DE68908559T2 - Kristallzüchtung von kolloidkugeln in suspension. - Google Patents

Kristallzüchtung von kolloidkugeln in suspension.

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Description

  • Diese Erfindung betrifft kolloidale Kugeln in einer Suspension, insbesondere ein Verfahren zur Züchtung von orientierten kolloidalen Einkristallen und damit hergestellte Vorrichtungen.
  • Kolloidale Kugeln besitzen eine gleichmäßige Größe und sind perfekt runde Teilchen, die üblicherweise aus Materialien, wie Polymeren oder Keramiken, hergestellt werden. Sie lassen sich als harte oder weiche, feste oder poröse Kugeln herstellen. Kolloidale Kugeln lassen sich unter Verwendung von Verfahren, wie Emulsionspolymerisation, oder durch ein sich kleiner Saatteilchen, um ein gleichmäßiges Wachstum zu erzielen, bedienenden Verfahrens, herstellen. Die Kugeln können sich unter Ausbildung einer räumlichen Anordnung, die als kolloidaler Kristall bezeichnet wird, packen, diese räumliche Anordnung besitzt jedoch keine Fernordnung. Ein kolloidaler Kristall kann in freier Luft oder in einem Zustand, in dem der Zwischenkugelraum mit einer Flüssigkeit, beispielsweise der Flüssigkeit, die als eine Suspensionsflüssigkeit eingesetzt wird, gefüllt ist, existieren.
  • Suspensionen kugelförmiger kolloidaler Teilchen einer einzigen Größe in einer Flüssigkeit zeigen mit Erhöhung der Teilchenkonzentration einen Bereich eines Phasenverhaltens (P.N. Pusey und W. van Megen, Nature 320, Nr. 6060, S. 340, 1986). Wenn Kugeln, deren Wechselwirkung übermäßig groß und abstoßend ist, d.h. eine im wesentlichen harte Kugel, betrachtet werden, dann wird die Konzentration dieser Kugeln als Volumenteil φ, nämlich dem Teil des Gesamtvolumens der Suspension, der von den Teilchen besetzt wird, ausgedrückt.
  • Bei φ ≤ 0,49 ist der Gleichgewichtszustand der Teilchen in Suspension flüssigkeitsähnlich: Die Teilchen sind in der Lage, durch Brown'sche Bewegung durch die Suspension zu diffundieren. Bei φ ≥ 0,55 ist der Gleichgewichtszustand kristallin: Die Teilchen befinden sich an (bestimmten) stellen in einer geordneten räumlichen Anordnung. Bei 0,49 ≤ φ ≤ 0,55 findet man eine Koexistenz von flüssigkeitsähnlichen und kristallinen Phasen. Bei φ ≥ 0,58- 0,60 wird immer noch erwartet, daß der Gleichgewichtszustand kristallin ist, die hohe Viskosität der Suspension scheint eine Teilchendiffusion bis zu dem Punkt, bei dem eine Kristallisation im wesentlichen unterdrückt ist und eine glasartige amorphe feststoffähnliche Phase gebildet wird, einzuschränken.
  • Zwei Kristallisationsmechanismen wurden festgestellt. Die Proben werden gründlich vermischt und ungestört absitzengelassen. Bei 0,49 ≤ φ ≤ 0,58 findet eine Kristallisation durch homogene Keimbildung an zufällig über die gesamte Probe hinweg verteilten Stellen statt, wobei kleine kompakte Kristalliten mit Zufallsorientierungen wachsen. Bei φ ≤ 0,58 (d.h. nahe der Glasumwandlung) kann eine Kristallisation durch heterogene Keimbildung an den Wänden der Probenzelle erfolgen, wobei größere unregelmäßig geformte Kristalliten im Inneren wachsen.
  • Drei Merkmale dieser spontan nach den beiden Mechanismen gebildeten Kristalle machen sie für Materialanwendungen ungeeignet:
  • (i) Die Kristalle enthalten eine große Zahl an Stapelfehlern. Ihre Struktur ist tatsächlich ein Zufallsgemisch aus einer kubisch flächenzentrierten Packung (f.c.c.) und einer hexagonal dichten Packung (h.c.p.).
  • (ii) Die Orientierung der Kristalliten ist zufällig.
  • (iii) In unvermeidbarer Weise nehmen Korngrenzen mit einer fehlerhaften kristallinen Packung einen wesentlichen Teil der Probe ein.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die obigen Probleme gelöst, indem eine gut gemischte Suspension von kolloidalen Kugeln einer einzigen Größe in einer relativ engen Lücke zwischen zwei tatsächlich parallelen Oberflächen besäumt wird. Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur Züchtung orientierter, im wesentlichen perfekter, kolloidaler Einkristalle sowie durch dieses Verfahren hergestellte Vorrichtungen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Züchtung eines orientierten, im wesentlichen perfekten kolloidalen Einkristalls die aufeinanderfolgenden Schritte:
  • i) Herstellen einer gut gemischten Suspension kolloidaler Kugeln einer einzigen Größe mit Radien im Bereich von 0,1 um bis 1,0 um, die einen Volumenanteil φ von mehr als 0,49 in einer geeigneten Trägerflüssigkeit aufweisen,
  • (ii) Einbringen der kolloidalen Suspension in eine relativ enge Lücke zwischen zwei tatsächlich parallele Oberflächen und
  • (iii) Unterwerfen der Oberflächen einer relativen Hin- und Herbewegung parallel zu ihren Oberflächen, wobei die relative Bewegung eine über der Brown'schen Bewegung der kolloidalen Kugeln liegende Frequenz und eine etwa der Amplitude der Lücke zwischen den beiden Oberflächen entsprechende Amplitude aufweist.
  • Typische eingesetzte Größenverteilungen von kolloidalen Kugeln einer einzigen Größe, die sich für das erfindungsgemäße Verfahren eignen, sind Verteilungen von weniger als 5%.
  • Der bevorzugte minimale Volumenanteil der kolloidalen Kugeln ist 0,55.
  • Die relative Bewegung der Platten ist vorzugsweise linear.
  • Die beiden Oberflächen müssen planar oder konzentrisch zylindrisch sein.
  • Eine Auswahl einer geeigneten Trägerflüssigkeit für eine Suspension kann durch die Notwendigkeit nach einer Flüssigkeit mit einem dem Brechungsindex der Teilchen nahekommenden, jedoch nicht exakt entsprechenden Brechungsindex charakterisiert sein.
  • Nach zur Ausbildung einer Struktur, bei der es sich im wesentlichen um einen Einkristall handelt, ausreichenden Hin- und Herbewegungen, können geeignete Versiegelungshilfsmittel eingesetzt werden, um die Trägerflüssigkeit in einer Position zwischen den Oberflächen festzuhalten. Alternativ dazu kann die Trägerflüssigkeit einem Gelierreagens ausgesetzt werden, so daß sie eine beständige, die Kolloidteilchen in der gewünschten Einkristallstruktur haltende Gelmatrix ausbildet. Eine dritte Alternative besteht darin, die Flüssigkeit verdampfen zu lassen, wenn die kolloidalen Teilchen eine sich selbsttragende Struktur auszubilden vermögen.
  • Die Amplitude der eingesetzten Hin- und Herbewegung ist entscheidend für die Ausbildung der kolloidalen Einkristalle. Der perfekte Einkristall wird erhalten, wenn diese Amplitude grob der Größe der Lücke zwischen den beiden Oberflächen, die besäumt werden, entspricht. Dies entspricht einer angewendeten Belastung von etwa 1: Jedes Teilchen bewegt sich in dem Scherfluß über einen etwa einem Teilchendurchmesser relativ zu seinen Nachbarn in benachbarten Schichten entsprechenden Abstand hinweg. Bei kleineren Amplituden wird keine Kristallisation induziert, wohingegen die mit Hin- und Herbewegungen größerer Amplituden erzeugte Struktur komplizierter wird.
  • Die Frequenz ν der Hin- und Herbewegung ist ferner von Bedeutung. Die durch die angewendete Hin- und Herbewegungsscherkraft ausgeübte Bewegung muß die natürliche Brown'sche Bewegung der Kugeln übersteigen. Eine Brown'sche Relaxations-zeit τB läßt sich durch die folgende Gleichung definieren:
  • τB = ηR³(kBT)&supmin;¹ (1)
  • worin η die bei geringen Scherraten bestimmte Viskosität der Suspension darstellt, R für den Radius der Teilchen steht, kB die Boltzmann-Konstante bedeutet und T die absolute Temperatur ist.
  • Die Bedingung für eine durch Scherkraft induzierte Kristallisation ist:
  • ντB > A (2)
  • worin A eine Zahl der Ordnung 1 ist.
  • Die Zahl der typischerweise zur Herstellung orientierter, im wesentlichen perfekter, kolloidaler Kristalle benötigten Hin- und Herbewegungen liegt zwischen 100 und 1000. Typische Lücken zwischen Platten schwanken zwischen 50 und 1000 um.
  • Nach einer Züchtung geeigneter kolloidaler Kristalle wird das Licht, das durch die Kristalle hindurchgelassen wird, gebrochen und in einigen definierten Richtungen konzentriert. Diese Beugungsmuster zeigen, daß die kolloidalen Kugeln während der Hin- und Herbewegung in einer fließenden kubisch flächenzentrierten Struktur mit einem Satz hexagonal gepackter, parallel zu den Oberflächen angeordneter Flächen angeordnet sind. Wenn die Scherkraft an einem geeigneten Punkt im Oszillationszyklus abgestoppt wird, bleibt ein kubisch flächenzentrierter Einkristall zurück.
  • Orientierte, im wesentlichen perfekte, kolloidale Einkristalle lassen sich typischerweise als optische Kerb- oder Schmalbandfilter für Lasersicherheitsbrillen und andere optische Anwendungen, zur Herstellung hochfester Keramiken mit einer hohen Packungsdichte oder in anderen technologischen Bereichen, in denen im wesentlichen perfekt gestapelte und orientierte dünne Schichten erforderlich sind, z.B. für dielektrische Dünnfilmmaterialien, einsetzen. Werden die kolloidalen Einkristalle für optische Anwendungen eingesetzt, muß mindestens eine der tatsächlich parallelen Oberflächen optisch transparent sein.
  • Ein optisches Kerbfilter kann eine Zahl (typischerweise 10 bis 1000) von Schichten hexagonal gepackter kolloidaler Kugeln einer einzigen Größe, die in einer derartigen Weise gestapelt sind, daß sie einen perfekten Kristall bilden, aufweisen.
  • Wenn eine derartige Anordnung senkrecht mit Weißlicht belichtet wird, wird der spektrale Bestandteil, der der Bragg'schen Bedingung für eine Reflexion durch die Kugelschichten genügt, stark zurückreflektiert. Licht anderer Wellenlängen wird jedoch durch das Filter relativ unabgeschwächt durchgelassen.
  • Für durch einen Abstand d beabstandete Teilchenschichten ist die Bedingung für die Bragg'sche Rückflexion:
  • 2d = λ&sub0;n&supmin;¹ (3)
  • worin λ&sub0; die Wellenlänge des reflektierten Lichts im Vakuum ist und n den Brechungsindex des kolloidalen Mediums bedeutet, wobei das kolloidale Medium als die Suspension der kolloidalen Kugeln in der Trägerflüssigkeit definiert ist. Für eine dichtgepackte kubisch flächenzentrierte Struktur beträgt die Beziehung zwischen dem Kugelradius R und dem Schichtabstand:
  • d = 2 [2/3]R = 1.633 R (4)
  • somit wird (3):
  • R = λ&sub0; (3.27 n)&supmin;¹ (5)
  • Unter Verwendung kolloidaler Kugeln eines Radius von 102 nm wird beispielsweise ein kolloidale Kugeln eines Brechungsindex von 1,5 einsetzender Filter erhalten, der Licht einer Wellenlänge von 500 nm blockiert.
  • Ferner kann eine Reflexion bei sich von der Rückwärtsrichtung unterscheidenden Winkeln auftreten. Beispielsweise bei größeren Kugeln eines Radius R = 300 nm (und einem Brechungsindex der Trägerflüssigkeit von 1,5) wird Licht einer Wellenlänge λ&sub0; = 490 nm in drei Strahlen etwa 39º aus der (senkrechten) einfallenden Richtung abgelenkt, womit noch eine gute Filtration des durchgelassenen Lichts gewährleistet wird. Dies wird jedoch von anderen Reflexionen begleitet: λ&sub0; = 738 nm bei einem Winkel von etwa 70º, λ&sub0; = 735 nm bei einem Winkel von etwa 110º und λ&sub0; = 668 nm bei einem Winkel von etwa 121º.
  • Nichts desto trotz könnte die Verwendung größerer Kugeln ( R = etwa 300 nm im Gegensatz zu 100 nm für eine Rückreflexion) für Herstellungsverfahren günstig sein. Beispielsweise ist es leichter, größere Kugeln herzustellen, die die für eine Kristallisation erforderliche engere Größenverteilung aufweisen.
  • Die optimale Zahl N an Schichten der kolloidalen Kugeln in einem Kerbfilter wird durch einen Kompromiß zwischen zwei Faktoren, der optischen Auflösung des Filters und seiner Dämpfung bzw. Abschwächung, bestimmt. Die Breite Δ der durch den Filter entfernten Spektrallinie ist in etwa wie folgt definiert:
  • Δ/λ&sub0; N&supmin;¹ (6)
  • Somit liefern 100 Schichten eine Auflösung λ&sub0;/Δ von etwa 10². Die Filterdämpfung hängt im groben von der optischen Inhomogenität der kolloidalen Kugeln ab.
  • Typische Materialien einer kolloidalen Suspension für den Aufbau von optischen Kerbfiltern sind ladungsstabilisierte kolloidale Polymerkugeln, z.B. Polystyrol in Wasser, sterisch stabilisierte polymerkolloide, z.B. polymethylmethacrylat (PMMA) in einer organischen Trägerflüssigkeit oder einem Gemisch organischer Flüssigkeiten, z.B. Dodecan, Decalin, Tetralin, Cyclohexan oder Kohlenstoffdisulfid. Alternativ dazu können als entweder ladungsstabilisierte Kolloidkugeln in Wasser oder sterisch stabilisierte Kolloidkugeln in einer organischen Flüssigkeit oder einem Gemisch organischer Flüssigkeiten, z.B. Dodecan, Decalin, Tetralin, Cyclohexan oder Kohlenstoffdisulfid, Kolloidkugeln von Materialien, z.B. Siliciumdioxid, Titanoxid, Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid, eingesetzt werden.
  • Die vorliegende Erfindung kann ferner auf die Herstellung hochfester Keramiken angewendet werden. Kolloidale Kugeln keramischer Materialien, z.B. Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid oder Titanoxid, die in Wasser ladungsstabilisiert oder in einer organischen Flüssigkeit, z.B. Dodecan oder Cyclohexan, sterisch stabilisiert sind, werden in einer konzentrierten Suspension hergestellt. Bei dem derzeitigen Herstellungsverfahren wird dieses Material als ein Grünling gegossen. Dieser wird getrocknet und gesintert, wobei ein Endprodukt gebildet wird. Die beiden Anforderungen an den Grünling für hochfeste Keramiken sind eine hohe Gesamtpackungsdichte der Kugeln zur Minimierung einer Schrumpfung beim Trocknen und die Abwesenheit von Lunkern (oder lokalen Bereichen einer niedrigen Packungsdichte), die in dem fertigen gesinterten Material Keime für Schwächungen bilden könnten. Aus dem letzteren Grund ist ein polykristalliner Grünling aufgrund der potentiell schwächenden Korngrenzen zwischen Kristalliten ungeeignet. Um dies zu vermeiden, wird gegenwärtig eine amorphe oder glasartige Anordnung der Kugeln bevorzugt. Der maximale Volumenanteil φ der verdichteten Kugeln einer einzigen Größe ist etwa 0,64 (die zufällige dichteste Packung), wohingegen eine kristalline dichteste Packung einen deutlich höheren Volumenanteil von etwa 0,74 aufweist.
  • Um diese Erfindung zu verwenden, wird eine Suspension kolloidaler Kugeln des keramischen Materials mit einem Volumenanteil von φ = 0,6 in eine derart konzipierte Form eingebracht, daß eine Scherkraft in Form einer Hin- und Herbewegung angewendet werden kann. Nach einer ausreichenden Zahl von Scherzyklen sind die Kugeln im Raum als ein perfekter kubisch flächenzentrierter Kristall angeordnet. Dieser wird anschließend auf φ = 0,74 vor einem Sintern verdichtet. Dieses Verfahren umgeht die Schwierigkeiten der oben beschriebenen niedrigen Gesamtpackungsdichten und lokalen Packungsdichten. Keramische Platten und Rohre werden durch Ausüben einer oszillierenden Scherkraft in einer planaren bzw. zylindrischen Geometrie hergestellt.
  • Spezielle Anwendungen der Erfindung werden im folgenden lediglich anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren, in denen
  • Fig. 1 eine schematische Darstellung der zur Orientierung im wesentlichen perfekter kolloidaler Kristalle in einer planaren linearen Geometrie eingesetzten Vorrichtung ist,
  • Fig. 2 einen schematischen Querschnitt eines optischen Kerbfilters darstellt,
  • Fig. 3 eine schematische Grundrißansicht des in Fig. 2 beschriebenen optischen Kerbfilters ist, und
  • Fig. 4 einen schematischen Querschnitt der zur Orientierung im wesentlichen perfekter kolloidaler Kristalle in einer zylindrischen Geometrie eingesetzten Vorrichtung darstellt,
  • beschrieben.
  • Wie in Fig. 1 gezeigt, besteht eine Ausführungsform der Erfindung darin, daß eine wohl durchmischte kolloidale Suspension 1 zwischen zwei Schmelz- bzw. Tafelglasplatten 2 und 3 angeordnet wird. Die kolloidale Suspension 1 enthält kolloidale Kugeln eines Radius von etwa 100 nm. Die Glasplatten 2 und 3 sind etwa 0,5 mm bis 1,0 mm dick. Um eine Lücke von 50 bis 1000 um zwischen den beiden Platten bereitzustellen, werden Abstandshalter 4 eingesetzt. Eine lineare seitliche Relativbewegung der Platte 3 bezüglich der Platte 2 wird durch einen Schrittmotor 5 und eine lineare Translationsvorrichtung 6 bewirkt. Der Schrittmotor und die lineare Translationsvorrichtung gewährleisten akkurate, lineare, seitliche Hin- und Herbewegungen einer über der Brown'schen Bewegung der Kugeln der kolloidalen Suspension liegenden Frequenz und eine etwa der Lücke zwischen den Platten 2 und 3 entsprechende Amplitude.
  • In einem Beispiel war in einer Lücke von 100 um zwischen den Glasplatten 2 und 3 eine kolloidale Suspension von Siliciumdioxidkugeln in Wasser eines Volumenanteils von 0,57 enthalten. Um eine seitliche Hin- und Herbewegung der Platte 3 mit einer Amplitude von etwa 100 um und einer Frequenz von 1 Hz zu induzieren, wurden ein Schrittmotor 5 und eine Translationsvorrichtung 6 eingesetzt. Nach etwa 1000 Zyklen bildet sich eine Einkristallschicht aus.
  • Die in Fig. 2 beschriebene Vorrichtung kann zur Herstellung eines im wesentlichen perfekten, orientierten, kolloidalen Einkristallmaterials, das anschließend, wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, ein integrierter Teil eines optischen Kerbfilters wird, eingesetzt werden. Die kolloidale Suspension 1 besteht infolge einer Ausrichtung durch eine präzis gesteuerte Relativbewegung, wie in Fig. 1 beschrieben, aus einer einkristallinen Anordnung 11 orientierter, im wesentlichen perfekter, kolloidaler Kristalle. In einer alternativen Anordnung kann entweder eine oder beide Platten 2 und 3 aus einem Linsenmaterial mit präzisen optischen Eigenschaften anstatt eines in Beispiel 1 beschriebenen Tafelglases bestehen. Nach Ausbildung einer einkristallinen Schicht wird ein Epoxyversiegelungsmittel 12 zur Versiegelung der Lücke an den äußeren Kanten der Platten 2 und 3 verwendet. Wie aus der Grundrißansicht in Fig. 3 ersichtlich, besitzt der Kerbfilter Grundrißabmessungen von etwa 5 cm x 5 cm.
  • Unter Verwendung der beschriebenen Erfindung können ferner zylindrische Geometrien hergestellt werden. Fig. 4 beschreibt eine Vorrichtung, bei der eine kolloidale Suspension 21 zwischen eine zylindrische Platte 22 einer Dicke von etwa 1 mm und eine Stange 23, die konzentrisch (zueinander) sind, eingeschlossen ist. Die Stange 23 wird einer durch einen Schrittmotor 24 ausgeübten oszillierenden Scherkraft unterworfen. Zwischen der zylindrischen Platte 22 und der Stange 23 besteht eine Lücke von etwa 50 um bis 1000 um. Die Oszillationsamplitude ist so eingestellt, daß sie etwa der Lückenbreite entspricht.
  • Die in den Fig. 1 bis 4 beschriebene Vorrichtung kann zur Herstellung hochfester Keramikplatten und -röhren eingesetzt werden, wobei kolloidale Suspensionen 1 und 21 aus Materialien, z.B. ladungsstabilisiertem Aluminiumoxid in Wasser, bei einem Volumenanteil von 0,6 hergestellt werden.

Claims (30)

1. Verfahren zur Züchtung eines orientierten, im wesentlichen perfekten, kolloidalen Einkristalls, umfassend die aufeinanderfolgenden Schritte:
(i) Herstellen einer gut gemischten Suspension kolloidaler Kugeln einer einzigen Größe mit Radien im Bereich von 0,1 um bis 1,0 um, die einen Volumenanteil φ von mehr als 0,49 in einer geeigneten Trägerflüssigkeit aufweisen,
(ii) Einbringen der kolloidalen Suspension in eine relativ enge Lücke zwischen zwei tatsächlich parallele Oberflächen und
(iii) Unterwerfen der Oberflächen einer relativen Hin- und Herbewegung parallel zu ihren Oberflächen, wobei die relative Bewegung eine über der Brown'schen Bewegung der kolloidalen Kugeln liegende Frequenz und eine etwa der Antplitude der Lücke zwischen den beiden Oberflächen entsprechende Amplitude aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der kolloidale Einkristall dadurch gekennzeichnet ist, daß er eine orientierte, im wesentlichen perfekte, kubisch flächenzentrierte Struktur aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der minimale Volumenanteil der kolloiden Teilchen 0,55 beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die relative Bewegung linear ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die beiden Oberflächen planar sind.
6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die beiden Oberflächen konzentrisch zylinderförmig sind.
7. Verfahren nach Anspruch 1, des weiteren umfassend den nachfolgenden Schritt des Versiegelns des erhaltenen kolloidalen Einkristalls zwischen den beiden Oberflächen.
8. Verfahren nach Anspruch 1, des weiteren umfassend die nachfolgenden Schritte:
Verdampfen von mindestens etwas der Trägerflüssigkeit und
Versiegeln des kolloidalen Einkristalls zwischen den Oberflächen.
9. Verfahren nach Anspruch 1, des weiteren umfassend die nachfolgenden Schritte:
Verwenden eines Geliermittels zur Umsetzung mit der Trägerflüssigkeit und Bildung einer Gelmatrix für den kolloidalen Einkristall und danach
Versiegeln der Gelmatrix und des Kristalls zwischen den Oberflächen.
10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der Oberflächen optisch transparent ist.
11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Suspension ladungsstabilisierte anorganische kolloidale Kugeln in Wasser umfaßt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die ladungsstabilisierten anorganischen Kugeln Kugeln aus Siliziumdioxid, Titanoxid, Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid sind.
13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Suspension sterisch stabilisierte anorganische kolloide Kugeln in mindestens einer organischen Trägerflüssigkeit umfaßt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die sterisch stabilisierten anorganischen kolloidalen Kugeln Kugeln aus Siliziumdioxid, Titanoxid, Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid sind.
15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die organische Trägerflüssigkeit aus mindestens einer (Wlüssigkeit) aus Dodekan, Dekalin, Tetralin, Cyclohexan und Kohlenstoffdisulfid besteht.
16. Verfahren nach Anspruch 1, des weiteren umfassend die nachfolgenden Schritte:
Verdichten des kolloidalen Einkristalls und Sintern.
17.Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Brechungsindex der kolloidalen Kugeln dem Brechungsindex der Trägerflüssigkeit nahekommt, jedoch ihm nicht exakt entspricht.
18. Kolloidkristallvorrichtung, umfassend einen orientierten im wesentlichen perfekten Einkristall in einer Trägerflüssigkeit, wobei der kolloidale Einkristall und die Trägerflüssigkeit zwischen zwei Oberflächen angeordnet sind.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei mindestens eine der Oberflächen optisch transparent ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der kolloidale Einkristall zwischen den beiden Oberflächen versiegelt ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 18 mit einer verringerten Menge an Trägerflüssigkeit.
22. Vorrichtung nach Anspruchg 18, wobei die Trägerflüssigkeit ein Gel ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der kolloidale Einkristall ladungsstabilisierte kolloidale Polymerkugeln umfaßt und die Trägerflüssigkeit Wasser ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die ladungsstabilisierten kolloidalen Polymerkugeln aus Polystyrol bestehen.
25. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der kolloidale Einkristall sterisch stabilisierte Polymerkugeln umfaßt und die Trägerflüssigkeit aus mindestens einer organischen Flüssigkeit besteht.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei die sterisch stabilisierten kolloidalen Polymerkugeln aus Polymethylmethacrylat bestehen.
27. Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei die Trägerflüssigkeit mindestens eine der organischen Flüssigkeiten Dodekan, Dekalin, Tetralin, Cyclohexan und Kohlenstoffdisulfid umfaßt.
28. Vorrichtung nach Anspruch 18, die einen optischen Kerbfilter bildet, wobei der kolloidale Kugelradius R und der Brechungsindex n des kolloidalen Mediums so ausgewählt sind, daß sie zusammenwirken, um eine spezielle Wellenlänge λ&sub0; zu reflektieren und andere Wellenlängen durchzulassen, indem sie der folgenden Gleichung genügen:
R = λ&sub0; (3,27n)&supmin;¹
29. Kolloidkristallvorrichtung, umfassend eine orientierte, im wesentlichen perfekte kristalline Anordnung anorganischer kolloidaler Kugeln, die eine kolloidale Einkristallkeramik bilden.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, wobei die kolloidalen Kugeln Kugeln aus Siliziumdioxid, Titanoxid, Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid sind.
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