CN110382630A - 层状颗粒及制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种层状颗粒，该层状颗粒包括层状颗粒的未转化的部分，其中该未转化的部分包括第一金属；层状颗粒的转化的部分，该转化的部分被设置在该未转化的部分的至少一个表面的径向外侧，其中该转化的部分包括第一金属的化合物。

Description

层状颗粒及制造方法
相关申请
本申请要求于2017年3月1日提交的美国临时申请第62/465,605号的优先权，其公开内容据此通过引用以其整体并入。
技术领域
具有某些性质的层状颗粒和用于制备具有某些性质的层状颗粒的制造方法。
背景
目前生产颜料的方法是昂贵的，需要大量的资本投资，和/或产生需要另外的钝化和/或增容工艺的颜料。因此，对制造不需要另外的钝化和增容工艺的颜料的低成本方法存在需求。
概述
本公开内容的方面涉及一种层状颗粒(lamellar particle)以及其他，该层状颗粒包括层状颗粒的未转化的部分，其中未转化的部分包括第一金属；层状颗粒的转化的部分，该转化的部分被设置在未转化的部分的至少一个表面的径向外侧，其中转化的部分包括第一金属的化合物。
可以理解，前述一般性描述和以下详细描述两者仅为示例性的和解释性的，并且不会限制如所要求保护的公开内容。
附图简述
被并入到本说明书并构成本说明书的一部分的附图举例说明了本公开内容的实施方案，并与说明书一起用于解释本公开内容的原理。
图1是根据本公开内容的一个方面的预转化层状颗粒；
图2是根据本公开内容的一个方面的转化的层状颗粒；
图3是根据本公开内容的另一个方面的转化的层状颗粒；
图4是根据本公开内容的另一个方面的转化的层状颗粒；
图5是根据本公开内容的另一个方面的预转化层状颗粒；
图6是根据本公开内容的另一个方面的转化的层状颗粒；
图7是根据本公开内容的另一个方面的转化的层状颗粒；
图8是根据本公开内容的另一个方面的转化的层状颗粒；
图9是根据本公开内容的另一个方面的预转化层状颗粒；
图10A是根据本公开内容的另一个方面的转化的层状颗粒；
图10B是根据本公开内容的另一个方面的另一个转化的层状颗粒；
图11A是根据本公开内容的另一个方面的转化的层状颗粒；
图11B是根据本公开内容的另一个方面的转化的层状颗粒；
图12A是根据本公开内容的另一个方面的转化的层状颗粒；
图12B是根据本公开内容的另一个方面的转化的层状颗粒；
图13是根据本公开内容的另一个方面的预转化层状颗粒；
图14是根据本公开内容的另一个方面的转化的层状颗粒；
图15是根据本公开内容的另一个方面的预转化层状颗粒；
图16A是根据本公开内容的另一个方面的转化的层状颗粒；
图16B是根据本公开内容的另一个方面的转化的层状颗粒；
图17是根据本公开内容的方面的预转化层状颗粒和转化的层状颗粒的照片；
图18是根据本公开内容的各个方面的层状颗粒的可见光谱的图；
图19是根据本公开内容的各个方面的层状颗粒的红外光谱的图；
图20是根据本公开内容的各个方面的层状颗粒的可见光谱的图；和
图21是根据本公开内容的各个方面的层状颗粒的红外光谱的图。
在整个本说明书和附图中，相同的参考数字表示相同的元件。
详细描述
现在将详细地参考本公开内容的实例，这些实例被图示在附图中。在可能的情况下，相同的参考数字在整个附图中将用于指代相同部件或相似部件。如本文中所使用的，术语“约”和“基本上”指示所陈述的值的+/-5％内的值的范围。
本公开内容的方面涉及层状颗粒以及用于通过化学转化通过操纵某些性质(包括视觉和非视觉属性)来产生具有这些性质的层状颗粒的系统和方法。本文中的装置和方法允许高的量的金属颜料的成本竞争制造。这些装置和方法还建立了制造规模能力，而没有过多的资本投资。此外，所得的颗粒产生不需要另外的钝化和增容工艺的颜料。该颜料可以通过金属化学转化工艺(MCC)来制造。基于被并入到这些MCC颜料中的材料和结构的选择，本文描述的方法提供了具有特定的视觉和非视觉属性的组合的颜料。
根据本公开内容，颗粒，包括但不限于层状颗粒，例如图1、图5、图9、图13和图15的预转化层状颗粒100、200、300、400和/或500，可以被转化为具有不同于预转化层状颗粒的性质的期望的性质(例如，光学性质、物理性质和/或化学性质)的层状颗粒。
例如，本公开内容的转化的层状颗粒可以导致特定的、期望的和/或增强的光学性质，诸如特定的和/或期望的波长和/或吸收水平和/或反射水平。特别地，本公开内容的转化的层状颗粒可以在从约380nm至约760nm的范围的特定波长下具有入射光的90％或更大水平上的光的非选择性吸收以使转化的层状颗粒呈现黑色，具有在10％或更大水平上的入射光的非选择性反射以使转化的层状颗粒呈现灰色，在从约380nm至约760nm的范围的波长下具有80％或更大水平的入射光的非选择性反射以使转化的层状颗粒呈现白色，在光谱的可见范围内的选择性光反射以提供视觉颜色(例如，能够被人眼观察到)，在光谱的可见范围内在提供视觉颜色与金属芯的金属反射结合所需的反射水平上的选择性光反射，和/或在从约0.85微米至约20微米的范围的光谱的红外部分中的电磁辐射的选择性反射结合一种或更多种如上文列出的在光谱的可见范围中的期望的光学性质。
此外，本公开内容的转化的层状颗粒可以另外地或可选择地导致特定的、期望的和/或增强的非光学性质，诸如耐腐蚀性、导热性(例如，高于1.5W/mK)、导电性(例如，高于10-5S/m)、铁磁性质(例如，如果图1、图5、图9、图13和图15的预转化层状颗粒100、200、300、400和/或500包括铁磁性质)和/或疏水性质(例如，当转化化学品包含产生低表面能的官能团时)。此外，本公开内容的转化的层状颗粒可以具有排热性质和/或红外波长反射功能，这提供了管理能量保存的替代方式。另外地或可选择地，转化的层状颗粒可以提供漂浮和/或变色选择、与在不同视角呈现的不同颜色色调结合的黑色、屏蔽电磁辐射、由它们的最终应用驱动的具有大范围的厚度、线性尺寸和/或纵横比的薄片形式、转化的层状颗粒的金属和平面颜色版本两者、热反射性质、具有增强的环境稳定性(针对热、水、氧、化学和/或UV暴露是稳定的)的金属颜料，和/或与各种化学介质相容的颜料，化学介质诸如涂料、油墨、橡胶、聚合物(包括纺织材料)、陶瓷材料(包括建设材料，诸如水泥和混凝土)。
多于一种的本文描述的转化的层状颗粒可以组合以产生颜料，包括但不限于金属效果颜料、磁性颜料、EMI衰减颜料、导电颜料、导热颜料或具有任何或所有前述性质的组合的颜料。
本公开内容的层状颗粒(例如，预转化层状颗粒100、200、300、400和/或500)可以是非天然存在的。在一些实例中，层状颗粒(例如，预转化层状颗粒100、200、300、400和/或500)可以通过例如溶胶-凝胶、化学浴沉积、电镀、物理气相沉积和化学气相沉积来形成。
本文描述的层状颗粒(例如，预转化层状颗粒100、200、300、400和/或500)可以是任何形状。层状颗粒(例如，预转化层状颗粒100、200、300、400和/或500)可以包括在第一方向(例如，图1的x方向)上基本上平坦和/或笔直的第一侧。如本文所图示的，层状颗粒(例如，预转化层状颗粒100、200、300、400和/或500)可以包括在第二方向(例如，图1的y方向)上基本上平坦和/或笔直和/或基本上垂直于第一侧的第二侧。在另一个方面中，第二侧反而可以为圆形、尖形、波浪形等。此外，第二侧基本上不垂直于第一侧。层状颗粒(例如，预转化层状颗粒100、200、300、400和/或500)可以包括在第三方向(例如，图1的z方向)上的第三侧。第三侧可以具有任何形状，包括但不限于圆形、矩形和/或不规则形。在另外的实例中，层状颗粒(例如，预转化层状颗粒100、200、300、400和/或500)可以被描述为平坦的、具有不规则形状的第三侧(例如，玉米片形状)的平坦的、具有圆形第三侧的平坦的和/或具有矩形第三侧的平坦的。在一些实例中，预转化层状颗粒100、200、300、400和/或500可以是片材和/或箔。
本文描述的层状颗粒(例如，预转化层状颗粒100、200、300、400和/或500)可以是任何尺寸。例如，预转化层状颗粒100、200、300、400和/或500可以具有任何宽度(例如，图1的x方向)，包括但不限于约2微米至约200微米、约4微米至约100微米、或约10微米至约50微米的宽度。预转化层状颗粒100、200、300、400和/或500可以具有任何物理厚度(例如，图1的y方向)，包括但不限于约0.1微米至约2微米、约0.5微米至约1.5微米、或约1微米的物理厚度。此外，预转化层状颗粒100、200、300、400和/或500可以具有任何纵横比(例如，预转化层状颗粒的宽度和预转化层状颗粒的物理厚度之间的比率)，包括但不限于约5:1或更大、约5:1至约500:1，例如从约10:1至约250:1、或约100:1的纵横比。
如图1-图16B中所图示的，预转化层状颗粒100、200、300、400和/或500的未转化的部分的某些性质或属性可以分别在经历转化过程时变化。在一个方面中，未转化的部分的至少一部分可以包括可以至少部分地从具有第一性质转化为具有第二性质的材料。例如，如果经历转化过程，未转化的部分的至少一部分可以至少部分地被转化以改变任何性质，包括但不限于光学性质、物理性质和/或化学性质。在一个方面中，未转化的部分的至少一部分可以包括以下材料，包括但不限于铝、铜、不锈钢、银、金、锌、铁、青铜、锰、钛、锆、钒、铌、铬、钼、镍、钨、锡、铟、铋、任何这些金属的合金或它们的组合。在一个方面中，层状颗粒可以包括层状颗粒的未转化的部分180、280、380、480和580，其中未转化的部分180、280、380、480和580包括第一金属。
转化过程可以是将未转化的部分180、280、380、480和580的至少一部分的第一性质转化为第二性质的任何过程。各种转化化学物质可以被用于控制所得到的颗粒(例如，转化的层状颗粒150、250、350、450和/或550)的颜色、色度、光泽、漂浮性(leafing)、耐久性、导热性或导电性以及其他性质。例如，转化过程可以将未转化的部分180、280、380、480和580的至少一部分从第一颜色转化为第二颜色，和/或将未转化的部分180、280、380、480和580的至少一部分从第一导热水平转化为第二水平。
转化过程可以包括使预转化层状颗粒经历反应物。反应物可以处于任何状态，诸如等离子体状态、气体状态、固体状态或液体状态或它们的组合。反应物可以包括任何化学或物理因素，这些因素可以引起与预转化层状颗粒的未转化的部分180、280、380、480和580的至少一部分的反应，并且以受控的方式将未转化的部分的至少一部分转化为转化的部分170、270、370、470和570。
在一个实例中，水和溶剂型环境可以被用作反应物。在一些实例中，转化过程可以包括使用各种类型的化学反应物，包括间歇搅拌罐反应物和连续搅拌罐反应物、管状反应物、翻滚床反应物(tumbling bed reactant)、流化床反应物、连续流动管和间歇式炉。在这样的实例中，预转化层状颗粒100、200、300、400或500可以经历化学物质，该化学物质引起预转化层状颗粒100、200、300、400、500或未转化的部分180、280、380、480和580的至少一部分的至少部分转化。
本文使用的化学浴组合物可以包括无机化合物或有机化合物。无机化合物的实例可以包括以下中的至少一种：硫、硫化物、硫酸盐、氧化物、氢氧化物、异氰酸盐、硫氰酸盐、钼酸盐、铬酸盐、高锰酸盐、碳酸盐、硫代硫酸盐、胶体金属、无机盐以及它们的混合物。有机化合物的实例可以包括：包含硫的有机化合物，诸如硫醇、硫代胺、氧基硫代胺(oxythioamine)、硫脲、硫氰酸酯；包含氮的有机化合物，诸如胺和异氰酸盐；包含氧的有机化合物；包含硅的有机化合物，诸如硅烷；或它们的组合。此外，化学浴可以包括以下中的至少一种：金属的无机盐或有机盐、或金属的金属有机化合物。在又另一个方面中，化学浴可以包括氧化剂、表面改性剂和/或抑制剂。
在一个方面中，转化的层状颗粒150、250、350、450和550的未转化的部分180、280、380、480和580可以在从0.4微米至20微米的范围的光谱区域中提供光反射，并且转化的部分170、270、370、470和570可以吸收该光谱范围的所选择的区域中的光。在一些实例中，所选择的区域可以在可见范围内。在一个方面中，转化的层状颗粒的未转化的部分180、280、380、480和580可以提供红外反射。
转化的部分170、270、370、470和570可以吸收所选择的区域中的能够被人眼观察到的光。转化的部分可以调制可见范围内的光以产生期望的颜色。例如，转化的部分170、270、370、470和570对于人眼可以呈现红色(例如，约380nm至约600nm)、对于人眼可以呈现黑色(例如，吸收约380nm至约760nm)，或者呈现白色。此外，例如，转化的部分170、270、370、470和570对于人眼可以呈现蓝色(例如，吸收约500nm至约760nm)，或者对于人眼可以呈现绿色(例如，吸收约380nm至约500nm，并且还吸收约600nm至约760nm)。
转化的部分170、270、370、470和570可以吸收光谱的所选择的近红外区域中的能够被电子传感器检测到的光。转化的部分可以调制近红外范围内的光，以提供选择的吸收水平。例如，转化的部分170、270、370、470和570可以吸收从约720nm至约1100nm的光，或者可以吸收从约950nm至约1700nm的光。
在一些实例中，预转化层状颗粒的未转化的外层和/或未转化的内芯可以包括用于选择性地吸收或反射能量的添加剂(例如染料)。在一些实例中，预转化层状颗粒的未转化的外层和/或未转化的内芯不包括用于选择性地吸收或反射能量的添加剂(例如染料)。
在转化过程之后，转化的层状颗粒的转化的部分可以具有任何厚度，包括但不限于约0.01微米至约0.9微米、约0.1微米至约0.8微米、或约0.5微米。转化的层状颗粒的总尺寸和/或转化的层状颗粒的转化的部分的厚度可以取决于多种因素，包括但不限于诸如化学反应的反应转化预转化层状颗粒的程度。不同的光学性质和非光学性质可以通过调节预转化层状颗粒和转化过程的各个方面来实现。例如，基于预转化层状颗粒的材料、结构、尺寸、形状和/或纵横比，所应用的化学处理的类型，以及工艺条件，诸如反应成分的浓度、所应用的添加剂、pH、温度、搅拌的类型和暴露的长度，转化的层状颗粒可以具有不同的光学性质和/或非光学性质。在一些实例中，与预转化层状颗粒相比，转化的层状颗粒可以具有至少一种不同的非光学性质。在一个实例中，与预转化层状颗粒相比，转化的层状颗粒可以具有不同的电导率和/或热导率。所测量的薄层电阻可以是100欧姆或更小，和/或热导率将是3W*m-1K-1或更高。转化的层状颗粒的电阻和热导率可以取决于转化过程中使用的金属。
被转化的层状颗粒和/或特定层(内芯、内层和/或外层等)的量可以取决于多种因素，包括但不限于化学转化过程的组成(例如化学浴的组成)、其浓度、暴露于转化过程的时间、转化过程期间的温度和/或预转化层状颗粒的结构(例如，包括腐蚀屏障、内层和/或屏障层)。此外，化学转化过程中使用的反应物在转化到一定深度成为预转化层状颗粒后可以包括自抑制性质。例如，0.5％的预转化层状颗粒可以被转化或100％可以被转化，包括之间的所有转化百分比范围。
使预转化层状颗粒经历化学转化过程可以通过转化预转化层状颗粒的至少一部分将预转化层状颗粒转化为转化的层状颗粒(例如，转化的层状颗粒150、250、350、450和/或550)。例如，0.5％的预转化层状颗粒可以被转化或100％可以被转化，包括之间的所有转化百分比范围。在一个方面中，层状颗粒的至少一部分被转化(例如，层状颗粒的转化的部分170、270、370、470和570)，而另一部分保持未转化(例如，层状颗粒的未转化的部分180、280、380、480和580)。在其他实例中，整个层状颗粒被转化。在这样的实例中，转化的层状颗粒将不再包括诸如金属的材料，而是将包括该材料的化合物，诸如金属的化合物。
层状颗粒的转化的部分170、270、370、470和570可以包括至少一种材料的化合物，该材料诸如第一金属，其被包括在预转化层状颗粒的未转化的部分180、280、380、480和580中。例如，如果预转化层状颗粒100、200、300、400、500的未转化的外层102、202、302、402和502包括铜，并且预转化层状颗粒在转化过程期间经历硫，则转化的层状颗粒150、250、350、450、550的转化的部分170、270、370、470、570可以包括铜的化合物，即，硫酸铜，并且转化的层状颗粒的未转化的部分180、280、380、480、580可以包括铜。在一些实例中，预转化层状颗粒可以被完全地转化或完全地未被转化，包括之间的所有转化百分比范围。
在一个方面中，如果预转化层状颗粒具有内芯和外层，诸如图5所示，那么内芯和外层中的每一个可以被完全地转化或完全地未被转化，包括之间的所有转化百分比范围。例如，转化的层状颗粒150、250、350、450和550的转化的部分170、270、370、470和570可以包括(i)转化的外层204、304、404和504；和/或(ii)转化的外层204、304、404和504以及转化的内芯206、306、406和506。转化的层状颗粒150、250、350、450和550的未转化的部分180、280、380、480和580可以包括(i)未转化的内芯210、310、410和510；和/或(ii)未转化的外层202、302、402和502以及未转化的内芯210、310、410和510。在一个方面中，在一些实例中，整个未转化的外层102、202、302、402和502被转化。在一些实例中，整个未转化的外层102、202、302、402和502以及未转化的内芯210、310、410、510的至少一部分被转化。在一些实例中，层状颗粒的未转化的部分180、280、380、480和580可以包括多于一层，诸如内层420、520和/或多于一种材料。
在一些实例中，多于一层可以包括至少两种不同的材料，诸如两种不同的金属。一些或所有不同的材料可以是金属。在一个方面中，多于一层中的每一层可以由与多于一层中的每个其他层不同的材料制成。
在一个方面中，层状颗粒的转化的部分170、270、370、470和570可以在未转化的部分180、280、380、480和580的表面的外部，未转化的部分可以包括未转化的外层202、302、402和502、内层420、520和/或未转化的内芯110、210、310、410和510。
本文描述的或通过本文描述的工艺产生的任何层状颗粒可以被用于各种应用。例如，在其他应用中，转化的层状颗粒可以被用于掩盖、传感、电荷耗散、散热、针对电磁干扰的屏蔽和装饰。更具体地，转化的层状颗粒和/或转化过程可以被用于纺织品。转化的层状颗粒可以被用于纺织品的色素沉着和/或向织物中添加另外的非视觉属性。例如，转化的层状颗粒可以被用于产生排热织物、排红外的织物、电磁辐射屏蔽织物、导热织物、导电纱线和织物、具有铁磁性质、掩盖和/或辐射(例如，红外、热、电磁)屏蔽性质的纱线和织物。在一些实例中，用于纺织品的转化的层状颗粒可以小于用于其他应用(例如汽车和建筑)的转化的层状颗粒。例如，用于纺织品应用的转化的层状颗粒可以为约2微米，或小于约10微米。用于汽车的转化的层状颗粒可以为约8微米至约200微米，并且用于建筑应用的转化的层状颗粒可以为高达约200微米。
转化的层状颗粒和/或转化过程也可以用作用于特种涂料(paint)、油墨、清漆和涂层(coating)的颜料，它们可以提供着色连同非视觉属性。例如，转化的层状颗粒和/或转化过程可以被用于金属油墨的颜料、排热和排IR、电磁辐射屏蔽、导热性、导电性和/或铁磁性质。
转化的层状颗粒和/或转化过程也可以被用于建设和建筑材料。例如，转化的层状颗粒可以被用于建筑应用的排热涂料、排热屋顶、壁板和甲板材料、排热水泥和混凝土，用于建筑和建设应用的电磁屏蔽涂料和/或静电荷控制涂料。
转化的层状颗粒和/或转化过程可以被用于各种汽车应用，包括但不限于LIDAR、热反射汽车外部颜料和涂层、具有各种颜色色调失败(color hue flop)的黑色单组分颜料、具有独特颜色色调的半金属颜料、和/或用于汽车内部应用的热和/或静电荷耗散颜料。
转化的层状颗粒和/或转化过程可以被用于化妆品和保健的各种应用，例如，用于美容、保护、诊断和/或医学治疗的颜料的直接皮肤应用。
转化的层状颗粒和/或转化过程可以被用于各种其他应用，包括但不限于RF天线、磁性标签剂(magnetic taggant)、特殊效果颜料以及用于电致发光的油墨和涂层的颜料。
本公开内容的预转化层状颗粒可以具有任何层结构。预转化层状颗粒100、200、300、400和500仅是示例性的。预转化层状颗粒可以包括任何数目的层，诸如多于一层。这些层可以以任何构造和/或以任何顺序由任何材料诸如第一金属制成。在一个方面中，预转化层状颗粒100、200、300、400和500可以包括未转化的内芯210、310、410和510以及未转化的外层202、302、402和502。在另一个方面中，预转化层状颗粒100、200、300、400和500可以包括在未转化的内芯210、310、410和510与未转化的外层202、302、402和502之间的另外的层，诸如内层420、520。此外，未转化的内芯210、310、410和/或510可以包括多于一层。
在一个实例中，如图1中所图示的，预转化层状颗粒100可以是包含单一材料(例如，单一金属，诸如第一金属)的整料的颗粒(monolithic particle)。预转化层状颗粒100由一层组成：未转化的外层102。一旦经历转化过程(包括但不限于上文描述的过程)，预转化层状颗粒100可以被转化为转化的层状颗粒，包括但不限于图2、图3或图4的转化的层状颗粒150。转化的层状颗粒150可以包括转化的部分170和未转化的部分180。未转化的部分180可以包括第一金属，并且转化的部分170可以包括第一金属的化合物。在该实例中，因为预转化层状颗粒100由未转化的外层102组成，所以外层104的转化的部分与层状颗粒的转化的部分170相同，如图2所示。此外，外层102的未转化的部分与层状颗粒的未转化的部分180相同。
转化的层状颗粒150的物理厚度L1可以与预转化层状颗粒100的物理厚度L0大致相同。因此，物理厚度L1可以为约0.1微米至约2微米、约0.5微米至约1.5微米、或约1微米。然而，在一些实例中，转化的层状颗粒150的厚度L1可以大于预转化层状颗粒100的物理厚度L0。例如，转化过程可以引起预转化层状颗粒100的至少一部分膨胀。如图2所示，L1是未转化的部分102/180的厚度L2和未转化的部分102/180的任一侧上的转化的部分104/170的两个厚度L3的总和。
在一个方面中，转化的部分104/170的厚度L3可以在转化的层状颗粒150的总厚度L1的从约1％至约100％的范围内。在一个实例中，如图2所示，未转化的部分102/180可以具有大于转化的部分104/170的物理厚度L3的物理厚度L2。在另一个实例中，如图3所示，未转化的部分102/180可以具有小于转化的部分104/170的厚度L3的物理厚度L2。在又另一个实例中，如图4所示，未转化的部分102/180和转化的部分104/170可以具有可变的物理厚度。在该实例中，转化的部分104/170可以包括第一厚度L3和第二厚度L4。未转化的部分102/180的物理厚度可以根据转化的部分104/170的物理厚度而变化。
在另一个实例中，如图5中所图示的，预转化层状颗粒200可以包括在未转化的内芯210的至少三个侧面的外部的未转化的外层202。在一些实例中，未转化的外层202可以在未转化的内芯210的至少四个侧面、至少五个侧面或至少六个侧面的外部。未转化的外层202可以完全地包封未转化的内芯210。未转化的内芯210可以由第一材料制成，并且未转化的外层202可以由不同于第一材料的第二材料制成。在一些实例中，第一材料可以是第一金属，并且第二材料可以是第二金属。在一些实例中，第一材料可以包括但不限于铝、铜、不锈钢、银、金、锌、铁、青铜、锰、钛、锆、钒、铌、铬、钼、镍、钨、锡、铟、铋、任何这些金属的合金或它们的组合。第二材料可以包括但不限于(i)金属或金属合金，诸如以下中的一种或更多种：铝、铜、银、金、锌、铁、青铜、锰、钛、锆、钒、铌、铬、钼、镍、钨、锡、铟、铋、任何这些金属的合金或它们的组合，(ii)电介质，诸如金属氧化物、玻璃、硫属化物、卤化物、硫化物、矿物质、合成的微晶和纳米晶体、有机和无机聚合物，(iii)导电材料，诸如氧化铟锡、氧化锡、金属掺杂的氧化物和导电聚合物，和/或(iv)准金属和非金属，诸如硅、锗、碳、石墨和石墨烯。(ii)-(iv)中列出的材料在经历化学转化时可以被部分地转化和/或不完全地转化。(ii)-(iv)中列出的材料可以提供各种非视觉属性，或者可以充当转化屏障。例如，第一材料对给定的转化过程可以是较低反应性的，因此在层状颗粒内产生其中转化可能停止的位置，即起“转化屏障”的作用。此外，在一些实例中，未转化的内芯210和/或未转化的外层202可以包括多于一层，诸如内层和/或多于一种材料。在一些实例中，多于一层中的每一层可以包括相同的材料，或者多于一层中的每一层可以包括不同的材料。
一旦经历转化过程(包括但不限于上文描述的转化过程)，预转化层状颗粒200可以被转化为转化的层状颗粒，包括但不限于图6、图7或图8的转化的层状颗粒250。转化的层状颗粒250可以包括转化的部分270和未转化的部分280。未转化的部分280可以包括第一金属，并且转化的部分270可以包括第一金属的化合物。在一些实例中，约1％至约100％的未转化的外层202可以被转化为转化的外层204。在一些实例中，约0％至约100％的未转化的内芯210可以被转化为转化的内芯206。
在图6中图示的实例中，100％的未转化的外层202被转化为转化的外层204，并且0％的未转化的内芯210被转化。因此，层状颗粒的转化的部分270与转化的外层204相同，并且层状颗粒的未转化的部分280与未转化的内芯210相同。
在图7中图示的实例中，小于100％的未转化的外层202被转化为转化的外层204，并且0％的未转化的内芯210被转化。因此，层状颗粒的转化的部分270包括转化的外层204；并且层状颗粒的未转化的部分280包括未转化的外层202和未转化的内芯210。在一个方面中，关于图7，未转化的外层202可以包括第一金属，并且转化的外层204可以包括第一金属的化合物。
在图8中图示的实例中，100％的未转化的外层202被转化为转化的外层204，并且未转化的内芯210的至少一部分被转化为转化的内芯206。因此，层状颗粒的转化的部分270包括转化的外层204和转化的内芯206；并且层状颗粒的未转化的部分280包括未转化的内芯210。在一个方面中，关于图8，未转化的内芯210可以包括第一金属，并且转化的内芯206可以包括第一金属的化合物。
在另外的实例中，如图9中图示的，预转化层状颗粒300可以包括被未转化的外层302夹在中间的未转化的内芯310。例如，未转化的外层302可以在未转化的内芯310的第一侧和未转化的内芯310的与第一侧相对的第二侧的外部，但是不在任何其他侧的外部，即，未转化的外层302不包封未转化的内芯310。未转化的内芯310可以由第一材料制成，并且未转化的外层302可以由第二材料制成。在一些实例中，第一材料是第一金属，并且第二材料是第二金属。在一些实例中，第一材料可以包括但不限于铝、铜、不锈钢、银、金、锌、铁、青铜、锰、钛、锆、钒、铌、铬、钼、镍、钨、锡、铟、铋、任何这些金属的合金或它们的组合。第二材料可以包括但不限于(i)金属或金属合金，诸如以下中的一种或更多种：铝、铜、不锈钢、银、金、锌、铁、青铜、锰、钛、锆、钒、铌、铬、钼、镍、钨、锡、铟、铋、任何这些金属的合金或它们的组合，(ii)电介质，诸如金属氧化物、玻璃、硫属化物、卤化物、硫化物、矿物质、合成的微晶和纳米晶体、有机和无机聚合物，(iii)导电材料，诸如氧化铟锡、氧化锡、金属掺杂的氧化物和导电聚合物，和/或(iv)准金属和非金属，诸如硅、锗、碳、石墨和石墨烯。(ii)-(iv)中列出的材料在经历化学转化时可以被部分地转化和/或不完全地转化。(ii)-(iv)中列出的材料可以提供各种非视觉属性，或者可以充当转化屏障。例如，第一材料对给定的转化过程可以是较低反应性的，因此在层状颗粒内产生其中转化可能停止的位置，即可以起“转化屏障”的作用。此外，在一些实例中，层状颗粒可以包括多于一层，诸如内层，和/或多于一种材料。
一旦经历转化过程(包括但不限于上文描述的转化过程)，预转化层状颗粒300可以被转化为转化的层状颗粒，包括但不限于图10A-图10B、图11A-图11B或图12A-图12B的转化的层状颗粒350。转化的层状颗粒350可以包括转化的部分370和未转化的部分380。未转化的部分380可以包括第一金属，并且转化的部分370可以包括第一金属的化合物。在一些实例中，约1％至约100％的未转化的外层302可以被转化为转化的外层304。在一些实例中，0％至100％的未转化的内芯310可以被转化为转化的内芯306。
在图10A中图示的实例中，100％的未转化的外层302被转化为转化的外层304，并且0％的未转化的内芯310被转化。因此，层状颗粒的转化的部分370与转化的外层304相同，并且层状颗粒的未转化的部分380与未转化的内芯310相同。
在图10B中图示的实例中，100％的未转化的外层302被转化为转化的外层304，并且未转化的内芯310的小百分比(至少一部分)被转化为转化的内芯306。特别地，未转化的内芯310的在其外部没有未转化的外层302的侧面被转化。因此，层状颗粒的转化的部分370包括转化的外层304和转化的内芯306的至少一部分，即侧面；并且层状颗粒的未转化的部分380与未转化的内芯310相同。在一个方面中，未转化的内芯310可以包括第一金属，并且转化的内芯306可以包括第一金属的化合物。
在图11A中图示的实例中，小于100％的未转化的外层302被转化为转化的外层304，并且0％的未转化的内芯310被转化。因此，层状颗粒的转化的部分370包括转化的外层304；并且层状颗粒的未转化的部分380包括未转化的外层302和未转化的内芯310。在一个方面中，未转化的外层302可以包括第一金属，并且转化的外层304可以包括第一金属的化合物。
在图11B中图示的实例中，小于100％的未转化的外层302被转化为转化的外层304，并且未转化的内芯310的一百分比(至少一部分)被转化为转化的内芯306。特别地，未转化的内芯310的在其外部没有未转化的外层302的侧面被转化。因此，层状颗粒的转化的部分370包括转化的外层304和转化的内芯306的至少一部分，即侧面；并且层状颗粒的未转化的部分380包括未转化的外层302和未转化的内芯310。在一个方面中，未转化的内芯310可以包括第一金属，并且转化的内芯306可以包括第一金属的化合物。在另一个方面中，未转化的外层302可以包括第一金属，并且转化的外层304可以包括第一金属的化合物。
在图12A中图示的实例中，100％的未转化的外层302被转化为转化的外层304，并且未转化的内芯310的至少一部分被转化为转化的内芯306。因此，层状颗粒的转化的部分370包括转化的外层304和转化的内芯306；并且层状颗粒的未转化的部分380包括未转化的内芯310。在一个方面中，未转化的内芯310可以包括第一金属，并且转化的内芯306可以包括第一金属的化合物。
在图12B中图示的实例中，100％的未转化的外层302被转化为转化的外层304，并且未转化的内芯310的小百分比(即，至少一部分)被转化为转化的内芯306。特别地，未转化的内芯310的在其外部没有未转化的外层302的侧面被转化。因此，层状颗粒的转化的部分370包括转化的外层304和转化的内芯306；并且层状颗粒的未转化的部分380包括未转化的内芯310。在一个方面中，未转化的内芯310可以包括第一金属，并且转化的内芯306可以包括第一金属的化合物。
在图13中图示的实例中，预转化层状颗粒400可以包括至少三层。例如，预转化层状颗粒400可以包括未转化的内芯410、内层420和/或未转化的外层402。在一些实例中，预转化层状颗粒400可以包括未转化的外层402中的第一材料，该未转化的外层402将第二材料包封在未转化的内芯410中，其中内层420在第一材料和第二材料之间。内层420可以在两个侧面(例如，将未转化的内芯410夹在中间)到六个侧面(例如，包封未转化的内芯410)的外部。在一些实例中，第一材料可以包括但不限于铝、铜、不锈钢、银、金、锌、铁、青铜、锰、钛、锆、钒、铌、铬、钼、镍、钨、锡、铟、铋、任何这些金属的合金或它们的组合。第二材料可以包括但不限于(i)金属或金属合金，诸如以下中的一种或更多种：铝、铜、不锈钢、银、金、锌、铁、青铜、锰、钛、锆、钒、铌、铬、钼、镍、钨、锡、铟、铋、任何这些金属的合金或它们的组合，(ii)电介质，诸如金属氧化物、玻璃、硫属化物、卤化物、硫化物、矿物质、合成的微晶和纳米晶体、有机和无机聚合物，(iii)导电材料，诸如氧化铟锡、氧化锡、金属掺杂的氧化物和导电聚合物，和/或(iv)准金属和非金属，诸如硅、锗、碳、石墨和石墨烯。内层420可以包括任何材料，包括材料(ii)-材料(iv)。(ii)-(iv)中列出的材料对化学转化过程可以是较低反应性的。它们的功能可以是提供其他非视觉属性或充当转化屏障。例如，内层420对给定的转化过程可以是较低反应性的，因此在层状颗粒内产生其中转化可能停止的位置，即起“转化屏障”的作用。此外，在一些实例中，未转化的内芯410和/或未转化的外层402可以包括多于一层和/或多于一种材料。
一旦经历转化过程(包括但不限于上文描述的转化过程)，预转化层状颗粒400可以被转化为转化的层状颗粒，包括但不限于图14的转化的层状颗粒450。转化的层状颗粒450可以包括转化的部分470和未转化的部分480。未转化的部分480可以包括第一金属，并且转化的部分470可以包括第一金属的化合物。在一些实例中，约1％至100％的未转化的外层402可以被转化为转化的外层404。在一些实例中，0％至100％的未转化的内芯410可以被转化为转化的内芯406。在一些实例中，0％至100％的内层420可以被转化。
在图14中图示的实例中，100％的未转化的外层402被转化为转化的外层404；并且内层420和未转化的内芯410都没有被转化。因此，层状颗粒的转化的部分470与转化的外层404相同，并且层状颗粒的未转化的部分480是内层420和未转化的内芯410。类似于转化的层状颗粒150、250和350，层状颗粒的转化的部分470和层状颗粒的未转化的部分480的定义取决于哪些层被转化以及转化到什么程度。在一个方面中，未转化的内芯410可以包括第一金属，内层420可以包括来自上文的(ii)-(iv)中列出的材料，诸如电介质或屏障层，并且转化的内芯可以包括第一金属的化合物。在另一个方面中，未转化的外层可以包括第一金属，并且转化的外层404可以包括第一金属的化合物。另外地或可选择地，未转化的内芯410可以包括第一金属，未转化的外层402可以包括第一金属，并且转化的外层404可以包括第一金属的化合物。
在另外的实例中，如图15中所图示出的，预转化层状颗粒500可以包括被未转化的外层502夹在中间的未转化的内芯510，其中在未转化的内芯520和未转化的外层502之间的内层520在每一侧上。例如，未转化的外层502可以在内层520的外部，内层520继而可以在未转化的内芯510的第一侧和与第一侧相对的第二侧的外部，但是不在任何其他侧的外部(例如，未转化的内芯510的至少四个侧面没有未转化的外层502和/或屏障层520)。未转化的外层502可以由第二材料制成，并且未转化的内芯510可以由第一材料制成。至少第一材料可以是金属。在一些实例中，第一材料和第二材料可以包括但不限于铝、铜、不锈钢、银、金、锌、铁、青铜、锰、钛、锆、钒、铌、铬、钼、镍、钨、锡、铟、铋、任何这些金属的合金或它们的组合。第二材料可以包括但不限于(i)金属，诸如以下中的一种或更多种：铝、铜、不锈钢、银、金、锌、铁、青铜、锰、钛、锆、钒、铌、铬、钼、镍、钨、锡、铟、铋、任何这些金属的合金或它们的组合。内层520可以包括但不限于(ii)电介质，诸如金属氧化物、玻璃、硫属化物、卤化物、硫化物、矿物质、合成的微晶和纳米晶体、有机和无机聚合物，(iii)导电材料，诸如氧化铟锡、氧化锡、金属掺杂的氧化物和导电聚合物，和/或(iv)准金属和非金属，诸如硅、锗、碳、石墨和石墨烯。(ii)-(iv)中列出的材料在经历化学转化时可以被部分地转化和/或不完全地转化。(ii)-(iv)中列出的材料的功能可以提供各种非视觉属性，即可以充当转化屏障。例如，内层520对给定的转化过程可以是较低反应性的，因此在层状颗粒500内产生其中转化可能停止的位置或“转化屏障”。此外，在一些实例中，未转化的内芯510和/或未转化的外层502可以包括多于一层和/或多于一种材料。
一旦经历转化过程(包括但不限于上文描述的转化过程)，预转化层状颗粒500可以被转化为转化的层状颗粒，包括但不限于图16A-图16B的转化的层状颗粒550。转化的层状颗粒550可以包括转化的部分570和未转化的部分580。未转化的部分580可以包括第一金属，并且转化的部分570可以包括第一金属的化合物。在一些实例中，约1％至100％的未转化的外层502可以被转化为转化的外层504。在一些实例中，0％至100％的未转化的内芯510可以被转化为转化的内芯506。在一些实例中，0％至100％的内层520可以被转化。
在图16A中图示的实例中，一些或所有未转化的外层502被转化为转化的外层504，并且内层520和未转化的内芯510都没有被转化。因此，层状颗粒的转化的部分570包括转化的外层504；并且层状颗粒的未转化的部分580可以包括内层520和未转化的内芯510。在一些实例中，未转化的部分580还可以包括未转化的外层502(在图中未示出)。类似于转化的层状颗粒150、250、350和450，层状颗粒的转化的部分570和层状颗粒的未转化的部分580的定义取决于哪些层被转化以及转化到什么程度。
在一个方面中，未转化的内芯510可以包括第一金属，内层520可以包括来自上文的(ii)-(iv)中列出的材料，诸如电介质或屏障层，并且转化的内芯可以包括第一金属的化合物。在另一个方面中，未转化的外层可以包括第一金属，内层520可以包括来自上文的(ii)-(iv)中列出的材料，诸如电介质或屏障层，并且转化的外层504可以包括第一金属的化合物。另外地或可选择地，未转化的内芯510可以包括第一金属，未转化的外层502可以包括第一金属，并且转化的外层504可以包括第一金属的化合物。
在图16B中图示的实例中，一些或所有未转化的外层502被转化为转化的外层504，并且内层520和未转化的内芯510都没有被转化。因此，层状颗粒的转化的部分570包括转化的外层504；并且层状颗粒的未转化的部分580可以包括内层520和未转化的内芯510。在一些实例中，未转化的部分580还可以包括未转化的外层502(在图中未示出)。类似于转化的层状颗粒150、250、350和450，层状颗粒的转化的部分570和层状颗粒的未转化的部分580的定义取决于哪些层被转化以及转化到什么程度。在一个方面中，未转化的内芯510可以包括第一金属，并且转化的内芯506可以包括第一金属的化合物。在另一个方面中，未转化的外层可以包括第一金属，内层520可以包括来自上文的(ii)-(iv)中列出的材料，诸如电介质或屏障层，并且转化的外层504可以包括第一金属的化合物。另外地或可选择地，未转化的内芯510可以包括第一金属，未转化的外层502可以包括第一金属，并且转化的外层504可以包括第一金属的化合物。
一种颜料，包含多于一种如权利要求1所述的层状颗粒，该层状颗粒包括以下性质中的至少两种：磁性、EMI衰减、导电性和导热性。
一种方法，包括：将层状颗粒的第一材料化学转化为第一材料的化合物。如权利要求24所述的方法，其中第一材料是金属。如权利要求24所述的方法，其中在化学转化之前，层状颗粒具有至少2:1的纵横比。如权利要求24所述的方法，其中第一材料在第二材料的外部或围绕第二材料。如权利要求24所述的方法，其中第一材料的化合物包括硫化物、磷酸盐、铬酸盐、钼酸盐、高锰酸盐、钒酸盐、硫酸盐、碳酸盐、氧化物、氢氧化物、硝酸盐、钨酸盐、钛酸盐、氟钛酸盐以及它们的组合。如权利要求24所述的方法，其中化学转化由反应物进行，并且反应物呈固体状态、液体状态、蒸气状态和等离子体状态中的至少一种的形式。如权利要求29所述的方法，其中液体状态是化学浴。如权利要求29所述的方法，其中固体状态是预薄片的翻滚床。如权利要求29所述的方法，其中蒸气状态是流化床。如权利要求29所述的方法，其中反应物以离子化气体的形式被引入，或者被引入到在载气诸如惰性气体、氧气、氮气、CO2中点火的等离子体中，或者通过热引入氧化。如权利要求30所述的方法，其中化学浴包括水和溶剂。如权利要求30所述的方法，其中化学浴包括无机化合物和有机化合物中的至少一种。如权利要求35所述的方法，其中无机化合物包括以下中的至少一种：硫、硫化物、硫酸盐、氧化物、氢氧化物、异氰酸盐、硫氰酸盐、钼酸盐、铬酸盐、高锰酸盐、碳酸盐、硫代硫酸盐和无机盐。
如权利要求35所述的方法，其中有机化合物包括含硫的有机化合物、含氮的有机化合物、含氧的有机化合物以及它们的组合中的至少一种。如权利要求36所述的方法，其中有机化合物包括硫醇、胺、硫代胺、氧基硫代胺、硫脲、异氰酸盐、硫氰酸盐和硅烷中的至少一种。如权利要求30所述的方法，其中化学浴包括以下中的至少一种：金属的无机盐和有机盐、或金属的金属有机化合物。如权利要求30所述的方法，其中化学浴包括氧化剂。如权利要求30所述的方法，其中化学浴包括表面改性剂和抑制剂中的至少一种。如权利要求24所述的方法，其中层状颗粒包括第一材料和至少部分地包封第一材料的第二材料。如权利要求42所述的方法，其中第二材料和第一材料是不同的。如权利要求42所述的方法，其中第二材料通过金属电镀工艺、卷对卷金属化工艺、化学浴沉积、物理气相沉积和化学气相沉积中的至少一种被沉积在第一材料上。如权利要求42所述的方法还包括在第二材料的至少一部分和第一材料之间沉积内层。如权利要求46所述的方法，其中内层通过溶胶-凝胶、化学浴沉积、电镀、物理气相沉积和化学气相沉积中的一种来沉积。
一种层状颗粒，包括包含第一材料的第一部分和在第一部分的外部的第二部分，其中第二部分包含第一材料的化合物。
实施例1.
预转化层状颗粒作为被称为Brilliant Copper 104的商业产品购自CrescentBronze(Oshkosh,WI)。这些预转化层状颗粒仅由铜制成。铜预转化层状颗粒具有约12微米的宽度和约0.2微米至0.6微米的物理厚度。将5克的铜预转化层状颗粒引入到具有约50℃的温度的250ml化学浴中持续约60分钟。化学浴包括以2:5比率的(NH4)2CO3/K2S+1％MBT(2-巯基苯并噻唑)，CAS#140-30-4，来自Sigma-Aldrich。存在8％的总固体浓度。然后将处理的铜颗粒(例如，转化的层状颗粒)从化学浴中移出并分析。转化的层状颗粒在颜色上呈现黑色，并且在可见范围内具有小于5％的反射率和小于24的L*a*b*颜色空间(L*)值。特别地，该样品具有小于20的L*和小于4％的反射率。铜预转化层状颗粒和转化的预转化层状颗粒的照片在图17中示出。预转化层状颗粒、表面转化(部分处理的颗粒)和完全转化(完全处理的颗粒)的分析在下表1中以及在图18和图19所示的图中示出。
表1.
实施例2.
银预转化层状颗粒购自AMES Goldsmith,South Glen Falls,NY 12803。来自AMESGoldsmith的银预转化层状颗粒产品是电子级产品MB-499。它具有约10微米的宽度和从约0.1微米-0.6微米的范围的厚度。在室温，将三组1克银预转化层状颗粒引入到三组100ml化学浴中分别持续约7min、30min和45min。每个化学浴包括2:5比率的(NH4)2CO3/K2S+1％MBT(2-巯基苯并噻唑)。存在3.5％的总固体浓度。然后将转化的银层状颗粒从化学浴中移出并分析。每组转化的银层状颗粒呈现不同的颜色。在可见范围内不同波长的反射值在L*>35时是颜色相关的。
三组转化的银层状颗粒的分析在下表2以及在图20和图21所示的图中示出。
表2.
虽然本文参考用于特定应用的说明性实施方案描述了本公开内容的原理，但是应当理解，本公开内容不限于此。具有本领域的普通技能和能够访问本文提供的教导的人员将认识到另外的修改、应用、实施方案和等同物的替换都落在本文描述的实施方案的范围内。因此，本公开内容不应被认为受前述描述的限制。

Claims (20)

1.一种层状颗粒，包括：
所述层状颗粒的未转化的部分，其中所述未转化的部分包括第一金属，
所述层状颗粒的转化的部分，所述转化的部分被设置在所述未转化的部分的表面的外部，其中所述转化的部分包括所述第一金属的化合物。
2.如权利要求1所述的层状颗粒，其中所述未转化的部分在从0.4微米至20微米的范围内的光谱区域中提供光反射，并且所述转化的部分吸收光谱范围的所选择的区域中的光。
3.如权利要求2所述的层状颗粒，其中所选择的区域在可见范围内。
4.如权利要求1所述的层状颗粒，其中所述转化的部分吸收区域中的能够被人眼观察到的光。
5.如权利要求1所述的层状颗粒，其中所述未转化的部分提供红外反射，并且所述转化的部分调制可见范围内的光以产生期望的颜色。
6.如权利要求5所述的层状颗粒，其中所述期望的颜色是红色、黑色或白色中的一种。
7.如权利要求1所述的层状颗粒，其中所述层状颗粒具有约5:1或更高的范围内的纵横比。
8.如权利要求1所述的层状颗粒，其中所述未转化的部分包括多于一层。
9.如权利要求8所述的层状颗粒，其中所述多于一层包括至少两种不同的金属。
10.如权利要求9所述的层状颗粒，其中所述多于一层中的每一层由与所述多于一层中的每个其他层不同的金属制成。
11.如权利要求1所述的层状颗粒，其中所述转化的部分被化学转化成有色化合物。
12.如权利要求1所述的层状颗粒，其中所述未转化的部分包括多于一层，每个层具有不同的金属，并且所述转化的部分通过介电材料与所述多于一层分离。
13.如权利要求1所述的层状颗粒，其中所述转化的部分提供至少一种非光学功能。
14.如权利要求13所述的层状颗粒，其中所述至少一种非光学功能包括金属化学钝化、包封、防潮以及改善与各种涂料、清漆、油墨和其他主体材料的相互作用中的至少一种。
15.如权利要求13所述的层状颗粒，其中所述转化的部分提供多种功能，改善所述层状颗粒作为制造的产品或者当被分散在涂料、油墨、清漆或其他选择的介质/载体中时或者当被应用于涂料、油墨、清漆、聚合物或其他介质的干燥和固化膜的最终涂层中时的耐久性和可靠性。
16.一种金属效果颜料，包含多于一种如权利要求1所述的层状颗粒。
17.一种磁性颜料，包含多于一种如权利要求1所述的层状颗粒。
18.一种EMI衰减颜料，包含多于一种如权利要求1所述的层状颗粒。
19.一种导电颜料，包含多于一种如权利要求1所述的。
20.一种导热颜料，包含多于一种如权利要求1所述的。
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