicho-seki、Taicho矿石、石英、硅酸盐。这些颗粒以它们的纯化、清洁和药物特性而受到关注。

以下实例仅是说明性的，本领域的普通技术人员将会认识到，以下实例中的某些可以通过所列出的相关申请中提出的方法和材料来完成，所有列出的相关申请全文以引用的方式并入本文。

涂层增强

采用上面及相关申请中描述的方法可以将颗粒嵌入现有涂层的表面。许多传统的涂层部分地或完全地由能够软化和再硬化的聚合物构成。在此非限制性实例中，可以对现有的“凝固”或“固化”涂层的表面施加使其软化的溶液。所需的添加剂颗粒或液体可以在具有软化溶液的溶液中，或者可以在用聚合物软化溶剂处理带涂层的表面之前、期间或之后单独地添加至带涂层的表面。随后，至少一种添加剂会部分地或完全地嵌入涂层的表面。

一些涂层可能比其它涂层(即，交联的聚合物)更难于软化。另一非限制性实例是在已施加涂层后但涂层还没有完全固化或凝固之前进行该过程。这可在施加涂层之后立即发生，或者发生在其固化/凝固之时。据信粉末形式的颗粒是特别有效的，其中用气体载体将它们沉积在涂层上和涂层中，尽管也可使用溶液载体。相比广泛用在工业中的常规涂层处理而言，本发明提供了固有的优点。

在塑料和橡胶上设立涂层向来是充满挑战性的，因为对塑料表面施加涂层不像对木材和金属基底施加那样容易。现有用于塑料的涂层通常需要多步骤施加，所涉及的除了期望的涂层外还有粘附促进剂、底涂层和表面预处理，并且固化通常是耗时和/或耗能的，涉及加热或UV辐射。本发明适合广泛的聚合物涂层，其中添加剂(不只是出现在涂层上的添加剂)可以在制造后步骤或制造中步骤施加。这在技术上是有价值的方法，因为在制造过程中向涂层溶液中放入添加剂可能会有问题。

所公开的方法包括对设置在基底上的湿涂层材料施加包含多个颗粒的流体，所述颗粒的截面尺寸在约0.1nm至约100微米范围内；以及干燥湿涂层材料以得到带涂层的制品，其中所述颗粒中的至少一个至少部分地嵌入干涂层的表面。

术语“湿涂层”并不要求涂层是水基的(尽管涂层湿涂层可以是含水的)或甚至是液体。如之前所述，“湿”也可指基于溶剂的涂层或具有液相、至少部分地是液体或性质类似液体的任何涂层。半固体、凝胶等都可适用于请求保护的方法。

在一些实施例中，湿涂层材料包括可固化和交联的可交联涂层。所施加的流体、颗粒或这两者可含有交联剂或聚合引发剂。

合适的聚合引发剂包括例如偶氮化合物、三氟化硼、齐格勒(Ziegler)催化剂、金属卤化物、三乙基铝、四氯化钛、乙酰苯、苄基和苯偶姻化合物、二苯甲酮、阳离子光引发剂、噻吨酮、偶氮双(环己烷甲腈)、偶氮(2-甲基丙基脒)二盐酸盐、偶氮二(2-甲基丙腈)、偶氮二(4-氰基戊酸)、过硫酸铵、羟基甲磺酸一钠盐脱水物、过硫酸钾、过硫酸钠、N-叔丁基-N-(2-甲基-1-苯丙基)-O-(1-苯乙基)羟胺、二(叔戊基过氧)环己烷、过氧化丁酮、过氧化苯甲酰、氢过氧化异丙苯、过氧化二异丙苯、过氧化月桂酰、过氧乙酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、甲基丙烯酸2-(二乙基氨基)乙酯、4-(二甲氨基)苯甲酸乙酯、4-(二甲氨基)苯甲酸异戊酯、三甲基氧鎓、其它鎓盐等。

合适的交联剂是本领域的普通技术人员已知的。这种试剂的非排他性列举包括例如2-苯并噻唑硫醇、二硫化四甲基秋兰姆、亚氨酸酯、二甲基辛二亚酰胺化物)、甲醛、碳二酰亚胺、酰肼、异氰酸酯、马来酰亚胺、吡啶基二硫醇、二氮丙啶、芳基叠氮化合物、卤代乙酰基化合物(halacetyl)、光反应亮氨酸、光反应甲硫氨酸、二乙烯基苯等。最佳的交联剂取决于被交联的(多种)聚合物以及对过程条件的任何限制。

湿涂层材料合适地包括颗粒可嵌入的流体、凝胶或半固体或其它材料。聚合物或单体溶液或凝胶被认为是合适的湿涂层材料，包括能够交联的聚合物和随后聚合的单体。在一些实施例中，湿涂层材料合适地包括两种或更多种随后聚合的单体。

施加到湿涂层的颗粒合适的是悬浮在用于施加的流体中。流体合适的是对湿涂层材料基本上呈惰性，并且颗粒也合适的是对湿涂层材料基本上呈惰性。通过混合、声处理、摇动、振动、流动、搅拌、搅动等方式将颗粒置于流体中。

在作为非限制性实施例的一个样品中，将含颗粒的流体喷涂到基底顶上的湿(未干的)涂层上面。然后干燥湿涂层，留下的颗粒嵌入涂层。按此方式，使用者能够(借助于颗粒)对成品制品的涂层赋予功能性。

这在成品制品需要涂层(例如，眼镜上的抗反射涂层)但使用者可能希望制品具有附加功能(例如，抗菌特性)的情况中是特别有用的。通过采用所公开的方法，使用者能够生产出包括所需涂层并且也具有纳入该涂层的附加功能的制品。如图2所示，也可以将颗粒设置在基底上，然后把湿涂层施加在颗粒顶上。

本文中别处描述了合适的颗粒和流体。流体包括例如溶剂、水溶液、离子溶液、非极性溶液、有机溶剂、极性溶剂、质子惰性溶剂、质子溶剂、无机溶剂、离子流体等。这些例子在本文中的别处给出。

流体也可以包括盐、表面活性剂、稳定剂、粘度调节添加剂(如淀粉)。可添加这些以优化流体的加工性。也可使用添加剂来防止(或促进)颗粒团聚。

如之前所述，可以通过混合、声处理、摇动、振动、流动、搅拌、搅动等方式将颗粒置于流体中。同样如本文中别处所述，颗粒可包含一种或多种赋予附加功能性的试剂。

在示例性实施例中，颗粒的平均嵌入程度不大于特征尺寸的100％，或小于特征尺寸的约80％、小于特征尺寸的约50％或小于特征尺寸的约25％。

颗粒合适的是从基底的表面平均伸出约0.1nm至约1cm或约10nm至约1mm或约100nm至约100微米或约0.1微米至约0.5微米。

在一些实施例中，涂层材料表面面积的至少一个区域基本上全都嵌入颗粒或被颗粒占据。所述方法可得到这样的表面，其中涂层材料的不到75％的表面面积嵌有颗粒或涂层材料的不到约50％的表面面积嵌有颗粒或甚至涂层材料的不到约5％的表面面积嵌有颗粒。

颗粒可彼此分开平均约1nm至约5微米或约10nm至约1mm或约100nm至约1微米或约200nm至约500nm。颗粒可以是分开的或团聚的。

存在于流体中或嵌入涂层材料的颗粒可以是单分散的。在其它实施例中，颗粒是多分散的，并且颗粒群可包括不同尺寸和材料的颗粒。颗粒合适的是基本上均匀地分布在涂层材料的表面上。

在一些实施例中，颗粒的特征在于比干涂层材料硬，尽管干涂层材料也可以比硬颗粒。颗粒也可具有与涂层材料同等的硬度。

请求保护的方法适用于将颗粒置入具有基本上任何表面构造的制品顶上的涂层当中。具有平的、圆柱形的、多面体的、球形的、带有凹槽的、弯曲的、弧形的、带凹坑的、中空的或其它形状的表面的制品都适用于请求保护的方法。

请求保护的方法适于生产具有多种用途的制品。这种制品包括净化器、杀菌剂、杀生物剂、检测器、贴标器、流体处理系统、电子装置等。

在一些实施例中，颗粒贴附或保持在涂层材料内。这可以通过范德华力或甚至通过应用促动或吸引一个或多个颗粒的梯度来实现。本文中别处描述了合适的梯度，包括电场、磁场、压力/喷射、气流等。

如本文中别处所述，涂层材料合适的是包含聚合物。合适聚合物的清单在本文中别处给出。涂层材料可包括木材、玻璃、矿物、金属等。涂层也可包括以下中的一种或多种：

生物聚合物、天然聚合物、糖、氨基酸、蛋白质、天然纤维、合成纤维、活组织、死组织、活细胞、死细胞或其它生物材料，如：竹、生物衍生的聚乙烯、粗麻布、帆布、碳二酰亚胺、软骨、玻璃纸、赛璐珞、醋酸纤维素(CA)、醋酸丁酸纤维素(CAB)、硝酸纤维素、丙酸纤维素(CP)、纤维素、醋酸丙酸纤维素(CAP)、几丁质、壳聚糖、椰纤维、胶原、结缔组织、铜酞菁、棉纤维素、铜铵、弹性蛋白、上皮、羽毛、纤维蛋白、指甲、亚麻、毛皮、糖胺聚醣、基本组织、毛发、大麻、黄麻、洋麻、角蛋白、皮革、亚麻布、亚麻布、透明质酸、肌肉组织、神经组织、硝化纤维、骨组织、纸材、莎草纸、羊皮纸、骨膜、聚乳酸淀粉、聚(富马酸丙二醇酯)、聚(偏二氟乙烯-三氟乙烯)、聚-3-羟基丁酸酯聚酯)、聚酰胺、聚己酸内酯、聚乙醇酸(PGA)、聚乙醇酸交酯、聚乳酸(PLA)、聚乳酸塑料、聚苯撑乙烯、酒椰纤维、人造丝、米、丝、剑麻、淀粉、淀粉基塑料、趾甲、维管组织、偏二氟乙烯、纤维胶、木材、羊毛等。

可将流体喷涂到湿涂层材料上或湿涂层材料内。也可以适当地通过滚筒、印刷机或其它涂敷器(如印刷模板、印章或模具)施加流体。可使用涂敷器以至少部分地将颗粒压进涂层，从而使至少一部分颗粒至少部分地嵌入基底。在一些实施例中，嵌入的颗粒使设置在加工构成体内的一个或多个结构与加工构成体外部的环境电子连通。

本发明还包括根据请求保护的方法制成的制品。这种制品包括例如薄膜、包装等。

图15示出请求保护的发明的非限制性描述。在该图中，基底(1)具有设置在顶部的湿涂层材料(2)。然后将流体(4)中的颗粒(3)设置在湿涂层材料的顶上。除去或蒸发流体(4)，对湿涂层材料(2)进行干燥、固化或以其它方式使之达到最终形式。不受任何具体理论的束缚，颗粒通过压力、重量、梯度场或其它力的作用至少部分地嵌入基底(1)顶上的涂层(2)。颗粒可适当地牢固嵌入最终的涂层材料当中。颗粒、涂层和基底的相对尺寸仅是说明性的，并不用于以任何方式限制请求保护的发明的范围。

实例：表面增强的训练设备

具有增强特性的减震垫适用于训练和娱乐设备。这种垫可通过掺入各种添加剂得到增强。例如，可以嵌入含银和银离子的颗粒以杀灭微生物和吸收邻苯二甲酸盐/BPA。

其它具有保健益处的颗粒包括活性椰壳/催化碳、活性炭、KDF、火山砂、磁铁矿、陶瓷磁体、Tenko-seki、Bakuhan-ski矿石(麦饭石、石英斑岩)、Taicho-seki、Taicho矿石、石英、硅酸盐。这些颗粒以它们的纯化、清洁和药物特性而受到关注，并且可掺入根据所公开的方法制成的制品中。

还可以嵌入气味吸收颗粒和气味中和颗粒(以消除来自垫材料本身和用垫者的气味)，还可嵌入芳香剂颗粒(使垫具有香味)。可嵌入硬颗粒以便即使在潮湿时也可提高垫的防滑性质。还可嵌入抗微生物添加剂这种颗粒或含有愉快气味物质(例如，桂皮)的流体。

实例：功能性触觉表面

在上文及相关申请中所述的方法可用来嵌入某些能够产生若干“触觉”表面增强的颗粒。采用此方法的一些非限制性例子有用于产生自洁、疏水、疏油和疏脂表面的方法。这些表面可合适地赋予一些特性，如抵抗或减少打滑、磨损、裂缝扩散、断裂、指纹、粘油、粘水、附着脂肪，以及许多其它个人、商业上的和别的有用特性。

一些非限制领域(在这些领域中，这些增强可能是特别重要的)为：将抗指纹、抗油和耐磨颗粒赋予到移动电话、照相机、PDA、手表、眼镜框、眼镜片、光盘、显示器、游戏控制器、键盘、鼠标、窗、绘画作品以及内部和外部汽车涂层的触觉界面塑料表面上面。

适于这些应用的添加剂包括二氧化硅、硅酸盐、矿石、金属氧化物、金属粉末、颜料、聚合物、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、氟硅烷或氟硅氧烷。如上文和相关申请中所述，本发明将这种颗粒嵌入到广泛的天然及合成聚合物当中。

用在纺织品和化妆品行业中的合成及天然聚合物基底包括糖、氨基酸、肽、蛋白质、橡胶和纤维，这些可以是但不限于毛发、毛皮、羊毛、丝、指甲、趾甲、羽毛、亚麻布、棉、生物塑料、亚麻、大麻、黄麻、洋麻、皮革、胶原、角蛋白和几丁质。可以通过上文和相关申请中所述的方法用若干增强物质(包括油墨、闪粉、发光颗粒、荧光颗粒、芳香物质、杀生物元素或除臭剂)将这些材料功能化。

实例：薄膜材料中的化学活性添加剂

本发明适用于对不能通过在先技术方法(如直接掺合添加剂或涂层)官能化的薄膜赋予另外的材料、化学、物理及生物增强特性。向厚膜中直接掺入添加剂颗粒往往是制造极其困难的，而且薄膜顶上的涂层会堵塞薄膜中的孔。这里描述的这种嵌入过程能改进现有方法的一些非限制性例子有燃料电池膜和超滤膜，由请求保护的方法将活性颗粒嵌入到上述膜当中而不堵塞薄膜中的微尺度和纳米尺度孔。

砷是自然存在的无味、无色、对人和动物有剧毒的半金属元素。饮用水中的砷污染是导致数百万人患病有时甚至引起死亡的实际问题。从水中提取砷的一种方法是使用高铁酸盐氧化溶解的砷和铁离子部分，产生不溶的沉淀物砷酸铁。这可以表示为：

上面的反应仅是用于从水中过滤砷的许多方法中的一种。其它的方法包括过滤、蒸馏、电解、电去离子化、沉积、化学处理和渗透。类似地，砷是导致水源不安全的许多污染物中的一种。其它污染物包括的物质如汞、铅、重金属、细菌、寄生虫、病毒、变形虫等。本发明使得能够向聚合物物体表面掺入化学活性分子/颗粒以处理流体。

薄膜生物反应器(MBR)能够以相对低的成本、高质量的流出和小的覆盖区对水进行纯化，并且正在成为前景越来越好的常规生化废水处理的替代方法。MBR包括与超、微或纳滤薄膜系统一体的悬浮生长生物反应器。与MBR有关的最具挑战性的问题是薄膜的成本高，三级流出产物的价值低，以及由薄膜本身污染所致的快速性能损失。

研究结果特别表明，薄膜污染是影响系统性能的最严重的问题，因为污染增加了液压阻力，这会降低渗透通量，或者需要提高跨膜压力。这些导致操作成本增加而效率降低。影响MBR过滤效率的因素包括薄膜特性：孔径、亲水性、表面粗糙度和表面电荷；以及污泥特性：生物质浓度、流变性、颗粒尺寸和结构、胶体浓度、温度和通气性。除了滤饼的形成外，有效孔径的减小或分子量截留是薄膜颗粒污染中常见的。

因此，本发明的一个实施例是产生嵌入颗粒的聚合物物体，其可以是但不限于珠或粒料(下文称粒料)。所述颗粒和/或分子具有主动或被动功能或其它用途，例如但不限于以下所述：抗微生物、抗病毒、抗真菌、抗菌、吸收/吸附汞、吸收/吸附铅、吸收/吸附砷、吸收/吸附溶剂、吸收/吸附重金属、中和毒素等。

这些聚合物粒料会具有给出良好功效的高活性表面积，同时价格便宜，容易处理，而且重量轻。聚合物粒料可适用于流体的处理，特别是水的净化和过滤，方式是使流体接触嵌有活性分子和/或颗粒的粒料。

图13描述表面嵌有化学活性颗粒的聚合物物体(粒料)的示意截面图，其显示由表面嵌有颗粒10的天然、合成或生物聚合物构成的物体9(粒料)。通过使流体接触粒料可以将这些聚合物粒料用于处理、过滤和/或净化流体。要注入聚合物物体表面的化学活性颗粒添加剂包括如下：

铁、铁离子、铁盐、磁铁矿、磁铁矿离子、氧化亚铁、亚铁离子、高铁酸盐、高铁酸盐离子、三价铁、活性炭、氧化铝、氯、碘、催化剂、金属、盐、陶瓷、化学元素、合金、聚合物、复合材料、气体、液体、胶体、悬浮液、乳液、溶剂、芳香剂、除臭剂、碳纳米管、聚合物纳米管、金属性纳米管、半导体纳米管、金属纳米管、绝缘纳米管、纳米线、纳米棒、纳米球、纳米壳、有机金属纳米管、蛋白质、蛋白质复合物、多因素致变色剂、化学致变色剂、热致变色剂、光致变色剂、毒素中和剂、风味物质、芳香物质、化学惰性剂、增溶剂、稳定剂、表面活性剂、传感器或它们的任意组合。

有许多方法可用于使流体与粒料接触。使流体与粒料接触的另一“形状因素”或方法可见于图12。图12描述含表面嵌有化学活性颗粒的聚合物物体的香囊的示意图。这种类型实施例的其它非限制性例子有使用流体透过性或半透过性容器(如“香囊”、小袋、容器、笼、网)或保持容纳的增强粒料并同时允许与所需流体充分接触的其它方法。对于这个实施例，建议使聚合物物体的最小外形尺寸大于流体透过性香囊的孔或洞的最小外形尺寸，以便使增强的聚合物粒料在静止条件下、搅动或热膨胀时不能脱离它们在容器中的限制范围，但这不是必需的。

一个或多个如图12中的化学功能化聚合物珠容纳在香囊6中。同时也示出任选具有细绳7和纸标签8的容器，细绳7和纸标签8也可贴附或不贴附于香囊6，以便让使用者能够最轻松地放置、定位和/或移开香囊。

这个实施例的其它形状因素可包括但不限于让使用者能够最轻松地放置、定位、移开、移动和/或搅动容器的棒、链、细绳、管、线、其它结构或它们的任意组合。类似地，容器可保持不受约束，不必附着于任何结构。

流体透过性粒料容器6的材料可包括但不限于纸、醋酸纤维素、亚麻布、布、棉、聚酯、有机纤维、合成纤维、网、金属/木材/塑料/混凝土/合金/“笼”、铁丝网、金属丝、橡胶笼、织物或它们的任意组合。

所公开发明的另一建议的但非限制性的实施例包括结合于和/或嵌入聚合物珠、管衬和/或用于砷回收的饮水容器的表面的铁基颗粒的具体制备和用途。相比于同等尺寸的大尺寸磁铁矿珠对聚合物珠基底而言，当纳米级和微粉磁铁矿嵌入聚合物珠的表面时，其可对周围液体环境中的砷化合物提供较大的化学活性表面积。

因此本发明避免了使用大块磁铁矿或磁稳定的磁铁矿粉的成本；大段磁铁矿的原材料成本高于同等尺寸的表面嵌有磁铁矿粉的聚合物珠的成本，此外，本发明的基于溶液的表面处理成本极低。这种表面嵌入的聚合物珠可包括但不限于PVC、TPU、ABS、PET、聚碳酸酯、聚乙烯、聚酯、聚苯乙烯或它们的任意组合以及原发明和本文中提到的其它聚合物。可将这些珠放置在水瓶、水化容器或其它容器内部以用于卫生设施、水和/或流体净化之目的。

作为所公开发明的更具体的非限制性实例，将平均尺寸小于约5um的磁铁矿微粒(CAS 1217-61-9、Fe₃O₄、氧化铁(II，III)粉末98％Aldrich)嵌入直径约1cm的TPU粒料(Elastolan and Texin)(粒料的近似长宽比为1)。

通过蒸发除去溶液后，将所得到的具有至少一个磁铁矿颗粒嵌入其中的粒料置入装有砷污染水的瓶中。当这时包含表面嵌有一定量磁铁矿的粒料接触瓶中的水时，磁铁矿能够在一定程度上除去水中的砷。

本发明采用的另一实施例是通过使流体流过具有多个这样的增强聚合物粒料的容器、过滤器、通路、管道、管件或其它这种导管来处理流体。在流体接触粒料的表面并因此接触表面活性分子和/或颗粒时，所以流体将被处理。本发明还包括表面用化学活性分子和/或颗粒增强的容器、过滤器、通路、管道、管件或其它这种导管的用途。

用请求保护的方法嵌入颗粒和/或分子的薄膜可作为质子交换膜用于化学生产中的燃料电池、水过滤膜、流体过滤膜、空气过滤器和催化装置。质子交换膜燃料电池基底材料可以包括微孔全氟磺酸、PTFE共聚物、聚苯并咪唑、聚芳撑、聚(芳醚砜)或它们的任意组合。

本发明的一个非限制性实施例是用于催化应用，其中可以将铂和/或其它金属和合金植入燃料电池中的质子交换膜以催化氢氧化和氧还原。颗粒的嵌入有助于在膜电极组件中生成催化剂层。

这一方法被认为特别适合用在化学惰性的基底上，因此不适用于其它嵌入方法，特别是依赖化学上改性基底的那些方法。因此，本方法能够使颗粒嵌入诸如聚乙烯、聚丙烯、特氟隆(TM)之类的材料。

可以用一些材料来增强超、微或纳滤膜，这些材料包括但不限于：增强材料、自愈性能、抗微生物剂、疏水或亲水剂、表面糙化添加剂、带电或带磁颗粒、防污剂、抗生物膜形成剂或它们的任意组合。这种颗粒和/或分子添加剂可完全或部分地嵌入薄膜表面以改变和/或增强薄膜性能。

本发明的另一非限制性实施例是协助防止薄膜的颗粒生物污染。颗粒污染是微滤和超滤系统中的主要污染形式。可以通过引入带电或离子添加剂、抗微生物剂、疏水或亲水材料和表面平整化学处理剂以减少表面积，由此抑制生物污染、微生物和生物膜在薄膜表面上的粘着和生长。例如，如果污染胶体、粗有机质、微生物或颗粒具有与薄膜表面相同的电荷符号，那么由于静电力的原因，它们将受到薄膜的排斥，从而使总的吸附减少。许多污染胶体和粗有机质在中性和高pH条件下带负电荷，因此可取的是使薄膜带负电。通常可取的是使过滤膜是亲水性的，从而提高渗透性并降低对芳香污染物的亲和力。

本发明的又一非限制性实施例是对薄膜赋予活性功能。例如，采用本申请和之前引用发明中所描述的方法以及其它方法可以使醋酸酯(醋酸纤维素等)布嵌有磁铁矿纳米颗粒或微粒。然后可以将该布作为薄膜用于净化具有重金属污染物(如砷以及许多其它污染物)的水和其它流体。

这种布也可以嵌有多种其它颗粒(如本发明和上面引用的之前发明文件中提到的那些)以防止布的污染和对水中的微生物产生活性影响，如使它们与布结合和/或杀死它们和/或防止它们的附着和/或抑制它们的繁殖。用在本实例中的布可以是任何合成布或薄膜，如由尼龙、聚酯、人造丝、本发明和之前引用的发明文件中引用的任何聚合物以及任何其它聚合物组成的那些。

实例：高级水化储存器

现有的水化储存器存在着渗漏、溢出、穿孔和导致液体漏出容器的其它缺点，这随后会弄湿使用者的背包本身、包内物品和/或使用者。所述包并不限于背包式样的包，也可以是“腰包”、行李袋等。

本发明可用于在用来容纳水化储存器的袋中形成防水或高度耐水的衬里。该衬里可保护包内的物品、包本身以及保护使用者，以免接触漏出包的流体，如水、电解质饮料等。

一个示例性的实施例是吸热蒸发液体以冷却容器和/或其内含物。本发明的非限制性实例是吸湿材料，如放置在水瓶或水化储存器或水容器周围或上面的湿织物。然后，随着材料中水分的蒸发，容器中的热量被吸收，因此使保存在其中的容器内含物冷却。

理想的是在郊游时携带冷水容器，可避免冰融化时的凌乱、冰融化所致的饮料稀释、冷却箱和电冰箱的庞大体积和重量、长时间段内制冷温度的丧失和高成本。这种方便、低成本和通用的蒸发冷却和制冷方法在没有电或电昂贵或供应短缺的场所特别重要。例如把生物医学材料、药物和疫苗运往偏远地区通常需要冷藏，这对现有供给具有挑战性。

所公开的自冷装置的一个独特和创造性特征是可以使多孔蒸发冷却层嵌有功能性抗微生物颗粒，尽管不必确实如此。

多孔壁能够通过受控制的蒸发提供冷却，但这对于具有整体式无孔表面的容器是不可能的，因为整体式容器不能通过溶液或扩散穿过其表面运输水分。多孔材料内部的小孔用作有效运输水分或蒸汽的通道。因此整个薄膜的冷却效果更加均匀和显著，这实现了在热梯度存在下更均匀的蒸发分布。

薄膜的渗透率是水的最大蒸发冷却的关键性决定因素，正比于水分或蒸汽传输速率。渗透率是扩散系数与溶解度系数的数学乘积。与这种多孔蒸发冷却薄膜相关的严重问题是污染的可能性，其中与薄膜接触的来自空气、污垢、雨水或泥土中的细菌、病毒、霉菌和真菌可通过孔扩散或运输，甚至由于薄膜的潮湿环境而繁殖。注入薄膜表面的杀生物剂可改善这种有害微生物生长的情况。此外，多因素致变色剂也可注入薄膜以表示环境中的温度、生物元素、毒素、病原体、污染物、光强度、机械应力、应变、其它因素以及它们的组合方面的变化。

由于冷却装置整合在水袋的表面上，因此可通过从袋中伸出的吸管或软管吸取水化储存器中的流体，不用从冷却装置上取下水化储存器。

水袋可包括至少两(2)层。水袋的材料包括任何聚合物或含水材料。水化储存器和蒸发层的这些材料可以是柔性或刚性的、天然或合成的，包括但不限于：

热塑性塑料、热固性材料、弹性体、热塑性弹性体、聚氨酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酯、共聚酯、聚苯乙烯、尼龙、特氟龙、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯共聚物、聚醚氨酯、聚(富马酸丙二醇酯)、聚丁烯、聚甲基戊烯、乙烯共聚物、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯四氟乙烯、氟化乙烯丙烯、聚全氟烷氧基乙烯、聚二氯乙烯、糖、氨基酸、蛋白质、橡胶、天然纤维、合成纤维、活组织、死组织、蜡、聚烯烃、玻璃纸、铜铵、棉纤维素、纤维胶、竹、生物衍生的聚乙烯、粗麻布、帆布、椰壳纤维、棉、亚麻、大麻、黄麻、洋麻、纸莎草、纸张、羊皮纸、聚酰胺、聚乳酸塑料、聚-3-羟基丁酸酯聚酯、酒椰、米、剑麻、淀粉、淀粉基塑料、纤维素、醋酸纤维素、木材、硝酸纤维素或它们的任何单体、共聚物、组合、共混物或复合物。热塑性塑料(如聚乙烯)被认为是特别合适的。

冷却剂合适的是水，但也可以是水蒸气、蒸汽、水、冰、氦、氮、二氧化碳、六氟化硫、油、溶剂、液体、矿物油、硅油、防冻剂、碳氟化合物油、氟利昂(TM)、醇、丙酮等。

蒸发层包括多孔膜，其可以是与内部的防水水化储存器材料接触的外层。该薄膜有助于跨膜的水运输以及蒸发。

一种替代性的设计是水化储存器与蒸发层实质上并不在彼此的顶上整合起来，但是蒸发层通过毛细管通道与水化储存器连接，这使得能够将冷却剂从水化储存器周围的层运输到不与水化储存器直接接触的区域。优选但非限制性的实施例是

图10描述了示例性的冷却水化储存器。水化储存器本身2的防水材料(不包括蒸发层)封装容纳在区域1中的流体。使用者可经由通过吸管或软管5导出流体的开口4吸出流体。卫生管嘴6可包括能用抗微生物剂处理的阀或帽。用冷却剂浸泡内部水化储存器材料2周围的蒸发层3，以便当冷却剂蒸发时从内部的水化储存器内含物中吸热，由此冷却内含物。

冷却剂蒸气可以从所有表层3直接蒸发，或者该层外面另外的不渗透蒸气的薄膜可通过毛细管通道7将蒸气导出，该毛细管通道7与薄膜3接触，并允许冷却剂渗透到毛细管通道内而到达另一薄膜8，该薄膜8可位于容纳整个水化储存器的背包的外部。这种装置适用于水化储存器被置于背包内部之内的情况，当冷却剂从薄膜3蒸发并在背包内冷凝时，背包内部的其它物品不会被弄湿。

此外，当蒸发薄膜8在背包外部，而且背包外部的环境温度可能高于背包内部的温度时，更容易促进蒸发。来自背包外部的热量可通过对流、传导或辐射的方式传递至蒸发薄膜8，比直接传递至蒸发薄膜3有效，这将加速冷却剂的蒸发。例如，强阳光照射到背包的外部可更容易地加热蒸发薄膜8，因为这可能位于面向环境光源的背包外部。

蒸发冷却薄膜3、7和8可包含毛细孔或通道，和/或注以包含杀生物剂和/或多因素致变色剂的添加剂。周围的材料2也可注以抗微生物剂。

实例：光学和眼镜材料增强

本发明能够增强的表面的一些非限制性例子包括聚碳酸酯、Trivex、高指数、亚克力和乙二醇二烯丙基二碳酸酯(CR-39)聚合物，这些是用在常规眼镜片中的标准材料。醋酸纤维素、尼龙、聚酰胺、丙酸纤维素、Kevlar、optyl、聚碳酸酯、木材、皮革、共聚酰胺复合物和碳纤维石墨复合物以及用在塑料眼镜或其它镜框中的其它材料可通过本发明在功能上得到改良。发光剂、抗菌剂、颜料、抗静电剂、抗划剂、抗指纹剂、防雾剂、抗UV剂、调色剂、抗反射剂、抗IR剂、高反射镜、滤光器、芳香剂、除臭剂、树脂、润滑剂、增溶剂、稳定剂、表面活性剂、光致变色剂或荧光剂。

作为一个非限制性实例，光致变色眼镜片的常规制造方式是，在镜片的整个本体上掺入氯化银或卤化银。然而，该方法的主要缺点是不得不处理乙二醇二烯丙基二碳酸酯的聚合化学，该物质是最广泛用于生产塑料眼镜片的单体。该单体聚合后，聚合催化剂(通常是过碳酸异丙酯)抑制光致变色染料的光致变色特性，使得难以将这些染料直接掺入到有机材料镜片中。因此本方法可以将光致变色材料嵌入镜片塑料中而不需进行热处理。

实例：用于智能材料的多因素致变色添加剂

如上文和相关专利申请中所述，本发明公开了将添加剂颗粒、液体或气体嵌入或注入聚合物表面的方法，其中所述添加剂可响应环境变化或刺激而改变颜色。

一些非限制性实例是，当暴露于热、机械、电、磁、光、化学、生物或放射性变化或刺激之后，多因素致变色剂将经历电磁吸收、散射或反射频率和/或波幅的转变。可见光谱中的变化最为有用，因为其无需后续设备进行观察。

本发明所赋予的一种优点在于该方法为简单、有成本效益的后制造方法，其比现有的制造方法有了大幅度的改进。用于形成掺有多因素致变色染料的聚合物的现有制造方法包括挤出、压延、注射模制、传递模制、压缩模制、溶液浇注、吸附、吸收、涂布等。然而，这些方法劳动强度大，并且可能与多因素致变色添加剂不相容。

多因素致变色添加剂的一些非限制性应用包括包装材料，其中这种材料可用于显示变质物、毒素、病原体、温度、辐照、机械应变等的存在。多因素致变色添加剂的消光性或反射频率的许多变化会导致可见的颜色变化，这可由消费者立即识别。添加剂的非排他性列举包括多因素致变色剂、化学致变色剂、压致变色剂、热致变色剂、水致变色剂、辐射致变色剂、电致变色剂、磁致变色剂、光致变色剂或它们的任意组合。

多因素致变色剂(即，压致变色剂、化学致变色剂、光致变色剂、磁致变色剂、应力致变色剂、辐射致变色剂、热致变色剂)尤其包括聚烷基苯并吲哚啉螺萘并噁嗪、3-羟基丙腈、3，3′-氧二丙腈、2-乙酰基丁内酯、2-甲基戊二腈、3-甲基环丁砜、苯并吲哚啉螺吡喃、三芳基甲烷隐色染料、金属双硫腙盐、1′，3′-二氢-1′，3′3′-三甲基-6-硝基螺(2H-1-苯并吡喃-2，2′-(2H)-吲哚)、结晶紫、甲酚酞、溴甲酚绿、甲基红、百里酚酞、孔雀绿、茜素红、焰红B、螺(异苯并呋喃-1(3H)，9′-(9H)呫吨)-3-酮、2′-(二苯甲基)氨基-6-(二乙氨基)、结晶紫内酯、蔷薇苯胺(3，3-双(4-氨基-苯基)-6-氨基苯酞、3，3-双(4-二甲基氨基苯基)-6-二甲基氨基苯酞、2-苯胺基-3-甲基-6-二乙基-氨基荧光母素、3-(4-二甲基氨基)苯基-3-(二(4-辛基)苯基氨基)t-(3H)-异苯并呋喃酮、3，3-双(1-丁基-2-甲基吲哚-3-基)苯酞、双-2，4，5-三芳基咪唑的三芳基咪唑二聚物：2，2′，4，4′5，5′-六苯基双咪唑；2，2′，4，4′5，5′-六-对-甲苯基双咪唑；2，2′，4，4′5，5′-六-对-氯苯基双咪唑；2，2′-二-对-氯苯基-4，4′，5，5′-四苯基双咪唑；2，2′-二-对-甲氧苯基-4，4′，5，5′-四苯基双咪唑；2，2′-二-对-甲苯基-4，4′，5，5′-四苯基双咪唑、半日花酮、中位萘并二蒽酮、双四苯基吡咯、呫吨基亚基蒽酮、二亚呫吨、二蒽酮、俘精酸酐、三芳基甲烷隐色氰化物、三芳基甲烷隐色氢氧化物、三芳基甲烷隐色亚硫酸氢盐、卤化银、噁嗪、萘并吡喃、硝基螺吡喃、三芳基甲烷、芪类、氮杂芪、硝酮、俘精酸酐、螺吡喃、萘并吡喃、螺-噁嗪、奎宁、六芳基双咪唑等。

建议但非限制性的相关聚合物基底包括饮料容器、包装材料、瓶子等。这种物品可具有合成的或天然的聚合物组成。

实例：特殊、新型的新颖性材料

采用上文和相关专利申请中所述的方法可使制造特殊新颖性材料的方法更为实际。作为非限制性实例，超疏水或超亲水材料适用于在干燥条件下聚集水分和形成防雾表面。

另一非限制性实例为将化学致变色颗粒嵌入水瓶、包裹、囊袋或杯体的塑料或橡胶当中，使得颗粒在接触存在于水中的化学或生物引发剂期间改变颜色。

作为另一实例，嵌入纳米结构的聚合物纳米复合材料使初始聚合物在结构、光学、阻燃性、化学和电子方面具有极大的改善。如上文和相关专利申请中所述，本发明提供了对现有的聚合物纳米复合材料合成方法的改进和/或替代。

实例：半导体器件和相关方法

用于生长高纯晶体或高度受控膜尺寸以实现足够载流子寿命的高真空沉积程序的速度缓慢，因此光伏(PV)器件和燃料电池聚合物膜的内在成本仍居高不下。本发明可在有成本效益的方式、单一步骤、室温和压力条件下表面嵌入及表面掺合添加剂颗粒和分子，从而提供对现有半导体修饰技术的改进。

基于在供体-受体界面激子解离的光伏电池的外量子效率为：

EQE＝A    ED    CC，

其中A为吸收效率，ED为激子扩散效率或在复合前到达供体-受体界面的光生激子的比例，CC为载流子收集效率或自由载流子到达其对应电极的概率。由于激子扩散长度的数量级通常比光吸收长度小，因此相当比例的光生激子未用于产生光电流，从而限制了EQE和能量转换效率。通过所公开的方法嵌入有机电子材料表面中的夹杂物(例如)能够调节物体表面的介电常数、消光性、吸收性、传导性、极化性、磁化和/或光学性质。

有机半导体具有多种与其无机对应物类似的重要性质，因此可用于光发射、光吸收和转换应用。例如，结晶聚合物显示出的电子谱带与无机半导体中的电子谱带类似。此处所述的本发明能够以简单、具有成本效益且易于采用的方式将颗粒掺杂和/或注入到有机半导体材料的表面中。

有机光伏器件(OPV)由涂布法形成，如旋涂或喷墨印刷有机半导体材料(如聚合物和小分子化合物)的薄膜。OPV能够覆盖大面积和柔性塑料基底，其代表了对传统的第1代和第2代光伏电技术的有前景的成本效益型替代技术。越来越多的学术、工业和商业研究表明，将添加剂结构体掺入光伏电池的半导体结和/或光敏层可提高其光伏效率。分散在光伏电池的整个光敏层中的碳纳米管增强了在有助于激子分裂及载荷子传输的半导体结处的定域电场。

分散在聚合物基体中的共轭聚合物(作为电子供体)与碳纳米管和其它富勒烯衍生物(作为电子受体)之间的光致电荷转移使OPV器件具有显著更高的效率。此增强作用归因于增加激子解离的内部聚合物-纳米管结以及在整个复合材料中的平衡的双极传输。用作光激电子供体的聚(3-辛基噻吩)(P3OT)的复合材料已与SWNT共混，这使得能够进行光生激子的电荷分离，并随后通过将载流子沿纳米管长度传输至其各自的电子和空穴收集触点进行电荷转移。制造OPV器件的一种常用方法涉及将ITO旋涂到玻璃基底上，将PEDOT:PSS旋涂到ITO基底的顶部上，并随后旋涂P3OT-SWNT于氯仿中的溶液来作为光敏层。相比单片二极管而言，聚合物-纳米管结的存在能够使通过器件的光电流增加超过两个数量级，并且使开路电压加倍。纳米管可设置在聚合物表面内，用以形成可导电的纳米管网络。

本发明提供了对多结PV电池的替代处理方法，这些多结PV电池采用的是各种带隙的半导体纳米线或其它纳米结构的横向阵列，作为将光能转换为电能的元件。多结PV器件采用过滤和吸收不同光谱部分的入射辐射的多种材料的叠层，从而实现70％-80％的单波长转换。薄膜存在的问题包括光激子在收集载流子之前复合。纳米级异质结和结构可通过阱来减弱这种复合。可通过气-液-固(VLS)法或溶胶-凝胶方法生长这些纳米结构，这两种方法在低成本工业制造中均可采用。Si、Ge、TiO₂和III-V半导体是可用于捕集太阳光谱辐射的候选材料。将半导体纳米结构沉积在纳米结构化金属电极阵列的顶部，该结构化金属电极阵列还用作横向聚光器以增强光敏纳米复合材料单层中的光吸收。

碳纳米管为碳的同素异形体，其具有可用于纳米技术、光学、电子学、高级材料、过滤、电池等诸多应用的许多种新颖的性质。此类性质包括极高的导热率、冲猾导和优异的机械强度。碳纳米管的能带结构主要取决于管的直径，因此有可能通过控制合成方法来调节光学性质和电子性质。纳米管的半导体性和金属性也取决于其分子构型和结构。将纳米管分布在聚合物基体内的多种方法是本领域中已知的，这些方法包括(1)纳米管聚合物的溶液混合；(2)声处理和熔融处理；(3)熔融共混；(4)在纳米管存在的情况下进行原位聚合。但由于这些方法具有内在缺点，因此本发明的方法适用于嵌入碳纳米管。

本发明适用于多种类型的器件，包括但不限于经溶液处理的电子器件和光电器件，已知与常规的外延生长、晶格匹配的晶体半导体器件相比，这些器件的成本低、器件面积大、具有物理柔性且材料集成方便。本发明还适用但不限于类似激子太阳能电池的器件，包括有机电池、有机-无机混合电池和染料敏化电池(DSC)。DSC是效率极高且稳定的激子光电池，其依赖于大表面积和厚纳米颗粒膜以吸附聚光分子。

添加剂颗粒或分子可包括但不限于各在分散相中的固体颗粒、液体或气体中的一种或其组合，该分散相相对于分散介质的连续相来说是明显、半明显或不明显的。此(多种)添加剂和溶液可以是(但不限于)均匀混合物、非均匀混合物、溶液、悬浮液、胶体、气溶胶、溶胶、乳液或凝胶，以受控的方式或以统计分布的方式包含在聚合物基底表面内或可分配在聚合物基底表面上。

聚合物基底可包括几乎任何合成的聚合物或复合材料。这些聚合物或复合材料包括但不限于下列材料以及上文引用的原申请中提及的那些材料：

热塑性材料、热固性材料、弹性体、并五苯、聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)(PEDOT)、聚(苯乙烯磺酸)(PSS)、聚(3-己基噻吩)(P3HT)、聚(3-辛基噻吩)(P3OT)、聚(C-61-丁酸-甲酯)(PCBM)、聚[2-甲氧基-5-(2′-乙基-己氧基)-1，4-苯撑亚乙烯](MEH-PPV)、聚烯烃、液晶聚合物、聚氨酯、聚碳酸酯、聚酯、共聚酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)共聚物、四氟乙烯、磺化四氟乙烯共聚物、离聚物、氟化离聚物、聚合物电解质膜、乙烷磺酰氟、2-[1-[二氟[(三氟乙烯基)氧]甲基]-1，2，2，2-四氟乙氧基]-1，1，2，2-四氟-与四氟乙烯、四氟乙烯-全氟-3，6-二氧杂-4-甲基-7-辛烷磺酸共聚物、聚丙烯、聚丁烯、聚异丁烯、聚异戊二烯、聚苯乙烯、聚乳酸、聚乙醇酸交酯、聚乙醇酸、聚己酸内酯、偏二氟乙烯、三氟乙烯、聚(偏二氟乙烯-三氟乙烯)、聚苯撑亚乙烯、铜酞菁、石墨烯、聚富马酸丙二醇酯、玻璃纸、铜铵或它们的任何单体、共聚物、组合、共混物或复合材料。

要注入基底1表面的添加剂可包括但不限于任何以下的材料以及上文引用的原发明中提及的那些材料：

碳纳米管、聚合物纳米管、金属性纳米管、半导体纳米管、金属纳米管、绝缘纳米管、纳米线、纳米棒、纳米天线、纳米球、纳米壳、有机金属纳米管、VAULT蛋白、量子点、掺杂物、光集中和捕获结构、光学硅整流二极管天线、“纳米片”、纳米同轴结构、波导结构、金属纳米晶、半导体纳米晶、多因素致变色剂、化学致变色剂、压致变色剂、热致变色剂、光致变色剂、辐射致变色剂、电致变色剂、硝酸银、汞、磁致变色剂、毒素中和剂、风味物质、芳香物质、催化剂、润湿剂、化学元素、金属、盐类、陶瓷、聚合物、气体、液体、胶体、悬浮液、乳液、增塑剂、溶胀剂、溶剂、氧化钛、抗UV剂、发光剂、抗菌剂、抗静电剂、盐类、铟锡氧化物、山嵛基三甲基氯化铵、椰油酰胺丙基甜菜碱、磷酸酯、苯基乙二醇酯、多元醇、PEDOT:PSS、二壬基萘基磺酸、钌有机金属染料、氧化钛、二氧化钛、抗划剂、石墨烯、铜酞菁、防指纹剂、防雾剂、抗UV剂、调色剂、抗反射剂、抗IR剂、高反射剂、滤光剂、芳香剂、除味剂、树脂、润滑剂、增溶剂、稳定剂、表面活性剂、荧光剂、活性炭、油墨、调色剂颗粒、电路元件、绝缘体、导体、导电流体、磁性夹杂物、电子夹杂物、等离子体激元夹杂物、电介质夹杂物、谐振夹杂物、发光分子、荧光分子、半导体、半导体掺杂剂、腔体、夹杂物、镜片、超材料、冷阴极、电极、纳米锥、量子点、纳米晶、谐振器、传感器、致动器、换能器、电路元件、晶体管、激光器、振荡器、光检测器、光子晶体、共轭聚合物、非线性元件、金属、陶瓷、合金、复合材料、多层体、化学惰性剂、移相结构、放大器、调制器、开关、光伏电池、发光二极管、耦合器；防结块剂和防滑剂：硅藻土、滑石、碳酸钙、二氧化硅和硅酸盐；增滑剂和润滑剂：脂肪酸酰胺、芥酸酰胺、油酸酰胺、脂肪酸酯、金属硬脂酸盐、蜡和酰胺共混物；抗氧化剂：胺类、酚类、有机磷酸酯、硫酯和减活化剂；抗静电剂：阳离子型抗静电剂、季铵、鏻、锍、阴离子型抗静电剂、本征导电聚合物、胺类和脂肪酸酯；杀生物剂：OBPA(10，10′-氧代双吩噁砒)、胺中和的磷酸盐、锌-OMADINE(2-吡啶硫醇-1-氧化锌)、2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮、DCOIT、TRICLOSAN、CAPTAN和FOLPET；光稳定剂：UV吸收剂、二苯甲酮、苯并三唑、苯甲酸盐、水杨酸盐、镍有机络合物、受阻胺光稳定剂(HALS)和镍化物等。显而易见的是，请求保护的方法可将几乎任何颗粒嵌入到几乎任何模制材料中。

上述器件的材料包括但不限于以下材料以及上文引用的原发明中提及的那些材料，这些材料的清单包括：

TiO₂、C、CdSe、CdS、PbS、PbSO₄、SnO₂、ZnO、Si、Ru、As、Ni、Te、In、Pt、Pd、Au、Ag、CdTe、Se、Cd、Pb、S、Sn、Zn、Ge、二硒化铜铟(CIS)、铬、铱、钕、钇、玻璃、二氧化硅、有机荧光染料或它们的任意组合。

实例：制造用于光伏电池的微型聚光器

我们建议采用原发明和本文所述的嵌入方法，将金属纳米线、纳米壳或蝶形天线作为能够改变入射辐射吸收的光学纳米天线嵌入光伏电池或光检测器中。

见于等离子体激元结构中的强场散射截面及增强可提高薄膜太阳能电池中的光吸收以及离子纳米颗粒金属的上转换效率。例如，非晶硅薄膜太阳能电池中的光吸收可提高多达1.5倍。

除了等离子体激元纳米天线的光伏应用外，其它应用包括光子带隙材料、表面增强拉曼光谱(SERS)、波导器件、电磁隐形结构、增强的随机激光作用、谐波产生和医用光学。薄膜非晶硅、微晶硅或有机薄膜顶层的银岛、金属光栅、三角形、锥形或其它纹理化表面通过增强光吸收和上转换而提高器件效率。就上转换器件而言，嵌入与铒离子相邻的膜当中的银纳米岛在银纳米颗粒与铒离子之间的等离子体激元模耦合时提高其光致发光产率。嵌入表面负荷高于电渗透阈值的透明基底中的不规则或图案化金属网可用于制造透明传导电极。

已证实包括微型聚光器镜片的新型硅光伏电池表现出具有显著改善的填充因子。可使用市售的柱面镜片阵列在玻璃衬板上形成PDMS模。然后可将由二氧化硅纳米颗粒、有机硅-环氧树脂和偶联剂形成的光固化型液体倒入PDMS凹模中。可包括透明颗粒(如二氧化硅纳米颗粒)以通过在底层基底与光固化型模之间引入纳米级或微观的粗糙度来进一步提高界面粘附力。可另外施加等离子体激元有源前电极材料以提供光和等离子体激元聚集能力。

注入有机太阳能电池(OSC)的光敏体相异质结层中的二维光子晶体结构提高了器件的量子效率。体相异质结层可为聚噻吩衍生物(TDPTD)聚(3-(2-甲基-2-己基碳酸酯)噻吩-共-噻吩)和[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)，其可进行溶液浇注。然后可将高度柱状的光子晶体阵列嵌入表面。

颗粒可嵌入发光式太阳聚光器(LSC)中的聚合物的表面里。这些颗粒可以为但不限于散射体、光学非线性元件、发光剂、聚光器、纳米天线、纳米管、对接耦合器、镜片、聚焦元件、折射元件、反射镜或促进入射太阳辐射的吸收并将其耦合到LSC内部的波导模当中的其它结构。LSC包含至少一层聚合物片材，其中所述片材的表面含有嵌入的光学元件。如果存在不止一个片材，则可将这些片材通过溶剂粘结在一起以形成层状结构。

已经投入了大量的研究工作，致力于研究嵌入电介质内的金属颗粒的波导、能量耦合及光子-电子集成能力。这些现象造就了一大批新型光子、电子和等离子体激元器件，包括绕射体、布拉格反射镜、亚波长谐振器、光伏电池、纳米天线、传感器、电路元件、光子晶体、开关和发光二极管。以可控方式设置这些添加剂(例如，通过控制含添加剂的流体或溶液的分配)使图案化的颗粒阵列得以实现。

也可以通过采用烧结/加热的方式来熔融离散沉积的嵌入金属颗粒。这也可以通过氧化还原反应实现，该氧化还原反应使离子作为体相金属选择性地沉积到嵌入颗粒上，从而使它们生长并熔融在一起。

实例：冷阴极器件

上文和相关专利申请中所述的方法可用于制备冷阴极或电子源。完成此项目的一种值得注意的方式是将纳米锥嵌到聚合物基底上，该聚合物基底是导电的，或者通过使用诸如有机分子的添加剂或其它添加剂使其成为导电的。

可以采用本专利申请、其它引用的专利申请以及其它文献中所述的技术和方法以随机的方式或以图案化的形式(例如，形成阵列)沉积纳米锥，由此实现自纳米锥的阴极发射(据推测源于所述锥的暴露顶点)。应特别选择纳米锥，因为其形状有利于在嵌入基底后暴露“尖”角。也能导致暴露“尖”角的其它形状(如纳米立方体、纳米星(星放射状颗粒)、带尖顶颗粒等)均可应用于请求保护的本发明中。

实例：流体施加方法

现有的微电子及纳米电子器件制造和处理方法通常采用在真空室中进行基于溶液的喷射沉积，从而将可赋予附加的化学、机械、电子或光学功能的涂层、材料、流体和/或颗粒施加到基底上。本文所公开的本发明提供了针对纳米电子器件的制造和处理的现有喷射沉积技术的替代性或互补性的单步骤、低成本方法，从而控制或改进诸如雾化流体液滴尺寸和分布之类的特性。

非限制性实例1：表面等离子体激元是光激发条件下在金属表面上的自由电子激发；许多半导体及有机半导体系统现采用等离子体激元无源和有源材料。采用本文所述的嵌入方法(或全文以引用方式并入本文中的相关专利申请中描述的聚合物软化方法)、嵌入颗粒、分子等(如纳米线和纳米锥)以形成无源光学纳米天线，该纳米天线可改变或改进入射到OPV中的辐射、光子和/或光的吸收。

非限制性实例2：本发明公开的方法能够将TiO₂颗粒中间层嵌到OPV当中和/或OPV上面。这种颗粒和层能够减少复合损耗，大幅度提高器件效率(提高多达160％)。TiO₂光阻挡层在(例如)有机染料敏化太阳能电池中是有益的。

非限制性实例3：本发明所公开的方法可应用于发光式太阳聚光器(LSC)。在一些实施例中，聚合物软化溶液(描述于以引用方式并入本文的相关专利申请中)能够暂时改变聚合物基底表面，以便可以将颗粒嵌入LSC中的聚合物表面。这些颗粒可以为但不限于散射体、聚光器、纳米天线、纳米管、对接耦合器、镜片、聚焦元件、折射元件、反射镜或促进入射太阳辐射的吸收并将其耦合到LSC内部的波导模中的其它结构。通过将颗粒夹杂物嵌入聚合物表面而对聚合物进行的这种基于溶液的处理可改变材料的表面阻抗、表面电导率、折射率、消光性和/或光学透明性，使得器件性能得以改善。

非限制性实例4：本发明的另一方面可包括使带静电的聚合物膜接触到碳纳米管的方法。这些纳米管通过静电相互作用附着并嵌入聚合物膜，以得到负载在聚合物基底上的具有随机或确定排列的纳米管。随后，可将由导电材料制成的触点或若干触点沉积在聚合物膜上，使一些纳米管与导电触点进行物理接触。

连接两个不同触点的纳米管可参与光电导，因为光生电子-空穴对可从纳米管中自由逸出并复合，产生可流经连接纳米管两个触点的电路的其它部分的光电流。如果一个触点由逸出功低于(高于)纳米管的逸出功的材料构成，就会形成电子(空穴)的肖特基势垒。可将结材料内部的纳米管在嵌入前绝缘，以防止电子空穴复合。作为另外的选择，可用等离子体激元材料涂布纳米管以调节纳米结构的光学性质和效率。

已证实多壁碳纳米管(MWCNT)可用作光学纳米天线，其具有增强光电器件性能的能力。可通过等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)以低成本的方式大规模制造MWCNT。可将纳米天线的带宽调节至跨越整个太阳光谱，或窄化成只接收或发射窄范围的频率。

非限制性实例5：已报导将汞和/或硝酸银嵌入或注入PV电池的半导体材料可增强过后释放给太阳能电池的入射能量的吸收，从而延长发电时间。另外，可将透光颗粒分散、嵌入、注入或掺入到单结或多结PV电池的半导体层中以促进器件内的光的波导。

可采用本发明中概述的方法将这些化合物连同许多其它化合物、分子和/或颗粒一起沉积并随后嵌入半导体层。这些透光颗粒材料可包括但不限于光性方解石、翻滚透明石英、彩色石英、透明赫基蒙水晶(Herkimerdiamond)、金刚石、赛黄晶、方解石、白云石、钙沸石、紫锂辉石、微晶、玻璃、金属和透光的人造晶体材料。作为另外的选择，这些透光颗粒可用作纳米聚光器元件，这些元件能够将光能聚焦或聚集到半导体结处的小空间区域中。

非限制性实例6：对在柔性塑料或金属箔滚筒上制造的电子器件进行连续卷式加工能够进行大面积半导体器件的大规模生产。基底可包含随后通过标准光刻技术图案化的聚合物光致抗蚀剂。与传统的半导体器件的制造方法相比，这种方法可大幅度节约成本。涉及本发明的这种溶液可用于制造OLED、有机薄膜、OPV电池、无机PV电池，它们的制造步骤的中间步骤涉及聚合物光致抗蚀剂、发光式太阳聚光器等。这里概述的方法与现有技术(例如，通过连续卷式加工将纳米颗粒油墨沉积到聚合物基底上)相容。

实例：聚合物掺杂物

本发明还描述用掺杂物使绝缘聚合物、半导体聚合物和金属聚合物功能化的替代方法。这些掺杂物可包含至少一种电子受体(或电子接受基团)，以诱导或提高聚合物的载荷子迁移率或电导率。掺杂物还可以包含至少一种电子供体(或电子供给基团)。掺杂物可包括任何聚合物、有机金属化合物、络离子、金属、导体、晶体、电介质、半导体或它们的组合。掺杂物组分可形成混合物、溶液、分散体或共混物。通过化学或电化学方法，氧化剂会诱导聚合物的p型掺杂，而还原剂诱导聚合物的n型掺杂，从而产生移动载荷子。

这种技术可用于包括以下在内的各种器件：半导体、电导体、光电导体、光学器件、电子器件、场效应晶体管、集成电路、薄膜晶体管、平板显示器、射频识别标签、有机发光二极管、电致发光元件、液晶显示器、光伏器件、传感器、致动器、电极、电池、电子摄影装置、抗静电胶片或它们的任意组合。

导电聚合物(如聚苯胺、聚噻吩或聚呲咯)可在凹版印刷、凸版印刷和喷墨印刷技术中用作油墨。可将另外的掺杂物材料掺入导电聚合物中以调节其导电性。行业中已证实在聚合物基底上采用聚苯胺和聚噻吩图案的高速连续卷式法能够使各种电路元件、染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池得以实现。

实例：电子油墨和透明传导电极

在(例如)抗反射涂层和半导体器件中，铟锡氧化物(ITO)是常用于透明电极的高性能材料。目前世界范围内的铟短缺导致具备竞争力的替代技术很有吸引力，如碳纳米管聚合物薄膜或纳米复合材料。本发明可用作单步制造技术，以将微粒和纳米颗粒(如碳纳米管和纳米纤维)嵌入用作透明电极、电子油墨器件和聚合物掺杂的聚合物基底的表面。

在许多柔性电子和/或光学器件的制造过程中，电活性层或光敏层通常沉积在柔性塑料基底的顶部。本发明提供将要沉积的一些添加剂表面嵌入到下面的基底当中的方法，用以减小层的总厚度和改善沉积层与基底界面之间的化学及物理相容性。

实例：照明和光学传感

量子点由于其超强的光稳定性、亮度、宽激发、窄发射、长荧光寿命和多路传输的原因而越来越多地用于固态照明、光伏、生物传感和纳米电子应用中。许多量子点具有接近100％的产率，从而使其比有机荧光团亮数千倍且更敏感。可将量子点或其它纳米结构散射体嵌入聚合物基底的表面，用以改变穿过聚合物基底的电磁辐射的频率或波幅。例如，LED的塑料壳体中可嵌入CdSe量子点(大约1.5nm的直径)，这样可改变入射辐射的频率，从而以变换的频率范围进行发射，适用于改变LED的颜色。同样可以改变整个电介质片，使之包含表面嵌入的纳米结构散射体，从而改变入射的UV辐射以发出可见光。

可采用本发明公开的方法将半导体纳米晶发射体和/或闪烁体嵌入聚合物基底作为电磁辐射源以代替其它发射体(如磷光体)。半导体纳米晶发射体具有特征性窄带发射。也可通过改变纳米晶的尺寸、周围介质、几何形状和与膜中其它谐振元件的配置而在整个光谱范围内对此频带进行功能调节。

Claims (152)

1.一种制备模制品的方法，所述方法包括： 

对模制型体的至少一部分施加包含颗粒群的流体，所述颗粒群包括至少一个特征尺寸在约0.1nm至约100微米范围内的颗粒； 

通过应用梯度使所述颗粒的至少一部分紧贴所述模制型体，其中所应用的梯度为电场、磁场、化学梯度、流体流、压力梯度或它们的任意组合；和 

使用经处理的模制型体模制加工构成体，以便使至少一个颗粒至少部分地或牢固地嵌在所述加工构成体中。 

2.根据权利要求1所述的方法，还包括通过混合将所述颗粒群设置在所述流体中。 

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述流体包括气体、液体或它们的组合。 

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述流体包括有机溶剂、无机溶剂或它们的任意组合。 

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述流体包含离子。 

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述流体包含挥发性组分。 

7.根据权利要求1所述的方法，还包括在模制前移除所述流体的至少一部分。 

8.根据权利要求1所述的方法，其中在模制前不移除所述流体。 

9.根据权利要求7所述的方法，其中通过加热、抽吸、真空或它们的任意组合的方式移除所述流体。 

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述流体包含至少一种能够至少部分地抑制颗粒间团聚的试剂。 

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒群本身可分散在所述流体中。 

12.根据权利要求1所述的方法，其中施加所述流体包括喷涂、旋转浇注、浸涂、滴涂、流动、滚涂、印刷或它们的任意组合。 

13.根据权利要求1所述的方法，其中施加所述流体包括淋涂。 

14.根据权利要求1所述的方法，还包括使所述模制型体和所述流体中的至少一者相对于另一者移动。 

15.根据权利要求1所述的方法，其中将所述流体与表面活性剂、增稠剂或它们的任意组合合并。 

16.根据权利要求1所述的方法，其中将所述流体与分散剂、润湿剂或它们的任意组合合并。 

17.根据权利要求1所述的方法，其中基本上所有所述颗粒具有约0.1nm至约100微米范围内的截面尺寸。 

18.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒群包括具有不同尺寸的颗粒、包含不同材料的颗粒或两种情况兼而有之。 

19.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个的特征在于其为球形、圆柱形、管状、立方体、类球体、或锥体。 

20.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括杀生物剂。 

21.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括导体。 

22.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括半导体。 

23.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括催化剂。 

24.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括荧光剂。 

25.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括调味剂。 

26.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括生物分子结合剂。 

27.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括化学粘结剂。 

28.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括标记。 

29.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括润滑剂。 

30.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括芳香剂。 

31.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括化学物质、生物分子或电磁辐射的吸收剂。 

32.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括化学物质或生物分子的吸附剂。 

33.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括电磁辐射的散射体。 

34.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括造影剂。 

35.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括放射性试剂。 

36.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括阻燃剂 

37.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括多因素致变色剂。 

38.根据权利要求1所述的方法，其中至少一个所述颗粒包括抗微生物剂。 

39.根据权利要求1所述的方法，其中至少一个所述颗粒是导电的，并且包括金属、导电聚合物或它们的任意组合。 

40.根据权利要求1所述的方法，其中至少一个所述颗粒是导电的，并且包括金属氧化物。 

41.根据权利要求1所述的方法，其中至少一个所述颗粒完全嵌入到所述制品中，但定域在所述制品的表面附近。 

42.根据权利要求1所述的方法，其中至少一个所述颗粒部分嵌入到所述制品中，和从所述制品的表面伸出。 

43.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒从所述制品的表面平均伸出约0.1nm至约1cm。 

44.根据权利要求1所述的方法，其中所述加工构成体的不到5%的表面面积被嵌入的颗粒占据。 

45.根据权利要求1所述的方法，其中所述嵌入的颗粒中相邻的颗粒彼此接触。 

46.根据权利要求1所述的方法，其中所述嵌入的颗粒中相邻的颗粒彼此分开平均约0.1nm至约100微米。 

47.根据权利要求1所述的方法，其中嵌入所述加工构成体的颗粒的特征在于是单分散的。 

48.根据权利要求1所述的方法，其中嵌入所述加工构成体的所述颗粒基本上均匀地分布在所述加工构成体的表面面积上。 

49.根据权利要求1所述的方法，其中所述加工构成体的硬度大于嵌入颗粒的硬度。 

50.根据权利要求1所述的方法，其中使所述颗粒紧贴所述模制型体包括通过范德华力使所述颗粒的至少一部分紧贴所述模制型体。 

51.根据权利要求1所述的方法，其中所述梯度促动至少一个所述颗粒。 

52.根据权利要求1所述的方法，其中使所述颗粒紧贴所述模制型体包括对所述模制型体和所述颗粒中的至少一者施加电荷，使得所述颗粒的至少一部分紧贴所述模制型体。 

53.根据权利要求1所述的方法，其中使所述颗粒紧贴所述模制型体包括将所述模制型体电接地和对所述颗粒施加电荷这两种方式中的至少一种，使得所述颗粒的至少一部分紧贴所述模制型体。 

54.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒通过磁力吸引到所述模制型体上，使得所述颗粒的至少一部分紧贴所述模制型体。 

55.根据权利要求1所述的方法，其中所述加工构成体包括单体、聚合物、金属、陶瓷或它们的任意组合。 

56.根据权利要求1所述的方法，其中所述加工构成体包括合金。 

57.根据权利要求1所述的方法，其中所述模制型体包括滚筒，且其中模制所述加工构成体包括使所述滚筒接触倚靠所述加工构成体，使得所述颗粒的至少一部分嵌入所述加工构成体。 

58.根据权利要求1所述的方法，还包括通过流动、搅动或它们的任意组合的方式将所述颗粒群设置在所述流体中。 

59.根据权利要求1的方法，其中所述流体包括超临界流体。 

60.根据权利要求1的方法，其中所述流体包括非极性溶剂、极性非质子溶剂、极性质子溶剂或它们的任意组合。 

61.根据权利要求1的方法，其中所述颗粒中的至少一个的特征在于其为无定形、晶体、或它们的组合。 

62.根据权利要求1所述的方法，其中至少一个所述颗粒包括碳纳米管、纳米线、石墨烯、并五苯、富勒烯或它们的任意组合。 

63.根据权利要求1所述的方法制备的制品。 

64.根据权利要求63所述的制品，其中所述制品包括薄膜。 

65.一种改进涂层材料的方法，所述方法包括： 

对设置在基底上的湿涂层材料施加包含颗粒群的流体，所述颗粒群包括至少一个特征尺寸在约0.1nm至约100微米范围内的颗粒；和 

干燥所述湿涂层材料以得到带涂层的制品，其中所述颗粒中的至少一个至少部分地嵌入所述干涂层材料的表面。 

66.根据权利要求65所述的方法，其中所述湿涂层材料包含聚合物和玻璃中的至少一者。 

67.根据权利要求65所述的方法，其中所述颗粒中的至少一些在施加期间悬浮在所述流体中。 

68.根据权利要求65所述的方法，其中所述流体软化所述湿涂层材料，从而有助于使所述颗粒嵌入所述表面。 

69.根据权利要求65所述的方法，其中当对所述湿涂层材料进行施加时，速度使所述流体中的所述颗粒冲击所述湿涂层材料，从而有助于将所述颗粒嵌入所述表面。 

70.根据权利要求65所述的方法，其中所述湿涂层材料包括可交联的涂层，且其中干燥所述湿涂层材料包括使所述可交联的涂层交联。 

71.根据权利要求65所述的方法，其中所述湿涂层材料包括凝胶。 

72.根据权利要求65所述的方法，其中所述湿涂层材料包括半固体。 

73.根据权利要求65所述的方法，还包括通过混合将所述颗粒群设置在所述流体中。 

74.根据权利要求65所述的方法，其中所述流体包括气体、液体、超临界流体或它们的组合。 

75.根据权利要求65所述的方法，其中所述流体包括有机溶剂、无机溶剂或它们的任意组合。 

76.根据权利要求65所述的方法，其中所述流体包含离子。 

77.根据权利要求65所述的方法，其中所述流体还包括表面活性剂、稳定剂或它们的任意组合。 

78.根据权利要求65所述的方法，其中所述流体还包括盐。 

79.根据权利要求65所述的方法，其中所述流体包含挥发性组分。 

80.根据权利要求65所述的方法，还包括在所述湿涂层材料干燥前移除所述流体的至少一部分。 

81.根据权利要求80所述的方法，其中通过加热移除所述流体。 

82.根据权利要求80所述的方法，其中通过抽吸移除所述流体。 

83.根据权利要求80所述的方法，其中通过真空移除所述流体。 

84.根据权利要求65所述的方法，其中所述流体包含至少一种能够至少部分地抑制颗粒间团聚的试剂。 

85.根据权利要求65所述的方法，其中所述颗粒群本身可分散在所述流体中。 

86.根据权利要求65所述的方法，其中所述流体的特征在于其为所述湿涂层材料的溶剂。 

87.根据权利要求65所述的方法，其中施加所述流体包括喷涂、旋转浇注、浸涂、滴涂、流动、滚涂、印刷或它们的任意组合。 

88.根据权利要求65所述的方法，其中施加所述流体包括淋涂。 

89.根据权利要求65所述的方法，还包括使所述基底和所述流体中的至少一者相对于另一者移动。 

90.根据权利要求65所述的方法，其中基本上所有所述颗粒具有在约0.1nm至约100微米范围内的截面尺寸。 

91.根据权利要求65所述的方法，其中所述颗粒群包括具有不同尺寸的颗粒、包含不同材料的颗粒或两种情况兼而有之。 

92.根据权利要求65所述的方法，其中至少一个所述颗粒的特征在于其为球形、圆柱形、管状、立方体、类球体、或锥体。 

93.根据权利要求65所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括杀生物剂。 

94.根据权利要求65所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括导体。 

95.根据权利要求65所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括半导体。 

96.根据权利要求65所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括催化剂。 

97.根据权利要求65所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括荧光剂。 

98.根据权利要求65所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括调味剂。 

99.根据权利要求65所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括生物分子结合剂。 

100.根据权利要求65所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括化学粘结剂。 

101.根据权利要求65所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括标记。 

102.根据权利要求65所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括润滑剂。 

103.根据权利要求65所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括芳香剂。 

104.根据权利要求65所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括化学物质、生物分子或电磁辐射的吸收剂。 

105.根据权利要求65所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括化学物质或生物分子的吸附剂。 

106.根据权利要求65所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括电磁辐射的散射体。 

107.根据权利要求65所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括造影剂。 

108.根据权利要求65所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括放射性试剂。 

109.根据权利要求65所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括阻燃剂 

110.根据权利要求65所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包含功能助剂，所述功能助剂包括多因素致变色剂。 

111.根据权利要求65所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个包括抗微生物剂。 

112.根据权利要求65所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个是导电的，且包括金属、导电聚合物或它们的任意组合。 

113.根据权利要求65所述的方法，其中所述颗粒中的至少一个是导电的，且包括金属氧化物。 

114.根据权利要求65所述的方法，其中至少一个所述颗粒部分嵌入到所述干涂层材料中，和从所述干涂层材料的表面伸出。 

115.根据权利要求65所述的方法，其中所述颗粒从所述干涂层材料的表面平均伸出约0.1nm至约1cm。 

116.根据权利要求65所述的方法，其中所述嵌入的颗粒中相邻的颗粒彼此分开平均约1nm至约5微米。 

117.根据权利要求65所述的方法，还包括通过范德华力使所述颗粒的至少一部分紧贴所述湿涂层材料。 

118.根据权利要求65所述的方法，还包括通过应用梯度来提高或降低所述颗粒嵌入所述湿涂层材料的程度，其中所应用的梯度为电场、磁场、流体流、压力梯度或它们的任意组合。 

119.根据权利要求66所述的方法，其中所述聚合物包括聚丙烯酸酯、聚砜、聚酰胺、聚氨酯、聚乙烯化合物、含氟聚合物、聚碳酸酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、共聚酯、环氧树脂、硅树脂或它们的任意组合。 

120.根据权利要求66所述的方法，其中所述聚合物包括聚酯。 

121.根据权利要求65所述的方法，其中所述湿涂层材料包括单体、聚合物、金属、陶瓷或它们的任意组合。 

122.根据权利要求65所述的方法，其中所述湿涂层材料包括合金。 

123.根据权利要求65所述的方法，其中对所述湿涂层材料施加所述流体包括使所述滚筒接触倚靠所述湿涂层材料，使得所述颗粒的至少一部分至少部分地嵌入所述湿涂层材料。 

124.根据权利要求65所述的方法，其中所述流体包含聚合引发剂，且干燥所述湿涂层材料包括利用所述聚合引发剂使所述湿涂层材料聚合。 

125.根据权利要求65所述的方法，其中所述流体包含交联剂，且干燥所述湿涂层材料包括利用所述交联剂使所述湿涂层材料交联。 

126.根据权利要求65所述的方法，其中至少一个所述颗粒完全嵌入到所述干涂层材料中，但定域在所述干涂层材料的表面附近。 

127.根据权利要求65所述的方法，还包括通过流动将所述颗粒群设置在所述流体中。 

128.根据权利要求65所述的方法，还包括通过搅动将所述颗粒群设置在所述流体中。 

129.根据权利要求65的方法，其中所述流体包括超临界流体。 

130.根据权利要求65的方法，其中所述流体包括非极性溶剂、极性非质子溶剂、极性质子溶剂或它们的任意组合。 

131.根据权利要求65的方法，其中所述颗粒中的至少一个的特征在于其为无定形、晶体、或它们的组合。 

132.根据权利要求65所述的方法，其中至少一个所述颗粒包括碳纳米管、纳米线、石墨烯、并五苯、富勒烯或它们的任意组合。 

133.根据权利要求65所述的方法制备的带涂层的制品。 

134.一种制品，所述制品包括： 

具有嵌入表面的基体材料；和 

定域在所述嵌入表面附近且至少部分地嵌入所述基体材料的多个颗粒，其中所述颗粒具有导电性或半导电性，且所述颗粒中的至少一个具有0.1nm至100微米范围内的特征尺寸。 

135.根据权利要求134所述的制品，其中所述基体材料为透明基底，且所述颗粒至少部分地嵌入所述透明基底。 

136.根据权利要求135所述的制品，其中所述透明基底为聚合物基底。 

137.根据权利要求135所述的制品，其中所述透明基底为玻璃基底。 

138.根据权利要求134所述的制品，其中所述基体材料为涂层，且所述颗粒至少部分地嵌入所述涂层。 

139.根据权利要求138所述的制品，还包括基底，且其中所述涂层设置在所述基底上，并且所述嵌入表面背离所述基底。 

140.根据权利要求138所述的方法，其中所述涂层包括聚合物和玻璃中的至少一者。 

141.根据权利要求134所述的制品，其中所述基体材料中的颗粒的负荷高于电渗透阈值。 

142.根据权利要求134所述的制品，其中所述颗粒中相邻的颗粒彼此接触。 

143.根据权利要求134所述的制品，其中基本上所有所述颗粒定域在所述嵌入表面附近。 

144.根据权利要求143所述的制品，其中所述基体材料的内部基本上不含所述颗粒。 

145.根据权利要求134所述的制品，其中至少一个所述颗粒部分嵌入所述基体材料，和从嵌入表面伸出。 

146.根据权利要求134所述的制品，其中至少一个所述颗粒完全嵌入所述基体材料，但定域在所述嵌入表面附近。 

147.根据权利要求134所述的制品，其中所述颗粒包括纳米管和纳米线中的至少一者。 

148.根据权利要求134所述的制品，其中所述颗粒包括碳、金属和导电聚合物中的至少一者。 

149.根据权利要求134所述的制品，其中所述基体材料包括凝胶。 

150.根据权利要求134所述的制品，其中所述基体材料包括半固体。 

151.根据权利要求134所述的制品，还包括设置在所述基体材料上的导电材料，且其中所述基体材料为基底，并且所述嵌入表面面向所述导电材料。 

152.根据权利要求151所述的制品，其中所述导电材料是透明的，并且使嵌入所述基体材料的至少一个所述颗粒与所述透明导电材料电接触。 

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