CN115103873A - 纳米空隙化聚合物的模板化合成 - Google Patents

Abstract

一种形成空隙化聚合物的方法，其包括：形成包含聚合物前体和固体模板剂的可聚合组合物，形成可聚合组合物的涂层，处理所述涂层以形成在多个限定区域中具有固相的固化聚合物材料，以及从固化的聚合物材料去除至少一部分固相以形成空隙化聚合物层。

Description

纳米空隙化聚合物的模板化合成

相关申请的交叉引用

依据35U.S.C.§119(e)，本申请要求2020年2月4日提交的美国临时申请号62/969,967和2020年7月14日提交的美国临时申请号63/051,573的优先权权益，该临时申请的内容通过引用整体并入本文。

背景技术

聚合物材料可被结合到多种不同的光学和电-光器件架构中，包括有源和无源光学器件以及电活性器件。例如，电活性聚合物(EAP)材料可能会在电场的影响下改变其形状。EAP材料已被研究用于各种技术，包括致动、传感和/或能量收集。轻质且适形的电活性聚合物可被结合到可穿戴设备如触觉设备中，并且是新兴技术——包括需要舒适、可调节的外形尺寸的虚拟现实/增强现实设备——的有吸引力的候选者。

虚拟现实(VR)和增强现实(AR)眼戴设备或头戴式耳机可例如使得用户能够体验事件，如在计算机生成的三维世界模拟中与人交互或查看叠加在现实世界视角上的数据。VR/AR眼戴设备和头戴式耳机也可用于娱乐以外的目的。例如，政府可能将此类设备用于军事训练，医疗专业人员可能会使用此类设备来模拟手术，并且工程师可能会将此类设备用作设计可视化辅助工具。

这些及其他应用可利用薄膜聚合物材料的一种或多种特性，包括利用折射率来操纵光，和/或在电活性应用的实例中，利用静电力来在导电电极之间生成压缩。在一些实施方案中，电活性响应可包括对在设备的空间范围内变化的电输入的机械响应，其中电输入由控制电路施加到位于成对电极之间的电活性材料层。机械响应可称为致动，示例设备可以是致动器或者可包括致动器。

发明内容

根据第一方面，提供了一种方法，其包括：形成包含聚合物前体和固体模板剂的可聚合组合物；形成可聚合组合物的涂层；处理所述涂层以形成在多个限定区域中包含固相的固化聚合物材料；和从固化的聚合物材料去除至少一部分固相以形成空隙化聚合物层。

所述方法还可包括处理可聚合组合物以形成均质溶液。

去除至少一部分固相可包括在大约30℃至大约300℃之间的温度下使模板剂升华。

模板剂可包含多芳烃。

模板剂可选自2-萘酚、蒽、苯甲酸、水杨酸、樟脑、糖精、奎宁、胆固醇、棕榈酸、硬脂酸、乙酰水杨酸、阿托品、砷、哌嗪和1,4-二氯苯。

所述多个限定区域可包括最大维度小于大约20μm的富模板材料域(domain)。

去除至少一部分固相可包括升华。

空隙化聚合物层可具有大约0.2MPa至大约500MPa的弹性模量。

可聚合组合物还可包含选自UV自由基引发剂、热自由基引发剂和氧化还原自由基引发剂的引发剂。

根据第二方面，提供了一种方法，其包括：形成包含聚合物前体和固体模板剂的均质溶液；在基材上形成溶液的层；处理所述层以形成包含固体模板剂相的离散域的固化聚合物材料；和从所述域去除至少一部分固相以形成空隙化聚合物层。

模板剂可包含多芳烃。

模板剂可选自2-萘酚、蒽、苯甲酸、水杨酸、樟脑、糖精、奎宁、胆固醇、棕榈酸、硬脂酸、乙酰水杨酸、阿托品、砷、哌嗪和1,4-二氯苯。

去除至少一部分固相可包括升华。

根据第三方面，提供了一种空隙化聚合物，其包含：聚合物基质，所述聚合物基质具有非均匀地分散在整个聚合物基质中的多个空隙。

空隙可呈现出树枝状图案。

根据第四方面，提供了一种致动器元件，其包括第三方面的空隙化聚合物的层，其中所述空隙化聚合物层设置在导电电极之间。

根据第五方面，提供了一种包含第三方面的空隙化聚合物的声学元件。

根据第六方面，提供了一种方法，其包括：将汽化的反应物组合物引入到反应腔室中，所述汽化的反应物组合物包含聚合物前体和有机模板剂；在位于反应腔室内的基材上方形成包含反应物组合物的涂层；以及处理涂层以使聚合物前体固化并且使有机模板剂结晶以形成复合层。

方法还可包括从涂层去除至少一部分结晶的有机模板剂以形成空隙化聚合物层。

方法还可包括在复合层的表面上形成聚合物层。

方法还可包括预处理基材以局部促进有机模板剂的结晶。

方法还可包括在形成涂层之前在基材上方形成光对齐层。

根据第七方面，提供了一种复合结构，其包含：分散在聚合物域之间的有机结晶域。

结晶域的特征可在于优选的晶体学取向。

聚合物域的特征可在于玻璃态。

聚合物域可以是机械弹性的。

附图说明

附图示意了一些示例性实施方案并且是说明书的一部分。连同以下描述，这些附图展示和解释了本公开的各种原理。

图1示出了根据某些实施方案的用于制造纳米空隙化聚合物(NVP)层的示例方法。

图2示出了根据某些实施方案的用于制造具有上覆覆盖层的纳米空隙化聚合物层的示例方法。

图3为示出根据一些实施方案的包括一个或多个纳米空隙化聚合物层的示例多层堆叠的示意图。

图4为根据一些实施方案的电极化NVP堆叠的示意图。

图5描绘了根据各种实施方案的用于形成基于纳米空隙化聚合物的致动器的示例制造方法。

图6示出了根据一些实施方案的空隙化聚合物的扫描电子显微镜(SEM)图像。

图7为根据一些实施方案的图6的SEM图像的一部分的更高放大倍数视图。

图8描绘了根据一些实施方案的用于形成有机外延层的示例气相沉积方法。

图9示意了根据某些实施方案的两域聚合物薄膜的处理。

图10示出了根据各种实施方案的示例多层结构。

图11-17描绘了根据某些实施方案的示例可汽化和可结晶模板剂。

图18为可结合本公开的实施方案使用的示例性增强现实眼镜的图示。

图19为可结合本公开的实施方案使用的示例性虚拟现实头戴式耳机的图示。

图20为可结合本公开的实施方案使用的示例性触觉设备的图示。

图21为根据本公开的实施方案的示例性虚拟现实环境的图示。

图22为根据本公开的实施方案的示例性增强现实环境的图示。

在整个附图中，相同的附图标记和描述指示相似但不一定相同的要素。虽然本文描述的示例性实施方案易于有各种修改和替代形式，但特定实施方案已在附图中以举例方式示出并将在本文中详细描述。然而，本文描述的示例性实施方案不旨在限于所公开的特定形式。相反，本公开涵盖落入所附权利要求范围内的所有修改、等同物和替代物。

具体实施方式

聚合物材料可被结合到多种不同的光学和电-光器件架构中，包括有源和无源光学器件以及电活性器件。例如，电活性聚合物(EAP)材料可能会在电场的影响下改变其形状。EAP材料已被研究用于各种技术，包括致动、传感和/或能量收集。轻质且适形的电活性聚合物可被结合到可穿戴设备如触觉设备中，并且是新兴技术——包括需要舒适、可调节的外形尺寸的虚拟现实/增强现实设备——的有吸引力的候选者。

虚拟现实(VR)和增强现实(AR)眼戴设备或头戴式耳机可例如使得用户能够体验事件，如在计算机生成的三维世界模拟中与人交互或查看叠加在现实世界视角上的数据。VR/AR眼戴设备和头戴式耳机也可用于娱乐以外的目的。例如，政府可能将此类设备用于军事训练，医疗专业人员可能会使用此类设备来模拟手术，并且工程师可能会将此类设备用作设计可视化辅助工具。

这些及其他应用可利用薄膜聚合物材料的一种或多种特性，包括利用折射率来操纵光，和/或在电活性应用的实例中，利用静电力来在导电电极之间生成压缩。在一些实施方案中，电活性响应可包括对在设备的空间范围内变化的电输入的机械响应，其中电输入由控制电路施加到位于成对电极之间的电活性材料层。机械响应可称为致动，示例设备可以是致动器或者可包括致动器。

在特定的实施方案中，可变形光学元件和电活性层可共同集成，由此光学元件本身可以是可致动的。电活性聚合物的变形可用于致动光学组件(例如透镜系统)中的光学元件。尽管有最近的发展，但提供具有改进特性的电活性聚合物材料将是有利的，所述改进特性包括在光学透明封装中的可控变形响应和/或可调折射率。

本公开总的涉及包括纳米空隙化聚合物(NVP)在内的空隙化聚合物材料的形成。例如，空隙化聚合物可为弹性体。在特定的实施方案中，空隙化聚合物材料可由包含聚合物前体和固体模板剂的均质溶液的可聚合组合物形成。可聚合组合物可作为层或薄膜从蒸气沉积到基材上，作为覆层或以预定的图案。沉积层的固化，例如用光化辐射固化，可引起聚合物基质的交联和聚合物与模板剂之间的相分离。可使用可包括温度、压力等中的一个或多个变化的后续处理步骤来从新生聚合物基质升华和去除固体模板剂，并形成空隙化聚合物层。本公开还涉及包括一个或多个空隙化聚合物层的光学元件。

在一些实例中，“光学元件”可包括配置为与光相互作用的结构化制品，并可包括但不限于折射光学器件、反射光学器件、色散光学器件、偏振光学器件或衍射光学器件。空隙化聚合物层可被结合到结构化或图案化层中。在一些实例中，“结构化层”可包括具有特征即周期性特征的空隙化聚合物层，其在至少一个方向上的特征尺寸(l)可小于与光学元件相互作用的光的波长(λ)，例如，l<0.5λ、l<0.2λ或l<0.1λ。

根据一些实施方案，可致动空隙化聚合物来控制其中的空隙的尺寸和形状。空隙几何形状以及空隙化聚合物层的整体几何形状的控制可用于控制光学元件的机械、光学和其他性质。例如，空隙化聚合物层可在未致动状态下具有第一有效折射率，而在致动状态下具有与第一折射率不同的第二有效折射率。

与可具有静态折射率或可在两种静态之间切换的折射率的常规光学材料相比，包括纳米空隙化聚合物在内的空隙化聚合物为一类光学材料，其中折射率可在一系列值内调节以有利地控制这些材料与光的相互作用。

结合一些实施方案，空隙化(例如，纳米空隙化)聚合物可被结合到声学元件如扬声器中以增大声学体积。这样的聚合物材料可改善扬声器系统的声学性能(尤其是低音性能)。其还可允许扬声器外壳进一步小型化，同时提供相同的响度。例如，空隙化或纳米空隙化聚合物可自由地分散在扬声器腔室中，或位于扬声器腔室的内壁处。在一些实施方案中，空隙化或纳米空隙化聚合物可由表面活性剂处理以控制空隙内表面处的电子密度并相应地改善吸附和解吸性能。可包括从纳米到微米的宽范围空隙尺寸的空隙化或纳米空隙化聚合物可被实施，以提供对不同波长的声音的更好响应并在宽带音频频率(例如，20Hz至20kHz)中提供有效响应。

结合一些实施方案，空隙化(例如，纳米空隙化)聚合物可被结合到入耳设备(如可听设备或助听器的耳塞内部)中以减小入射到用户耳膜上的环境声压(即，改善设备的声学被动衰减)。设备的改善的被动衰减还可通过减轻通常发生在可听设备或助听器的较高增益输出下的反馈来改善系统的最大稳定增益(MSG)。

根据各种实施方案，空隙化聚合物材料可包含聚合物基质和分散在整个基质中的多个空隙。聚合物基质材料可包括可变形的电活性聚合物如聚二甲基硅氧烷、丙烯酸酯、氨基甲酸酯或聚偏二氟乙烯及其共聚物以及前述的混合物。根据一些实施方案，这样的材料可具有介电常数或相对电容率，例如在大约1.2至大约30的范围内的介电常数。

如本文所用，术语“纳米空隙”、“纳米级空隙”、“纳米空隙化”等可指具有至少一个亚微米维度的空隙，即长度和/或宽度和/或深度小于大约1000nm。在一些实施方案中，平均空隙尺寸可在大约2nm至大约1000nm之间(例如，大约2nm、大约5nm、大约10nm、大约20nm、大约30nm、大约40nm、大约50nm、大约60nm、大约70nm、大约80nm、大约90nm、大约100nm、大约110nm、大约120nm、大约130nm、大约140nm、大约150nm、大约160nm、大约170nm、大约180nm、大约190nm、大约200nm、大约250nm、大约300nm、大约400nm、大约500nm、大约600nm、大约700nm、大约800nm、大约900nm或大约1000nm，包括任何前述值之间的范围)。

在某些实施方案中，本文公开的空隙化聚合物可包括纳米空隙化聚合物以及有着具有较大平均孔隙尺寸的空隙的聚合物，所述孔隙尺寸即高到大约20μm，例如大约1μm、大约2μm、大约5μm、大约10μm或大约20μm，包括任何前述值之间的范围。

在示例空隙化聚合物中，空隙或纳米空隙可随机分布在整个聚合物基质中，而不呈现出任何长程有序，或者空隙或纳米空隙可呈现出结构化架构，包括具有大约20nm至大约1000nm的规则重复距离的规则周期性结构。在无序和有序结构两者中，空隙可以是离散的闭孔空隙、可至少部分互连的开孔空隙或其组合。对于开孔空隙，空隙尺寸(d)可为孔的最小平均直径。空隙可以是任何合适的尺寸，并且在一些实施方案中，空隙可接近空隙化聚合物层的厚度尺度。

在某些实施方案中，如通过扫描电子显微镜所确定，按体积计，空隙可占据空隙化聚合物基质的大约5％至大约75％，例如大约5％、大约10％、大约20％、大约30％、大约40％、大约50％、大约60％、大约70％或大约75％，包括任何前述值之间的范围。

根据一些实施方案，空隙可以是基本上球形的，但空隙形状不受特别限制。例如，除了球形空隙之外或代替球形空隙，空隙化聚合物材料可包含扁圆形、扁长形、透镜状、卵形等的空隙，并且特征可在于凸形和/或凹形横截面形状。空隙形状可以是各向同性的或各向异性的。而且，整个聚合物基质中的空隙的拓扑可以是均匀的或非均匀的。如本文所用，关于空隙的“拓扑”是指它们在聚合物基质内的整体布置，并可包括它们的尺寸和形状以及它们在整个聚合物基质中的相应分布(密度、周期性等)。举例来说，空隙的尺寸和/或空隙尺寸分布可随空隙化聚合物材料内的位置而异。

根据各种实施方案，空隙可均匀地或非均匀地分布。举例来说，空隙的尺寸和/或空隙尺寸分布可在空隙化聚合物材料内在空间上有所不同，即在侧向上和/或相对于空隙化聚合物材料的层的厚度。类似地，空隙化聚合物薄膜可具有恒定的空隙密度，或者空隙密度可随位置增加或减小，例如，空隙化聚合物层的厚度。例如，调整EAP的空隙分数可用于调节其压缩应力-应变特性或其有效折射率。

在一些实施方案中，空隙可至少部分地填充有气体。可向空隙中引入填充气体以抑制电活性聚合物元件的电击穿(例如，在电容致动期间)。气体可包括空气、氮气、氧气、氩气、六氟化硫、有机氟化物和/或任何其他合适的气体。在一些实施方案中，这样的气体可具有高介电强度。在一些实施方案中，可选择填充气体组成以调节空隙化聚合物的光学性质，包括光的散射、反射、吸收和/或透射。

在一些实施方案中，向空隙化聚合物层施加电压可改变位于其空隙化区域内的填充气体的内压力。在这点上，填充气体可在与其变形相关联的尺寸变化期间扩散进入或扩散出空隙化聚合物基质。这样的空隙拓扑变化会影响例如结合电活性聚合物的电活性设备在尺寸变化期间的滞后，并且还可能在空隙化聚合物层的尺寸快速变化时导致漂移。

在一些实施方案中，空隙化聚合物的特征可在于大约0.2MPa至大约500MPa的弹性模量。在一些实施方案中，空隙化聚合物材料可包括弹性模量小于大约100MPa(例如，大约100MPa、大约50MPa、大约20MPa、大约10MPa、大约5MPa、大约2MPa、大约1MPa、大约0.5MPa或大约0.2MPa，包括任何前述值之间的范围)的弹性体聚合物基质。在一些实施方案中，空隙化聚合物材料可包括弹性模量为至少大约0.2MPa的弹性体聚合物基质。即，在一些实施方案中，空隙化聚合物材料可表现出足够的刚性以避免塌陷或其他不希望的变形，例如在其形成或后续处理期间。

包括具有纳米级维度的空隙的聚合物材料可具备许多有利的属性。例如，向聚合物基质中引入纳米空隙可增加所得复合材料的电容率。此外，与纳米空隙化聚合物相关联的高表面积对体积比将在纳米空隙和周围聚合物基质之间提供更大的界面面积。有了这样的高表面积结构，电荷可在空隙-基质界面处积聚，这可实现更大的极化率和因此提高的复合材料电容率(ε_r)。另外，由于在具有纳米级维度的空隙内，离子如等离子体电子只能在小距离内加速，故释放额外的离子并产生击穿级联的分子碰撞可能性降低，这可能导致纳米空隙化材料表现出比未空隙化或甚至大空隙化聚合物更大的击穿强度。在一些实施方案中，有序的纳米空隙化架构可提供受控的变形响应，而无序的纳米空隙化结构可提供增强的抗裂纹扩展性和因此改善的机械耐久性。

如本文所公开，可使用印刷、气相沉积或其他沉积方法来形成空隙化聚合物材料，如纳米空隙化聚合物薄膜或结构化层。形成空隙化聚合物薄膜或结构化层的方法可包括沉积含有聚合物前体和固体模板剂的可聚合组合物，固化聚合物前体以形成聚合物基质，以及然后通过升华从聚合物基质去除模板剂。用于在基材上形成可聚合组合物的涂层的示例方法包括挤出和印刷(例如，喷墨印刷或凹版印刷)、气相沉积(例如，物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、引发式化学气相沉积(i-CVD)等)，但也可设想另外的沉积方法，如旋涂、喷涂、浸涂和刮刀刮涂。

根据各种实施方案，示例方法可包括(i)沉积包含可固化材料和至少一种模板剂的溶液(即，可聚合组合物)，(ii)处理所沉积的溶液以形成具有固体模板剂的离散区域的固化聚合物材料，和(iii)从固化的聚合物材料去除至少一部分固体模板剂以在基材上形成空隙化聚合物材料。

多种前体化学物质可用于形成可聚合组合物。根据一些实施方案，聚合物前体可包含一种或多种多官能含乙烯基(含不饱和双键)分子，或单官能含乙烯基分子与多官能含乙烯基分子的混合物。示例的含乙烯基物质包括烯丙基、(甲基)丙烯酸酯、氟代(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸酯封端、乙烯基封端或烯丙基封端的氟代(预)聚合物、有机硅-(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸酯封端、乙烯基封端或烯丙基封端的有机硅-(预)聚合物、(甲基)丙烯酸酯封端、乙烯基封端或烯丙基封端的聚二甲基硅氧烷、氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸酯封端、乙烯基封端或烯丙基封端的氨基甲酸酯-(预)聚合物、乙二醇(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸酯封端、乙烯基封端或烯丙基封端的乙二醇-(预)聚合物、(甲基)丙烯酸酯封端、乙烯基封端或烯丙基封端的硫醚-(预)聚合物、脂族(甲基)丙烯酸酯、丙烯腈和苯乙烯。如本文所用，名称“(甲基)丙烯酸酯((meth)acrylate)”或“(甲基)丙烯酸酯((meth)acrylates)”统称丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯组合物。例如，包含氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯的聚合物前体可包含氨基甲酸酯丙烯酸酯和氨基甲酸酯甲基丙烯酸酯中的一种或两种。

示例乙烯基分子包括(甲基)丙烯酸2,2,3,3,4,4,5,5-八氟戊基酯、(甲基)丙烯酸2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-十二氟庚基酯、(甲基)丙烯酸2,2,3,3,4,4,4-七氟丁基酯、(甲基)丙烯酸1H,1H,2H,2H-全氟癸基酯、三羟甲基丙烷乙氧基化物三(甲基)丙烯酸酯、聚(乙二醇)二(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸2(2-乙氧基乙氧基)乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸异癸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、2,2,3,3,4,4-六氟-1,5-戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、丙烯腈、乙酸1-氰基乙烯酯、2-氰基丙烯酸乙酯、乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷、氨基甲酸酯丙烯酸酯等。特定的示例组合物包括DMS-V31和DMS-V00(Gelest,Inc.)、Silmer VIN65,000和Silmer VIN 10,000(Siltech Corporation)、NAM-122P和NAM-UXF4001M35(NAGASE America)及GN4230和GN4122(RAHN USA Corp.)。

根据一些实施方案，聚合物前体可包括如上所述多官能含乙烯基物质与平均官能度大于2的多官能含硫醇物质的混合物。含硫醇物质可包括二硫醇、三硫醇、四硫醇、硫醇封端的含氟(预)聚合物、硫醇封端的有机硅-(预)聚合物、硫醇封端的聚二甲基硅氧烷、硫醇封端的氨基甲酸酯-(预)聚合物、硫醇封端的乙二醇-(预)聚合物、硫醇封端的硫醚-(预)聚合物等。含硫醇的反应性分子的特定实例包括三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)、2,2'-(亚乙二氧基)二乙硫醇、季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)、1,4-丁二硫醇、四(乙二醇)二硫醇、聚(乙二醇)二硫醇、季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)、硫醇封端的聚二甲基硅氧烷等。

在一些实施方案中，聚合物前体可包括氢化物(Si-H)与含乙烯基的硅氧烷的混合物，其可与有机金属催化剂如基于铂的催化剂一起加热以构建交联的聚二甲基硅氧烷弹性体。氢化硅可包括例如1,1,3,3,5,5,7,7-八甲基四硅氧烷。有机金属催化剂可包括可溶性铂化合物如氯铂酸、二环戊二烯二氯化铂(II)或铂络合物如铂-二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物。

在一些实施方案中，聚合物前体可包括硅氧烷、含硅烷的交联剂与基于钛或基于锡的催化剂的混合物。含硅烷的交联剂可包括烷氧基、乙酰氧基、酯、环氧和肟硅烷。基于钛的催化剂可包括钛酸盐或有机钛酸盐，例如四烷氧基钛酸盐，而含锡催化剂可包括螯合锡或有机锡，例如二月桂酸二丁基锡。

在一些实施方案中，聚合物前体可包括多官能含异氰酸酯物质与平均官能度大于2的多官能给质子物质的混合物。含异氰酸酯物质可包括六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、1,4-二异氰酰基丁烷、甲苯2,4-二异氰酸酯、亚甲基二苯基4,4'-二异氰酸酯、三苯基甲烷三异氰酸酯、四异氰酰基硅烷等以及各种封端异氰酸酯。封端异氰酸酯是异氰酸酯与例如苯酚、己内酰胺、肟或β-二羰基化合物的反应产物，其在升高的温度下解离而重新形成最初的异氰酸酯基团。

给质子物质可包括醇和多元醇，例如乙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、对-二(2-羟基乙氧基)苯、聚乙二醇、聚己内酯二醇、聚丙二醇三醇、聚己内酯三醇等。在一些实例中，给质子物质可包括各种硫醇，如本文所公开。根据进一步的实例，给质子物质可包括胺，例如二乙基甲苯二胺、亚甲基双(对-氨基苯)、3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷等。

可引入到可聚合组合物中的其他示例催化剂包括叔胺如三亚乙基二胺或N,N,N’,N’,N”-五甲基-二亚乙基-三胺，强碱如1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯或1,5-二氮杂双环[4.3.0]壬-5-烯。强碱催化剂可被保护并在光辐照下变为活性的。

示例固体和可升华模板剂可包括多环芳烃(例如，2-萘酚、蒽等)、苯甲酸、水杨酸、樟脑、糖精、奎宁、胆固醇、棕榈酸和硬脂酸、乙酰水杨酸、阿托品、砷、哌嗪、1,4-二氯苯以及其组合。在一些方面，模板剂可以是可汽化的并且特征可在于升华温度高于大约30℃。例如，模板剂可在大气压下于大约30℃至大约300℃的温度下升华，该温度例如大约30℃、大约50℃、大约75℃、大约100℃、大约150℃、大约200℃、大约250℃或大约300℃，包括任何前述值之间的范围。可通过降低升华压力——例如降低到低于大气压的压力——来降低升华温度。

在一些实施方案中，固体模板剂可充分可溶于聚合物前体中以形成均质混合物，即液体溶液。如本文所用，在“均质溶液”中，构成溶液的组分在分子水平上均匀分布，使得溶液的组成始终相同。如应理解的，在均质溶液中仅观察到单个相。

根据一些实施方案，除了聚合物前体(可固化材料)和固体模板剂外，可聚合组合物还可包含一种或多种另外的组分，如聚合引发剂、表面活性剂、乳化剂、催化剂和/或其他添加剂如交联剂。可聚合组合物的各种组分可合并到单一批料中并同时沉积。

可聚合组合物可被沉积到任何合适的基材上。在一些实施方案中，基材可以是透明的或半透明的。示例基材材料可包括玻璃和聚合物组合物，它们可定义各种光学元件架构如透镜。如本文所公开，其他的示例基材可包括透明导电层，如透明导电电极。

在某些实施方案中，在沉积可聚合组合物之前，可对基材表面进行预处理或调适以例如改善一个或多个沉积层的润湿性或粘附性。基材的预处理可包括减材或增材方法。例如，基材预处理可包括等离子体处理(例如，CF4等离子体)、热处理、电子束暴露、UV暴露、UV-臭氧暴露、机械磨损、或者涂覆(例如，旋涂、浸涂或电喷涂)以溶剂层、纳米颗粒或自组装单层中的一种或多种。如应理解的，自组装单层的形成可能是基材依赖性的。自组装单层的实例可包括一个或多个末端基团，如烷硫醇、-COOH、-NH₂、-OH等。

基材预处理可增加或减小基材表面的粗糙度。基材预处理可增加或减小基材表面的表面能。在某些实施方案中，可使用基材预处理来影响模板材料的成核和生长成结晶域。在一些实施方案中，可使用预处理来形成亲水表面或疏水表面。在一些实施方案中，可使用预处理来形成亲脂表面或疏脂表面。

基材可包括光对齐层，例如可用于整体或局部促进结晶相的成核和生长的覆层或图案化层。示例光对齐材料包括偶氮苯衍生物或肉桂酸酯部分，如

ROP 131-306或

LCMO-VA。在一些实施方案中，基材可包括无机层，例如SiO_x，其可为倾斜沉积层。在一些实施方案中，基材的沉积表面可包括有机材料或无机材料的层，其可被倾斜蚀刻，如由离子束蚀刻。在一些实施方案中，基材可包括半结晶聚合物。

如应理解的，可使用常规光刻技术来在空间上影响基材的预处理。例如，可使用光刻胶的图案化层和牺牲层或图案化和牺牲硬掩模来在预处理步骤期间局部遮蔽沉积表面的部分，例如，以便在空间上阻止遮蔽区域内结晶相的成核和生长。也就是说，基材的沉积表面可被改性以促进聚合物前体和模板剂两者的空间局部沉积。

在各种实施方案中，可聚合组合物可在大约大气压下沉积，但沉积压力不受特别限制并可在减压下进行，例如大约0.1托至大约760托，例如0.1、0.2、0.5、1、2、5、10、20、50、100、200、500或760托，包括任何前述值之间的范围。

在一个或多个沉积步骤期间，基材温度可保持在大约室温(约23℃)下，但也可使用更低和更高的基材温度。例如，基材温度可在大约-50℃至大约250℃的范围内，例如-50℃、-40℃、-20℃、0℃、20℃、40℃、60℃、80℃、100℃、120℃、140℃、160℃、180℃、200℃或250℃，包括任何前述值之间的范围，并可在沉积期间保持基本上恒定或变化。

根据一些实施方案，可聚合组合物的涂层的厚度可在大约5nm至大约3mm的范围内，例如大约5nm、大约10nm、大约20nm、大约50nm、大约100nm、大约200nm、大约500nm、大约1μm、大约2μm、大约5μm、大约10μm、大约20μm、大约50μm、大约100μm、大约200μm、大约500μm、大约1mm、大约2mm或大约3mm，包括任何前述值之间的范围。

沉积的可聚合组合物可在基材上形成涂层或薄膜，其可被固化以使聚合物前体交联和聚合。可例如使用固化源如光源或热源来处理可聚合组合物。在一些实施方案中，可通过将涂层暴露于光化辐射来实现聚合。在一些实例中，“光化辐射”可指能够破坏材料中的共价键的能量。实例可包括处于适当高能级的电子、电子束、中子、α粒子(He²⁺)、x-射线、γ射线、紫外线和可见光以及离子，包括等离子体。举例来说，可使用单个UV灯或一组UV灯作为光化辐射源。在使用高灯功率时，固化时间可缩短。其他光化辐射源可包括激光(例如，UV、IR或可见激光)或发光二极管(LED)。

另外或替代地，热源可生成热来引发聚合物前体、引发剂和/或交联剂之间的反应。聚合物前体、引发剂和/或交联剂可在加热和/或光化辐射暴露时反应以形成如本文所描述的聚合物。

在一些实施方案中，聚合可以是自由基引发的。在这样的实施方案中，自由基引发可通过暴露于光化辐射或热来进行。除了光化辐射和热生成的自由基外或代替光化辐射和热生成的自由基，空隙化聚合物的聚合可以是原子转移自由基引发的、电化学引发的、等离子体引发的或超声引发的，以及前述的组合。在某些实施方案中，可用于诱导自由基引发的可聚合组合物的示例添加剂包括热引发剂如偶氮化合物和过氧化物，或光引发剂如氧化膦。

在一些实施方案中，聚合物前体可例如不使用聚合引发剂来聚合，而是使用短波长辐射，如电子束、中子、α粒子(He²⁺)、γ或x-射线辐射。根据进一步的实施方案，聚合物前体可使用UV或可见光与光引发剂的组合来聚合。示例UV自由基引发剂包括2-羟基-2-甲基苯丙酮、2-羟基-2-苯基苯乙酮、2-甲基二苯甲酮、氧化膦、二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、3'-羟基苯乙酮、二苯甲酮和1-羟基环己基苯基酮共混物。在包含乙烯基醚或乙烯基醚封端-(预)聚合物的聚合物前体的实例中，可使用UV阳离子引发剂如三芳基锍六氟锑酸盐或双(4-叔丁基苯基)碘鎓全氟-1-丁烷磺酸盐引发聚合。在一些实施方案中，可使用热自由基引发剂如2,2'-偶氮双异丁腈、过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化物等引发聚合。在一些实施方案中，可使用氧化还原自由基引发剂引发聚合。示例氧化还原自由基引发剂包括过氧化物-胺混合物，如过氧化苯甲酰与N,N-二甲基苯胺的混合物。

在一些实施方案中，聚合过程可不限于单个固化步骤。相反，其可以通过两个或更多个步骤进行，由此，作为一个实例，可将可聚合组合物的涂层依次暴露于两个或更多个相同类型的灯或者两个或更多个不同的灯。不同固化步骤的固化温度可相同或不同。来自不同灯的灯功率、波长和剂量也可相同或不同。在一个实施方案中，聚合可在空气中进行；然而，也设想在惰性气体气氛如氮气或氩气中聚合。

在各种方面，固化时间可取决于涂层的反应性、涂层的厚度、聚合引发剂的类型和UV灯的功率。UV固化时间可为大约60分钟或更短，例如，小于5分钟、小于3分钟或小于1分钟。在另一个实施方案中，可使用小于30秒的短固化时间来进行规模生产。

如应理解的，沉积层的固化可能引起新生聚合物层与模板剂之间的相分离。在固化动作(act)之前或期间，温度和/或压力的控制可诱导溶解的模板材料凝固，例如经由沉淀和/或结晶，以形成固相的离散区域或域。这样的域内的模板材料可以是结晶的或无定形的。在一些实例中，模板材料可形成具有长程有序的树枝状晶粒。域架构可被图案化以具有期望的形状和/或在结晶域的实例中表现出优选的晶体学取向。在一些实例中，图案化域可具有沿特定方向取向的各向异性特征，如空间维度。另外或替代地，可控制图案化域之间的距离使得多个域可随机地配置或以规则或半规则阵列配置。

在进一步的处理步骤中，可从聚合物基质去除模板剂以形成空隙，即在先前被模板材料占据的区域中。在一些实施方案中，可使用温度和/或压力的变化来使模板剂升华。

在从聚合物基质升华和随之去除模板材料之前，可在聚合物层上方形成覆盖层。根据各种实施方案，可使用任何本文公开的沉积方法和材料来由改性的可聚合组合物形成基本上致密(基本上无空隙)的覆盖层。因此，尽管改性的可聚合组合物可如之前的实施方案中那样包含聚合物前体和其他一种或多种任选的添加剂(例如，引发剂、表面活性剂、乳化剂、催化剂、交联剂等)，但模板剂从改性的可聚合组合物省略。通过沉积无孔覆盖层，纳米空隙化聚合物层可被提供以基本上平坦、无空隙的表面，该表面适于进一步加工，如形成导电电极。

覆盖层，如果提供的话，可包含与相邻的空隙化聚合物基质相同的一种或多种聚合物材料，或者覆盖层与聚合物基质的组成可不同。

本文公开的空隙化聚合物层可被结合到多种光学元件中。根据某些实施方案，光学元件可包括第一电极、与第一电极的至少一部分重叠的第二电极、以及设置在第一电极与第二电极之间并邻接第一电极与第二电极的空隙化聚合物层。

在一些实施方案中，光学元件可包括可调透镜和设置在可调透镜的第一表面上方的空隙化聚合物的电极化层。可调透镜可例如为液体透镜，并可具有选自棱镜、自由式、平光、弯月形、双凸、平凸、双凹或平凹的几何形状。在某些实施方案中，可在可调透镜的第二表面上方设置又一个光学元件。光学元件可被结合到头戴式显示器中，例如，在其透明孔内。

根据各种实施方案，可使用液体透镜来在得益于快速聚焦的广泛应用中增强成像系统灵活性。根据某些实施方案，通过集成可致动的液体透镜，成像系统可快速改变焦平面以提供更清晰的图像，而与物体距相机的距离无关。对于涉及在多个距离处聚焦的应用，液体透镜的使用可能特别有利，其中除了虚拟现实/增强现实设备外，被检查对象还可能具有不同的尺寸或者可能位于距透镜不同的距离处，如包裹分拣、条形码读取、安全和快速自动化。

在存在静电场(E-场)的情况下，电活性聚合物(即，空隙化聚合物)可根据外加场的大小和方向变形(例如，压缩、伸长、弯曲等)。这样的场的生成可通过在两个电极之间放置电活性聚合物来实现，例如第一电极和第二电极，其每一个处于不同的电势下。随着电极之间的电势差(即，电压差)增大或减小(例如，从零电势)，变形量也可增大，主要沿电场线。当达到一定的静电场强度时，此变形可达到饱和。在没有静电场的情况下，电活性聚合物可处于其松弛状态而不经历诱导的变形，或者等效地说，没有诱导的应变，无论内部还是外部。

电极(例如，第一电极和第二电极)可包含一种或多种导电材料，如金属、半导体(例如，掺杂半导体)、碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、氟化石墨烯、氢化石墨烯、其他石墨烯衍生物、炭黑、透明导电氧化物(TCO，例如氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)等)或其他导电材料。在一些实施方案中，电极可包含金属如铝、金、银、铂、钯、镍、钽、锡、铜、铟、镓、锌、其合金等。其他示例透明导电氧化物包括但不限于铝掺杂氧化锌、氟掺杂氧化锡、铟掺杂氧化镉、氧化铟锌、氧化铟镓锡、氧化铟镓锌、氧化铟镓锌锡、钒酸锶、铌酸锶、钼酸锶、钼酸钙和氧化铟锌锡。

在其他实施方案中，电极可包含一种或多种导电聚合物，如聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)聚苯乙烯磺酸盐、聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)、聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)(与包括Na¹⁺、Li^{1 +}、H¹⁺、NH₄ ¹⁺、K¹⁺、Ca²⁺、Mg²⁺或其他阴离子或阳离子抗衡阳离子在内的离子络合)、聚苯胺、聚乙炔、聚对苯乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚苯硫醚或其他导电聚合物。

在一些实施方案中，电极(例如，第一电极和第二电极)可具有大约1nm至大约1000nm的厚度，示例厚度为大约10nm至大约50nm。一些电极可设计成允许电击穿(例如，与弹性体聚合物材料的电击穿相关联)的愈合。包含自愈合材料(例如，铝)的电极的厚度可为大约30nm。

电极可配置为以弹性方式伸缩。在这样的实施方案中，电极可包含TCO颗粒、石墨烯、碳纳米管等。在其他实施方案中，可使用相对刚性的电极(例如，包含金属如铝的电极)。可选择电极即电极材料来实现给定应用所需的导电性、可变形性、透明度和光学清晰度。举例来说，可变形电极的屈服点可出现在至少0.5％的工程应变下。

可使用任何合适的方法来制造电极(例如，第一电极和第二电极)。例如，可使用物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、蒸发、喷涂、浸涂、旋涂、原子层沉积(ALD)等来制造电极。在另一方面，可使用热蒸发器、溅射系统、喷涂机、旋涂机等来制造电极。

在电极之间施加电压可导致一个或多个中间的空隙化聚合物层在外加电场方向上的压缩以及一个或多个聚合物层在一个或多个横向维度上的相关膨胀或收缩，如由材料的泊松比所表征。在一些实施方案中，外加电压(例如，施加到第一电极和/或第二电极)可在空隙化聚合物层中在至少一个方向(例如，就所定义的坐标系而言的x、y或z方向)上产生至少大约0.01％的应变(例如，由外加电压除以材料的初始尺寸得到的外加力方向上的变形量)。

可致动的空隙化聚合物层可被结合到多种无源和有源光学器件中。示例结构包括可调棱镜和光栅以及可调形式的双折射结构，其可包括具有均匀孔隙率的图案化空隙化聚合物层或具有空间可变孔隙率的未图案化空隙化聚合物层。在一些实施方案中，空隙化聚合物光栅的光学性能可通过光栅的致动来调节，这可改变光栅元件的间距或高度。在一些实施方案中，具有可调折射率的空隙化聚合物层可被结合到有源可切换光波导中。根据一些实施方案，可通过电容致动、机械致动和/或声学致动来调节光学元件的一种或多种光学性质。

虽然本公开的空隙化材料通常结合无源和有源光学器件进行描述，但空隙化材料可用于其他领域中。例如，空隙化聚合物可用作光学延迟膜、偏振器、补偿器、分束器、反射膜、对齐层、滤色器、抗静电保护片、电磁干扰保护片、用于自动立体镜三维显示器的偏振控制透镜、红外反射膜等的一部分或与之组合。

根据一些实施方案，可使用自上而下或自下而上的沉积和图案化方案来形成空隙化聚合物层。在自上而下方法中，可形成本体空隙化聚合物层并随后图案化，例如使用光刻和蚀刻方法，以定义2D或3D光学元件。在自下而上方法中，可通过选择性沉积来逐层形成2D或3D光学元件。在示例的自下而上方法中，模板剂的固化和升华动作可在沉积完整结构之后或在沉积多个连续层中的每一个之后进行。

根据本文描述的一般原理，来自本文描述的任何实施方案的特征可彼此组合使用。在结合附图和权利要求阅读以下详细描述后，这些及其他实施方案、特征和优点将得到更充分的理解。

下面将参考图1-22提供空隙化聚合物材料的详细描述，包括使用包含固体模板剂的可聚合组合物制造空隙化聚合物的方法。与图1-5相关联的讨论包括对形成纳米空隙化聚合物和含有纳米空隙化聚合物的架构的示例升华方法的描述。与图6和7相关联的讨论包括对示例空隙化聚合物层中的空隙结构的描述。与图8和9相关联的讨论包括对用于形成复合材料或纳米空隙化聚合物材料的气相沉积方法的描述。与图10相关联的讨论示意了包含复合材料或纳米空隙化聚合物材料的示例复合架构。图11-17示出了可用于气相沉积方法中以形成此类材料的示例可汽化和可结晶材料。与图18-22相关联的讨论涉及可包括具有纳米空隙化聚合物层的光学元件的示例性虚拟现实和增强现实设备。

图1中示意性地示出了用于形成空隙化聚合物的一种示例方法。最先参考图1A，方法100可包括在基材110上形成可聚合组合物的涂层120。涂层120可包括聚合物前体和固体模板剂的均质溶液。在随后的固化步骤中，如图1B中所示意，涂层120可被交联和聚合以形成包含分散在整个聚合物基质130中的多个含固体模板域140的聚合物基质130。参考图1C，可例如通过升华150去除域140内的至少一部分模板材料以形成包含分布在整个聚合物基质130中的多个空隙145的空隙化聚合物层160。如图1中示意性地示出的，空隙145可暴露在聚合物层160的表面162处。

根据一些实施方案，可在纳米空隙化聚合物层的表面上方形成覆盖层以提供不被暴露的空隙所中断的光滑表面。参考图2，方法200可包括在基材210上形成可聚合组合物的涂层220，如图2A中所示。同在前面的实施方案中一样，参考图2B，涂层220可被交联和聚合以形成包含分散在整个聚合物基质230中的多个含固体模板域240的聚合物基质230。

在去除固体模板剂之前，可在聚合物基质230上方从改性的可聚合组合物形成覆盖层270，如图2C中所示意。改性的可聚合组合物可包含聚合物前体和其他任选的添加剂。然而，固体模板剂从改性的可聚合组合物省略。

参考图2D，可例如通过升华250去除域240内的至少一部分模板材料以形成包含分布在整个聚合物基质230中的多个空隙245的空隙化聚合物层260和具有未空隙化表面272的上覆覆盖层270。如应理解的，可重复前述方法以形成包括一个或多个空隙化聚合物层和一个或多个覆盖层的多层架构。

参考图3，示意了包括一个或多个空隙化聚合物层的示例多层结构。如图3A中所示，可在覆盖层370上方设置空隙化聚合物层360。参考图3B，空隙化聚合物层360可设置在第一覆盖层370和第二覆盖层372之间。堆叠结构380在图3C中示意。堆叠结构380可自下而上包括第一覆盖层370、第一空隙化聚合物层360、第二覆盖层372、第二空隙化聚合物层362和第三覆盖层374。

在一些实施方案中，空隙化聚合物层可与一个或多个导电电极集成。举例来说，电极化的多层堆叠400在图4中示意并自下而上包括第一电极480、第一覆盖层470、第一空隙化聚合物层460、第二覆盖层472、第二电极482、第三覆盖层474、第二空隙化聚合物层462、第四覆盖层476和第三电极484。

进一步地，如图5中示意性地示出的，示例制造方法可包括以下动作：基材预处理(步骤1)，向基材上沉积可聚合组合物以形成包含聚合物前体和固体模板剂的沉积层(步骤2)，固化以形成聚合物层(步骤3)，在聚合物层上方沉积改性的可聚合组合物(步骤4)，固化以在聚合物层上方形成致密覆盖层(步骤5)，电极形成(步骤6)，以及升华(步骤7)以从聚合物层去除固体模板剂而形成经覆盖且电极化的空隙化聚合物层。如应理解的，可通过重复步骤2-6中的一个或多个来形成多层结构。

图6和图7中示出了示例空隙化聚合物材料的扫描电子显微镜(SEM)显微照片。如在显微照片中所见，空隙化聚合物材料包含聚合物基质和分散在整个基质中的多个空隙。如应理解的，空隙呈现出长程有序并且非均匀地分布在整个聚合物基质中。

图8中示意性地示出了一种用于形成复合材料或空隙化聚合物材料的示例性化学气相沉积(CVD)方法。在图8的方法中，真空腔室801包括辐射源802，其配置为引发引入到腔室801中的可聚合组合物的聚合。辐射源802可包括热灯丝或灯丝阵列，或辐射源如等离子体、UV、x-射线、γ射线、电子或电子束、可见光和处于适宜能级的离子。真空腔室801可包括一个或多个入口803和一个或多个出口804，用于向腔室中递送和从腔室中移除可聚合组合物及其副产物。

在腔室801内，基材805可设置在热控板806上，该热控板806可配置为将基材805加热或冷却至期望的温度。此外，根据各种实施方案，基材温度、腔室温度和腔室内的压力中的一者或多者可在整个沉积过程中保持恒定或变化。

在示例方法中，经由所述一个或多个入口803将聚合物前体807、模板剂808和任选的聚合引发剂809以蒸气状态引入腔室801。随着前述反应物冷凝并沉积在基材805上，经由聚合物前体807的聚合和模板剂808的结晶而在基材的沉积表面上形成复合薄膜。在一些实施方案中，聚合物前体807的聚合可在沉积期间和/或沉积之后在气相中引发。未冷凝/未反应的蒸气可经由出口804离开腔室801。

例如，在外延沉积方法中，化学反应物被控制，系统参数设置为使得沉积物质807-809降落在基材805的沉积表面上并经由表面扩散保持足够的移动性以使其自身根据沉积表面的结晶取向或表面结构来取向。

图9中示意性地示出了一种示例方法。在步骤1中，经由聚合物前体907和模板剂908的气相沉积形成薄膜，模板剂908在基材表面上凝结并分离成离散域。在步骤2中，分别由聚合物前体907和模板剂908的聚合和结晶形成聚合物区域917和结晶区域918，以形成复合薄膜。聚合物前体907的聚合和模板剂908的结晶可依次或同时发生。在步骤1和步骤2期间，可控制流速、温度和压力中的一者或多者以影响例如结晶区域918的微晶尺寸、次序和取向。结晶区域918的微晶尺寸、次序和取向也可能受到聚合物前体907和模板剂908的选择的影响，包括组成、极性、亲水性、手性等。

除了聚合引发剂809或其他催化剂外或代替聚合引发剂809或其他催化剂，聚合物前体907的聚合可以热的方式推进或通过辐射推进，如通过将新生薄膜暴露于等离子体、UV、x-射线、γ射线、中子、α粒子(He²⁺)、可见光、电子束等)。在一些情况下，聚合可在沉积过程中发生。在一些情况下，聚合可在沉积完成之后发生。

仍然参考图9，如步骤3中所示，可经由结晶区域918的升华形成空隙化聚合物薄膜。在一些实施方案中，可回填所得空隙928，如用第二结晶材料938，如步骤4中所示。

根据一些实施方案，堆叠的聚合物架构在图10中示意性地示出。分别参考图10A和10B，示例多层结构可包括交替设置在分层基材之间的复合聚合物薄膜和空隙化聚合物薄膜。基材1001、1002和1003可包括如本文所公开的任何合适的基材。在特定的实施方案中，基材1001、1002和1003可包括聚合物前体907的固化层，即在没有模板剂808、908的情况下形成的单域层。

图11-17中示出了进一步的示例模板剂。所示意的材料可作为对映异构体纯的组合物或作为外消旋混合物使用，并且可单独使用或以任何组合使用。在所示意的结构中，“R”可包括任何合适的官能团，包括但不限于CH₃、H、OH、OMe、OEt、OiPr、F、Cl、Br、I、Ph、NO₂、SO₃、SO₂Me、i-Pr、Pr、t-Bu、仲-Bu、Et、乙酰基、SH、SMe、羧基、醛、酰胺、胺、腈、酯、SO₂NH₃、NH₂、NMe₂、NMeH和C₂H₂，并且“n”可为0至4的任何整数值，包括端值。图11-17中示意的材料可表征为可汽化、可结晶并且在一些实施方案中可升华的。

图11中示出了多种示例模板剂。图12中示出了具有加合到蒽的甲基、羟基和氟官能团的特定示例模板剂组合物。图13中示出了示例氨基酸，图14中示出了示例糖，图15中示出了示例脂肪酸。作为进一步的实例，图16中示出了合适的烃，图17中示出了合适的类固醇组合物。

根据各种实施方案，试验1中阐述了一种通过模板升华形成纳米空隙化聚合物的示意性合成路线。

试验1-通过合并丙烯酸2-苯氧基乙酯(来自Sartomer的SR339，40.75重量％)、丙烯酸异癸酯(来自Sartomer的SR395，40.75重量％)、聚乙二醇丙烯酸酯(来自Sartomer的CD553，10重量％)、[3-丙-2-烯酰氧基-2,2-双(丙-2-烯酰氧基甲基)丙基]丙酸酯(来自Sartomer的SR351，8重量％)和安息香(0.5重量％)来制备溶液。然后通过向溶液(5.608g)中加入樟脑(5.809g)来制备混合物。搅拌混合物并在60℃下加热直至安息香和樟脑完全溶解形成均质溶液。将溶液封装在具有0.5mm塑料间隔物的两个8×50mm玻璃载玻片之间并加热至60℃。将薄膜暴露于365nm的UV辐射以使聚合物前体聚合并形成聚合物膜。通过在60℃的烘箱中加热聚合物膜来经由升华去除樟脑。在加热21小时后观察到大约50重量％的总重量损失。扫描电子显微镜成像证实了直径大约1至20微米的空隙的树枝状网络的形成。

如本文所公开，纳米空隙化聚合物可由包含聚合物前体和固体模板剂的可聚合组合物形成。在聚合物前体的固化期间或之后模板材料的相分离和升华可在先前被模板占据的新生聚合物基质的区域内产生空隙网络。示例模板材料包括多环芳烃(如2-萘酚和蒽)、樟脑、苯甲酸等，但也可考虑其他固体材料。根据各种实施方案，固体、可升华模板剂的使用避免了与液体模板剂相关联的难题，包括被聚合物基质吸收和提取过程中表面张力驱动的空隙塌陷。

固化可通过暴露于热或光化辐射来完成，这也可促进模板材料与聚合物前体之间的相分离。可在固化动作之前或期间发生的模板剂的结晶可能导致聚合物基质内具有随机、短程或长程有序的空隙网络的形成。在一些实例中，空隙结构可呈现出树枝状图案。升华可通过温度、压力等中的变化中的一者或多者来推进。

可使用多种沉积技术来将可聚合组合物的层沉积到基材上。可使用可聚合组合物的化学性质和沉积方法的细节来“裁剪”纳米空隙化聚合物层的特性，包括空隙尺寸、空隙尺寸分布、空隙密度、空隙短程有序或空隙长程有序的程度等，并相应地控制其机械和光学性质，包括致动响应、透射率和双折射。

在一些实施方案中，平均空隙尺寸可在大约5nm至大约20μm的范围内。在一些实施方案中，可在升华之前在可聚合组合物层上方形成无空隙的覆盖层，以产生具有平坦的、基本上无麻点(pock-free)的表面的纳米空隙化聚合物层。

多层结构可包括一个或多个纳米空隙化聚合物层，任选地包括一个或多个覆盖层，并还可包括配置为以电容方式致动一个或多个纳米空隙化聚合物层的成对电极。这样的纳米空隙化聚合物层可使用包括图案化和蚀刻毯式空隙化聚合物层的自上而下方法或使用其中可逐层形成结构化2D或3D元件的自下而上方法来结合到无源或有源光学器件中。

示例实施方案

实施例1：一种方法，其包括：形成包含聚合物前体和固体模板剂的可聚合组合物，形成可聚合组合物的涂层，处理所述涂层以形成在多个限定区域中具有固相的固化聚合物材料，以及从固化的聚合物材料去除至少一部分固相以形成空隙化聚合物层。

实施例2：实施例1的方法，其还包括处理可聚合组合物以形成均质溶液。

实施例3：实施例1和2中任一项的方法，其中去除至少一部分固相包括在大约30℃至大约300℃之间的温度下使模板剂升华。

实施例4：实施例1-3中任一项的方法，其中所述模板剂包括多芳烃。

实施例5：实施例1-4中任一项的方法，其中所述模板剂选自2-萘酚、蒽、苯甲酸、水杨酸、樟脑、糖精、奎宁、胆固醇、棕榈酸、硬脂酸、乙酰水杨酸、阿托品、砷、哌嗪和1,4-二氯苯。

实施例6：实施例1-5中任一项的方法，其中所述多个限定区域包括最大维度小于大约20微米的富模板材料域。

实施例7：实施例1-6中任一项的方法，其中去除至少一部分固相包括升华。

实施例8：实施例1-7中任一项的方法，其中所述空隙化聚合物层具有大约0.2MPa至大约500MPa的弹性模量。

实施例9：实施例1-8中任一项的方法，其中所述可聚合组合物还包含选自UV自由基引发剂、热自由基引发剂和氧化还原自由基引发剂的引发剂。

实施例10：一种方法，其包括：形成包含聚合物前体和固体模板剂的均质溶液，在基材上形成溶液的层，处理所述层以形成包含固相的离散域的固化聚合物材料，以及从所述域去除至少一部分固相以形成空隙化聚合物层。

实施例11：实施例10的方法，其中所述模板剂包括多芳烃。

实施例12：实施例10和11中任一项的方法，其中所述模板剂选自2-萘酚、蒽、苯甲酸、水杨酸、樟脑、糖精、奎宁、胆固醇、棕榈酸、硬脂酸、乙酰水杨酸、阿托品、砷、哌嗪和1,4-二氯苯。

实施例13：实施例10-12中任一项的方法，其中去除至少一部分固相包括升华。

实施例14：一种空隙化聚合物，其包含聚合物基质，所述聚合物基质具有非均匀地分散在整个聚合物基质中的多个空隙。

实施例15：实施例14的空隙化聚合物，其中所述空隙呈现出树枝状图案。

实施例16：一种致动器元件，其包括实施例14和15中任一项的空隙化聚合物的层，其中所述空隙化聚合物层设置在导电电极之间。

实施例17：一种声学元件，其包括实施例14和15中任一项的空隙化聚合物。

实施例18：一种方法，其包括：将汽化的反应物组合物引入到反应腔室中，所述汽化的反应物组合物包含聚合物前体和有机模板剂；在位于反应腔室内的基材上方形成包含反应物组合物的涂层；以及处理涂层以使聚合物前体固化并使有机模板剂结晶以形成复合层。

实施例19：实施例18的方法，其还包括从涂层去除至少一部分结晶的有机模板剂以形成空隙化聚合物层。

实施例20：实施例18和19中任一项的方法，其还包括在复合层的表面上方形成聚合物层。

实施例21：实施例18-20中任一项的方法，其还包括预处理基材以局部促进有机模板剂的结晶。

实施例22：实施例18-21中任一项的方法，其还包括在形成涂层之前在基材上方形成光对齐层。

实施例23：一种复合结构，其包括分散在聚合物域中的有机结晶域。

实施例24：实施例23的复合结构，其中所述结晶域的特征在于优选的晶体学取向。

实施例25：实施例23和24中任一项的复合结构，其中所述聚合物域的特征在于玻璃态。

实施例26：实施例23-25中任一项的复合结构，其中所述聚合物域是机械弹性的。

本公开的实施方案可包括各种类型的人工现实系统或结合各种类型的人工现实系统来实现。人工现实是一种现实形式，在呈现给用户之前已经以一定的方式进行了调整，其可包括例如虚拟现实、增强现实、混合现实、混杂现实或其一定的组合和/或衍生物。人工现实内容可包括完全由计算机生成的内容或与捕获的(例如，真实世界的)内容相结合的计算机生成内容。人工现实内容可包括视频、音频、触觉反馈或其一定的组合，它们中的任何一个都可在单个通道或多个通道中呈现(如向观看者产生三维(3D)效果的立体视频)。另外，在一些实施方案中，人工现实也可与用于例如在人工现实中创建内容和/或以其他方式用于人工现实中(例如，在人工现实中执行活动)的应用程序、产品、附件、服务或其一定的组合相关联。

可以各种不同的外形尺寸和配置来实现人工现实系统。一些人工现实系统可设计为在没有近眼显示器(NED)的情况下工作。其他人工现实系统可包括还提供对现实世界的可见性(例如，图18中的增强现实系统1800)或使用户在视觉上沉浸于人工现实中(例如，图19中的虚拟现实系统1900)的NED。虽然一些人工现实设备可为自包含系统，但其他人工现实设备可与外部设备通信和/或协作以向用户提供人工现实体验。这样的外部设备的实例包括手持式控制器、移动设备、台式计算机、用户佩戴的设备、一个或多个其他用户佩戴的设备和/或任何其他合适的外部系统。

转向图18，增强现实系统1800可包括眼戴设备1802，其具有配置为将左显示设备1815(A)和右显示设备1815(B)保持在用户眼睛前面的框架1810。显示设备1815(A)和1815(B)可一起或独立地动作以向用户呈现图像或图像系列。虽然增强现实系统1800包括两个显示器，但本公开的实施方案可在具有单个NED或多于两个NED的增强现实系统中实现。

在一些实施方案中，增强现实系统1800可包括一个或多个传感器，如传感器1840。传感器1840可响应于增强现实系统1800的运动而生成测量信号并可基本上位于框架1810的任何部分上。传感器1840可表示位置传感器、惯性测量单元(IMU)、深度相机组件、结构光发射器和/或检测器或其任何组合。在一些实施方案中，增强现实系统1800可包括或可不包括传感器1840，或可包括多于一个传感器。在传感器1840包括IMU的实施方案中，IMU可基于来自传感器1840的测量信号生成校准数据。传感器1840的实例可包括但不限于加速度计、陀螺仪、磁力计、检测运动的其他合适类型的传感器、用于IMU纠错的传感器或其一定的组合。

增强现实系统1800还可包括具有多个声学换能器1820(A)-1820(J)的麦克风阵列，这些声学换能器统称为声学换能器1820。声学换能器1820可为检测由声波引起的气压变化的换能器。每个声学换能器1820可配置为检测声音并将检测到的声音转换为电子格式(例如，模拟或数字格式)。图18中的麦克风阵列可包括例如十个声学换能器：1820(A)和1820(B)，其可设计为放置在用户的相应耳朵内，声学换能器1820(C)、1820(D)、1820(E)、1820(F)、1820(G)和1820(H)，其可定位在框架1810上的不同位置处，和/或声学换能器1820(I)和1820(J)，其可定位在相应的颈带1805上。

在一些实施方案中，声学换能器1820(A)-(F)中的一个或多个可用作输出换能器(例如，扬声器)。例如，声学换能器1820(A)和/或1820(B)可为耳塞或任何其他合适类型的耳机或扬声器。

麦克风阵列的声学换能器1820的配置可能会有所不同。虽然图18中将增强现实系统1800示出为具有十个声学换能器1820，但声学换能器1820的数量可大于或小于十。在一些实施方案中，使用较多数量的声学换能器1820可增加收集的音频信息的量和/或音频信息的灵敏度和准确性。相反，使用较少数量的声学换能器1820可降低相关联的控制器1850处理收集的音频信息所需的计算能力。另外，麦克风阵列的每个声学换能器1820的位置可能会有所不同。例如，声学换能器1820的位置可包括用户上的定义位置、框架1810上的定义坐标、与每个声学换能器1820相关联的定向、或其一定的组合。

声学换能器1820(A)和1820(B)可定位在用户耳朵的不同部分上，如耳廓后面、耳屏后面和/或外耳或耳窝内。或者，除了耳道内的声学换能器1820外，在耳朵上或耳朵周围还可有另外的声学换能器1820。将声学换能器1820定位在用户的耳道附近可使得麦克风阵列能够收集关于声音如何到达耳道的信息。通过将至少两个声学换能器1820定位在用户头部的任一侧上(例如，作为双耳麦克风)，增强现实设备1800可模拟双耳听力并捕获用户头部周围的3D立体声声场。在一些实施方案中，声学换能器1820(A)和1820(B)可经由有线连接1830连接到增强现实系统1800，而在其他实施方案中，声学换能器1820(A)和1820(B)可经由无线连接(例如，蓝牙连接)连接到增强现实系统1800。在还其他的实施方案中，声学换能器1820(A)和1820(B)可根本不与增强现实系统1800结合使用。

框架1810上的声学换能器1820可沿镜腿的长度定位、跨桥定位、定位在显示设备1815(A)和1815(B)的上方或下方，或其一定的组合。声学换能器1820可定向为使得麦克风阵列能够检测佩戴增强现实系统1800的用户周围广泛方向上的声音。在一些实施方案中，可在增强现实系统1800的制造期间进行优化过程来确定每个声学换能器1820在麦克风阵列中的相对定位。

在一些实例中，增强现实系统1800可包括或连接到外部设备(例如，配对设备)如颈带1805。颈带1805通常表示任何类型或形式的配对设备。因此，以下对颈带1805的讨论也可适用于各种其他配对设备，如充电盒、智能手表、智能手机、腕带、其他可穿戴设备、手持式控制器、平板电脑、膝上型电脑、其他外部计算设备等。

如所示，颈带1805可经由一个或多个连接器耦合到眼戴设备1802。连接器可以是有线的或无线的并可包括电气和/或非电气(例如，结构)部件。在一些情况下，眼戴设备1802和颈带1805可独立操作，而在它们之间没有任何有线或无线连接。虽然图18示意了在眼戴设备1802和颈带1805上的示例位置中的眼戴设备1802和颈带1805的部件，但这些部件可位于其他地方和/或不同地分布在眼戴设备1802和/或颈带1805上。在一些实施方案中，眼戴设备1802和颈带1805的部件可位于与眼戴设备1802、颈带1805或其一定的组合配对的一个或多个另外的外围设备上。

将外部设备如颈带1805与增强现实眼戴设备配对可使得眼戴设备能够取得一副眼镜的外形尺寸，同时仍为扩展功能提供足够的电池和计算能力。增强现实系统1800的一些或全部电池功率、计算资源和/或附加特征可由配对设备提供或在配对设备与眼戴设备之间共享，从而减少重量、热分布和眼戴设备整体的规格，同时仍保留所需的功能。例如，颈带1805可允许原本将包括在眼戴设备上的部件被包括在颈带1805中，因为用户在其肩上可承受的重量负荷比在其头上可承受的重量负荷更重。颈带1805还可具有在其上扩散热并将热分散到周围环境的更大表面积。因此，颈带1805可允许比在独立眼戴设备上原本可以的更大的电池和计算能力。由于颈带1805中携带的重量可能比眼戴设备1802中携带的重量对用户的侵入性小，故与用户容忍佩戴重的独立眼戴设备相比，用户可容忍更长时间地佩戴较轻的眼戴设备并携带或佩戴配对设备，从而使得用户能够更充分地将人工现实环境融入到其日常活动中。

颈带1805可以通信方式与眼戴设备1802和/或其他设备耦合。这些其他设备可向增强现实系统1800提供某些功能(例如，跟踪、定位、深度映射、处理、存储等)。在图18的实施方案中，颈带1805可包括两个声学换能器(例如，1820(I)和1820(J))，它们是麦克风阵列的一部分(或可能形成它们自己的麦克风子阵列)。颈带1805还可包括控制器1825和电源1835。

颈带1805的声学换能器1820(I)和1820(J)可配置为检测声音并将检测到的声音转换为电子格式(模拟或数字)。在图18的实施方案中，声学换能器1820(I)和1820(J)可定位在颈带1805上，从而增加颈带声学换能器1820(I)和1820(J)与定位在眼戴设备1802上的其他声学换能器1820之间的距离。在一些情况下，增加麦克风阵列的声学换能器1820之间的距离可提高经由麦克风阵列进行的波束形成的准确性。例如，如果声学换能器1820(C)和1820(D)检测到声音并且声学换能器1820(C)与1820(D)之间的距离大于例如声学换能器1820(D)与1820(E)之间的距离，则所确定的检测到的声音的源位置可能比如果声音已由声学换能器1820(D)和1820(E)检测到的情况更准确。

颈带1805的控制器1825可处理由颈带1805和/或增强现实系统1800上的传感器生成的信息。例如，控制器1825可处理来自麦克风阵列的、描述由麦克风阵列检测到的声音的信息。对于每个检测到的声音，控制器1825可进行到达方向(DOA)估计，以估计检测到的声音到达麦克风阵列的方向。当麦克风阵列检测到声音时，控制器1825可用该信息填充音频数据集。在增强现实系统1800包括惯性测量单元的实施方案中，控制器1825可从位于眼戴设备1802上的IMU计算所有惯性和空间计算。连接器可在增强现实系统1800与颈带1805之间以及增强现实系统1800与控制器1825之间传达信息。信息可呈光学数据、电气数据、无线数据或任何其他可传输数据形式的形式。将由增强现实系统1800生成的信息的处理移动到颈带1805可减少眼戴设备1802中的重量和热，使得其对于用户来说更舒适。

颈带1805中的电源1835可向眼戴设备1802和/或颈带1805供电。电源1835可包括但不限于锂离子电池、锂聚合物电池、一次锂电池、碱性电池或任何其他形式的电力储存。在一些情况下，电源1835可为有线电源。在颈带1805上而不是在眼戴设备1802上包括电源1835可帮助更好地分配由电源1835产生的重量和热。

如所指出的，一些人工现实系统可基本上用虚拟体验替换用户对现实世界的一种或多种感官知觉，而不是混合人工现实与实际现实。这种类型的系统的一个实例为头戴式显示系统，如图19中的虚拟现实系统1900，其基本上或完全覆盖用户的视野。虚拟现实系统1900可包括前刚性体1902和带1904，带1904的形状适合围绕用户的头部。虚拟现实系统1900还可包括输出音频换能器1906(A)和1906(B)。此外，虽然未在图19中示出，但前刚性体1902可包括一个或多个电子元件，包括一个或多个电子显示器、一个或多个惯性测量单元(IMU)、一个或多个跟踪发射器或检测器，和/或用于创建人工现实体验的任何其他合适的设备或系统。

人工现实系统可包括多种类型的视觉反馈机制。例如，增强现实系统1800和/或虚拟现实系统1900中的显示设备可包括一个或多个液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器、有机LED(OLED)显示器、数字光投影(DLP)微显示器、硅上液晶(LCoS)微显示器和/或任何其他合适类型的显示屏。人工现实系统可包括用于双眼的单个显示屏，或可为每只眼睛提供一个显示屏，这可为变焦调整或为校正用户的屈光不正提供额外的灵活性。一些人工现实系统还可包括具有一个或多个透镜(例如，常规凹透镜或凸透镜、菲涅耳透镜、可调节液体透镜等)的光学子系统，用户可通过这些透镜观看显示屏。这些光学子系统可用于多种用途，包括准直(例如，使物体看起来比其物理距离更远)、放大(例如，使物体看起来比其实际尺寸大)和/或中继(至例如观看者的眼睛)光。这些光学子系统可用于非光瞳形成架构(如直接准直光但导致所谓的枕形畸变的单透镜配置)和/或光瞳形成架构(如产生所谓的桶形畸变以抵消枕形畸变的多透镜配置)中。

除了使用显示屏外或代替使用显示屏，一些人工现实系统可包括一个或多个投影系统。例如，增强现实系统1800和/或虚拟现实系统1900中的显示设备可包括将光(使用例如波导)投影到显示设备中的微LED投影仪，如允许环境光通行经过的透明组合透镜。显示设备可将投影的光折射向用户的瞳孔并可使得用户能够同时观看人工现实内容和现实世界。显示设备可使用多种不同光学部件中的任何一种来实现这一点，包括波导部件(例如，全息、平面、衍射、偏振和/或反射波导元件)、光操纵表面和元件(如衍射、反射和折射元件及光栅)、耦合元件等。人工现实系统也可配置有任何其他合适类型或形式的图像投影系统，如在虚拟视网膜显示器中使用的视网膜投影仪。

人工现实系统还可包括各种类型的计算机视觉部件和子系统。例如，增强现实系统1800和/或虚拟现实系统1900可包括一个或多个光学传感器，如二维(2D)或3D相机、结构化光发射器和检测器、飞行时间深度传感器、单光束或扫描激光测距仪、3D LiDAR传感器和/或任何其他合适类型或形式的光学传感器。人工现实系统可处理来自这些传感器中的一个或多个的数据以识别用户的位置、映射现实世界、为用户提供关于现实世界环境的背景和/或执行各种其他功能。

人工现实系统还可包括一个或多个输入和/或输出音频换能器。在图19中示出的实例中，输出音频换能器1906(A)和1906(B)可包括音圈扬声器、带状扬声器、静电扬声器、压电扬声器、骨传导换能器、软骨传导换能器、耳屏振动换能器和/或任何其他合适类型或形式的音频转换器。类似地，输入音频换能器可包括电容式麦克风、动态麦克风、带状麦克风和/或任何其他类型或形式的输入换能器。在一些实施方案中，单个换能器可用于音频输入和音频输出两者。

虽然未在图18中示出，但人工现实系统可包括触觉感知(即，触觉)反馈系统，其可并入到头饰、手套、紧身衣、手持式控制器、环境设备(例如，椅子、地垫等)和/或任何其他类型的设备或系统中。触觉反馈系统可提供各种类型的皮肤反馈，包括振动、力、拖拉、纹理和/或温度。触觉反馈系统还可提供各种类型的动觉反馈，如运动和顺应性。触觉反馈可使用马达、压电致动器、流体系统和/或多种其他类型的反馈机制来实现。触觉反馈系统可独立于其他人工现实设备、在其他人工现实设备内和/或与其他人工现实设备相结合来实现。

通过提供触觉、听觉内容和/或视觉内容，人工现实系统可创建完整的虚拟体验或增强用户在各种背景和环境中的现实世界体验。例如，人工现实系统可帮助或扩展用户在特定环境中的感知、记忆或认知。一些系统可增强用户与现实世界中其他人的交互，或可实现与虚拟世界中其他人的更沉浸式的交互。人工现实系统也可用于教育目的(例如，用于学校、医院、政府机构、军事组织、商业企业等的教学或培训)、娱乐目的(例如，用于玩视频游戏、听音乐、观看视频内容等)和/或用于可及性目的(例如，作为助听器、助视器等)。本文公开的实施方案可在这些背景和环境中的一个或多个中和/或在其他背景和环境中实现或增强用户的人工现实体验。

如所指出的，人工现实系统1800和1900可与多种其他类型的设备一起使用以提供更引人入胜的人工现实体验。这些设备可以是具有换能器的触觉接口，其提供触觉反馈和/或收集关于用户与环境的交互的触觉信息。本文公开的人工现实系统可包括各种类型的触觉接口，其检测或传达各种类型的触觉信息，包括触觉反馈(例如，用户经由皮肤中的神经检测到的反馈，也可称为皮肤反馈)和/或动觉反馈(例如，用户经由位于肌肉、关节和/或肌腱中的感受器检测到的反馈)。

触觉反馈可由定位在用户环境(例如，椅子、桌子、地板等)内的接口和/或可由用户佩戴或携带的物品(例如，手套、腕带等)上的接口提供。作为一个实例，图20示意了呈可穿戴手套(触觉设备2010)和腕带(触觉设备2020)形式的振动触觉系统2000。触觉设备2010和触觉设备2020作为可穿戴设备的实例示出，这些设备包含柔性的可穿戴纺织品材料2030，成型和配置为分别贴靠用户的手和手腕定位。本公开还包括振动触觉系统，其可成型和配置为贴靠其他人体部位如手指、手臂、头、躯干、脚或腿定位。作为实例而非限制，根据本公开的各种实施方案的振动触觉系统也可呈手套、头带、臂章、袖子、头套、袜子、衬衫或裤子的形式，以及其他可能性。在一些实例中，术语“纺织品”可包括任何柔性的、可穿戴材料，包括织造织物、非织造织物、皮革、布、柔性聚合物材料、复合材料等。

一个或多个振动触觉设备2040可至少部分地定位在振动触觉系统2000的纺织材料2030中形成的一个或多个相应的口袋内。振动触觉设备2040可定位在向振动触觉系统2000的用户提供振动感觉(例如，触觉反馈)的位置中。例如，振动触觉设备2040可贴靠用户的一个或多个手指、拇指或手腕定位，如图20中所示。在一些实例中，振动触觉设备2040可以是足够柔性的以适形于用户的相应身体部位或随用户的相应身体部位弯曲。

用于向振动触觉设备2040施加电压以激活其的电源2050(例如，电池)可以电的方式耦合到振动触觉设备2040，如经由导电线2052。在一些实例中，每个振动触觉设备2040可独立地以电的方式耦合到电源2050以便一个一个单独激活。在一些实施方案中，处理器2060可以可操作地耦合到电源2050并配置(例如，编程)为控制振动触觉设备2040的激活。

振动触觉系统2000可以多种方式实现。在一些实例中，振动触觉系统2000可以是具有集成子系统和部件的独立系统，用于独立于其他设备和系统进行操作。作为另一个实例，振动触觉系统2000可配置为与另一个设备或系统2070交互。例如，在一些实例中，振动触觉系统2000可包括用于接收和/或发送信号至另一设备或系统2070的通信接口2080。其他设备或系统2070可以是移动设备、游戏控制台、人工现实(例如，虚拟现实、增强现实、混合现实)设备、个人计算机、平板电脑、网络设备(例如，调制解调器、路由器等)、手持式控制器等。通信接口2080可经由无线(例如，Wi-Fi、蓝牙、蜂窝、无线电等)连接或有线连接实现振动触觉系统2000与其他设备或系统2070之间的通信。如果存在，通信接口2080可与处理器2060通信，如向处理器2060提供信号以激活或停用一个或多个振动触觉设备2040。

振动触觉系统2000可任选地包括其他子系统和部件，如触敏垫2090、压力传感器、运动传感器、位置传感器、照明元件和/或用户界面元件(例如，开/关按钮、振动控制元件等)。在使用期间，振动触觉设备2040可配置为出于多种不同的原因而被激活，如响应于用户与用户界面元件的交互、来自运动或位置传感器的信号、来自触敏垫2090的信号、来自压力传感器的信号、来自其他设备或系统2070的信号等。

尽管电源2050、处理器2060和通信接口2080在图20中示意为定位在触觉设备2020中，但本公开不限于此。例如，电源2050、处理器2060或通信接口2080中的一个或多个可定位在触觉设备2010内或另一可穿戴纺织品内。

触觉可穿戴设备，如结合图20示出和描述的那些，可在多种类型的人工现实系统和环境中实现。图21示出了一种示例人工现实环境2100，其包括一个头戴式虚拟现实显示器和两个触觉设备(即，手套)，在其他实施方案中，这些部件和其他部件中的任何数量和/或组合可被包括在人工现实系统中。例如，在一些实施方案中，可能存在多个头戴式显示器，每个头戴式显示器具有相关联的触觉设备，每个头戴式显示器和每个触觉设备与同一个控制台、便携式计算设备或其他计算系统通信。

头戴式显示器2102通常为任何类型或形式的虚拟现实系统，如图19中的虚拟现实系统1900。触觉设备2104通常为由人工现实系统的用户佩戴的任何类型或形式的可穿戴设备，其向用户提供触觉反馈以给予用户他或她正在与虚拟对象物理接触的感觉。在一些实施方案中，触觉设备2104可通过向用户施加振动、运动和/或力来提供触觉反馈。例如，触觉设备2104可限制或增强用户的移动。举一个具体的实例，触觉设备2104可限制用户的手向前移动，以使用户感觉到他或她的手已与虚拟墙发生物理接触。在此特定实例中，触觉设备内的一个或多个致动器可通过向触觉设备的可充气气囊中泵入流体来实现物理移动限制。在一些实例中，用户还可使用触觉设备2104来向控制台发送动作请求。动作请求的实例包括但不限于启动应用程序和/或结束应用程序的请求和/或执行应用程序内的特定动作的请求。

虽然触觉接口可与虚拟现实系统一起使用，如图21中所示，但触觉接口也可与增强现实系统一起使用，如图22中所示。图22为用户2210与增强现实系统2200交互的透视图。在此实例中，用户2210可佩戴一副增强现实眼镜2220，该眼镜可具有一个或多个显示器2222并且与触觉设备2230配对。在此实例中，触觉设备2230可以是包括多个带元件2232和将带元件2232彼此连接的张紧机构2234的腕带。

一个或多个带元件2232可包括适合于提供触觉反馈的任何类型或形式的致动器。例如，带元件2232中的一个或多个可配置为提供各种类型的皮肤反馈中的一种或多种，包括振动、力、拖拉、纹理和/或温度。为了提供这样的反馈，带元件2232可包括各种类型的致动器中的一种或多种。在一个实例中，带元件2232中的每一个可包括振动触觉器(例如，振动触觉致动器)，其配置为一致地或独立地振动以向用户提供各种类型的触觉感觉中的一种或多种。或者，仅单个带元件或带元件的一部分可包括振动触觉器。

触觉设备2010、2020、2104和2230可包括任何合适数量和/或类型的触觉换能器、传感器和/或反馈机制。例如，触觉设备2010、2020、2104和2230可包括一个或多个机械换能器、压电换能器和/或流体换能器。触觉设备2010、2020、2104和2230还可包括不同类型和形式的换能器的各种组合，它们一起或独立地工作以增强用户的人工现实体验。在一个实例中，触觉设备2230的带元件2232中的每一个可包括振动触觉器(例如，振动触觉致动器)，其配置为一致地或独立地振动以向用户提供各种类型的触觉感觉中的一种或多种。

本文描述和/或示意的过程参数和步骤顺序仅作为实例给出并可根据需要变化。例如，虽然本文示意和/或描述的步骤可能是以特定的顺序示出或讨论的，但这些步骤不一定需要以所示意或讨论的顺序执行。本文描述和/或示意的各种示例性方法也可省略本文描述或示意的步骤中的一个或多个，或者在所公开的那些之外还包括另外的步骤。

提供前面的描述是为了使本领域的其他技术人员能够最好地利用本文公开的示例性实施方案的各个方面。该示例性描述并不意图详尽无遗，也不意图局限于所公开的任何精确形式。在不背离本公开的精神和范围的情况下，许多修改和变化是可能的。本文公开的实施方案应被视为在所有方面都是示意性的而非限制性的。在确定本公开的范围时应参考所附权利要求及其等同物。

除非另有说明，否则在说明书和权利要求书中使用的术语“连接到”和“耦合到”(和它们的衍生形式)应理解为既允许直接连接又允许间接(即，经由其他元件或部件)连接。另外，在说明书和权利要求书中使用的术语“一个(a/an)”应理解为“……中的至少一个”。最后，为了便于使用，在说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“具有”(和它们的衍生形式)可与“包含”一词互换并具有相同的含义。

应理解，当元件如层或区域被提及为形成在另一个元件上、沉积在另一个元件上、或设置在另一个元件“上”或“上方”时，它可直接位于另一个元件的至少一部分上，或者也可存在一个或多个中间元件。相反，当元件被提及为“直接在另一个元件上”或“直接在另一个元件上方”时，它可位于另一个元件的至少一部分上，而没有中间元件存在。

虽然可使用过渡表述“包含”来公开特定实施方案的各种特征、元件或步骤，但应理解，隐含了替代的实施方案，包括可使用过渡表述“由……组成”或“基本上由……组成”来描述的那些。因此，例如，包含或包括氧化铟锡的电极的隐含替代实施方案包括其中电极基本上由氧化铟锡组成的实施方案和其中电极由氧化铟锡组成的实施方案。

Claims (15)

1.一种方法，所述方法包括：

形成包含聚合物前体和固体模板剂的可聚合组合物；

形成所述可聚合组合物的涂层；

处理所述涂层以形成在多个限定区域中包含固相的固化聚合物材料；和

从所述固化的聚合物材料去除至少一部分所述固相以形成空隙化聚合物层。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括处理所述可聚合组合物以形成均质溶液。

3.根据权利要求1所述的方法，其中去除至少一部分所述固相包括在大约30℃至大约300℃之间的温度下使所述模板剂升华。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述模板剂包含多芳烃。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述模板剂选自2-萘酚、蒽、苯甲酸、水杨酸、樟脑、糖精、奎宁、胆固醇、棕榈酸、硬脂酸、乙酰水杨酸、阿托品、砷、哌嗪和1,4-二氯苯。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个限定区域包括最大维度小于大约20μm的富模板材料域。

7.根据权利要求1所述的方法，其中去除至少一部分所述固相包括升华。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述空隙化聚合物层具有大约0.2MPa至大约500MPa的弹性模量。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述可聚合组合物还包含选自UV自由基引发剂、热自由基引发剂和氧化还原自由基引发剂的引发剂。

10.一种方法，所述方法包括：

形成包含聚合物前体和固体模板剂的均质溶液；

在基材上形成所述溶液的层；

处理所述层以形成包含固体模板剂相的离散域的固化聚合物材料；和

从所述域去除至少一部分所述固相以形成空隙化聚合物层。

11.一种空隙化聚合物，所述空隙化聚合物包含：

聚合物基质，所述聚合物基质具有非均匀地分散在整个所述聚合物基质中的多个空隙。

12.一种致动器元件，所述致动器元件包括根据权利要求11所述的空隙化聚合物的层，其中所述空隙化聚合物层设置在导电电极之间。

13.一种声学元件，所述声学元件包含根据权利要求11所述的空隙化聚合物。

14.一种方法，所述方法包括：

将汽化的反应物组合物引入到反应腔室中，所述汽化的反应物组合物包含聚合物前体和有机模板剂；

在位于所述反应腔室内的基材上方形成包含所述反应物组合物的涂层；和

处理所述涂层以使所述聚合物前体固化并使所述有机模板剂结晶以形成复合层。

15.一种复合结构，所述复合结构包含：

分散在聚合物域之间的有机结晶域。

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