ES2354061T3

ES2354061T3 - Partículas metálicas con forma anisométrica, suspensiones líquidas y películas de las mismas y válvulas luminosas que las comprenden.

Info

Publication number: ES2354061T3
Application number: ES02728922T
Authority: ES
Inventors: Robert L. Saxe
Original assignee: Research Frontiers Inc
Current assignee: Research Frontiers Inc
Priority date: 2001-04-25
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2022-04-24
Also published as: PT1410101E; KR20030092106A; DE60237891D1; AU2002258943B2; ATE484004T1; EP1410101B1; US20020159125A1; EP1410101A4; WO2002086604A1; US6522446B2; JP2004527002A; EP1410101A1

Abstract

Una suspensión líquida para válvula luminosa que comprende una pluralidad de partículas metálicas, con forma anisométrica, suspendidas en su interior, en la que dichas partículas metálicas, con forma anisométrica, tienen una longitud media en el intervalo entre aproximadamente 50-200 nanómetros, caracterizada porque las partículas se preparan en forma de una nanocinta.

Description

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere, en general, a partículas de estabilidad mejorada para su uso en válvulas luminosas SPD, y en suspensiones y películas para válvula luminosa SPD y, más específicamente, a partículas metálicas, con forma anisométrica, útiles para dichas aplicaciones. 5

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las válvulas luminosas se conocen desde hace más de sesenta años para la modulación de la luz. Como se usa en el presente documento, la expresión “válvula luminosa” se define como una célula formada por dos paredes que están separadas por una pequeña distancia, siendo transparente al menos una de las paredes, teniendo las paredes electrodos en su interior, normalmente en forma de revestimientos conductores transparentes. 10 La célula contiene un elemento modulador de la luz, que puede ser una suspensión líquida de partículas, o una película de plástico, en la que las gotas de una suspensión líquida de partículas están distribuidas y encapsuladas.

La suspensión líquida (denominada en ocasiones en el presente documento “una suspensión líquida para válvula luminosa” o simplemente “suspensión para válvula luminosa”) comprende pequeñas partículas suspendidas en un medio de suspensión líquido. En ausencia de un campo eléctrico aplicado, las partículas en la suspensión 15 líquida adoptan posiciones aleatorias debido al movimiento browniano y, de esta manera, un rayo de luz que pasa por la célula se refleja, transmite o absorbe, dependiendo de la estructura de la célula, la naturaleza y concentración de las partículas y el contenido energético de la luz. La válvula luminosa, de esta manera, es relativamente oscura en el estado DESCONECTADO. Sin embargo, cuando se aplica un campo eléctrico a través de la suspensión líquida para válvula luminosa en la válvula luminosa, las partículas se alinean y, para muchas suspensiones, la mayor parte 20 de la luz puede pasar a través de la célula. La válvula luminosa, de esta manera, es relativamente transparente en el estado CONECTADO. Las válvulas luminosas del tipo descrito en el presente documento se conocen también como “dispositivos de partículas suspendidas” o “SPD”.

Las válvulas luminosas se han propuesto para su uso en numerosas aplicaciones incluyendo, por ejemplo, pantallas alfanuméricas, pantallas de televisión, ventanas, techos solares, viseras, filtros, espejos, gafas y similares, 25 para controlar la cantidad de luz que pasa a través de los mismos o que se refleja desde los mismos, según sea el caso.

Para muchas aplicaciones, como se entenderá bien en la técnica, es preferente que el material activable, es decir, el elemento de modulación de luz, sea una película de plástico en lugar de una suspensión líquida. Por ejemplo, en una válvula luminosa usada como una ventana de transmisión de luz variable, una película de plástico, 30 en la que las gotas de suspensión líquida están distribuidas, es preferente a una suspensión líquida sola, debido a que los efectos de la presión hidrostática, por ejemplo, abombamiento asociado con una columna alta de suspensión líquida, pueden evitarse mediante el uso de una película, y el riesgo de posible fuga puede evitarse también. Otra ventaja del uso de una película de plástico es que, en una película de plástico, las partículas generalmente solo están presentes dentro de gotas muy pequeñas, y de esta manera, no se aglomeran perceptiblemente cuando la 35 película se activa repetidamente con una tensión.

La expresión “película para válvula luminosa”, como se usa en el presente documento, se refiere a una película que tiene gotas de una suspensión líquida de partículas distribuidas en la película.

La Patente de Estados Unidos Nº 5.409.734 ejemplifica un tipo de película para válvula luminosa que está fabricada mediante separación de fases desde una solución homogénea. Se conocen también películas para válvula 40 luminosa fabricadas mediante emulsiones de reticulación. Véanse las Patentes de Estados Unidos Nº 5.463.491 y 5.463.492, ambas de las cuales están cedidas al cesionario de la presente invención.

Para su uso en suspensiones sedimentadas, tales como láminas de polarización de luz, en ocasiones denominadas “polarizadores laminares”, que pueden cortarse y formarse en lentes para gafas de sol polarizadas, o usarse como filtros, las partículas de polarización de luz pueden dispersarse o distribuirse por toda una lámina de 45 material de formación de película adecuado, tal como acetato de celulosa, alcohol polivinílico o similares. Los procedimientos de fabricación de suspensiones sedimentadas para su uso en polarizadores laminares se conocen bien en la técnica anterior. Es importante observar, sin embargo, que las partículas de polarización de luz usadas en las láminas de polarización de luz son inmóviles, es decir, están fijas. Véanse, por ejemplo, las Patentes de Estados Unidos Nº 2.178.996 y 2.041.138. 50

Lo siguiente es una breve descripción, para ilustración, de los componentes de una suspensión para válvula luminosa.

1. Medios de Suspensión Líquidos y Estabilizadores

Una suspensión líquida para válvula luminosa para su uso en la presente invención puede ser cualquier suspensión líquida para válvula luminosa conocida en la técnica, y puede formularse de acuerdo con técnicas bien conocidas por un experto en la materia. La expresión “suspensión líquida para válvula luminosa” significa, como se ha indicado anteriormente, un “medio de suspensión líquido” en el que una pluralidad de pequeñas partículas está dispersada. El “medio de suspensión líquido” comprende uno o más líquidos no acuosos, eléctricamente resistivos, 5 en los que se disuelve preferentemente, al menos, un tipo de estabilizador polimérico que actúa para reducir la tendencia de las partículas a aglomerarse y las mantiene dispersadas y en suspensión.

Las suspensiones líquidas para válvula luminosa útiles en la presente invención pueden incluir cualquiera de los medios de suspensión líquidos propuestos previamente para su uso en válvulas luminosas para suspender las partículas. Los medios de suspensión líquidos conocidos en la técnica, que son útiles en la invención incluyen, 10 aunque sin limitación, los medios de suspensión líquidos desvelados en las Patentes de Estados Unidos Nº 4.247.175 y 4.407.565. En general, uno o ambos del medio de suspensión líquido o el estabilizador polimérico disuelto en su interior se elige para mantener las partículas suspendidas en equilibrio gravitacional.

El estabilizador polimérico, cuando se emplea, puede ser un solo tipo de polímero sólido que se une a la superficie de las partículas, pero que también se disuelve en el líquido o líquidos no acuosos del medio de 15 suspensión líquido. Como alternativa, dos o más estabilizadores poliméricos pueden servir como un sistema estabilizador polimérico. Por ejemplo, las partículas pueden revestirse con un primer tipo de estabilizador polimérico sólido, tal como nitrocelulosa que, en efecto, proporciona un revestimiento superficial plano para las partículas. Las partículas revestidas posteriormente se vuelven a revestir con uno o más tipos adicionales de estabilizador polimérico sólido que se une a o que se asocia con un primer tipo de estabilizador polimérico sólido y que se disuelve 20 también en el medio de suspensión líquido para proporcionar dispersión y protección estérica para las partículas. Los estabilizadores poliméricos líquidos pueden usarse también por ser ventajosos, especialmente en películas para válvula luminosa SPD, como de describe en la Patente de Estados Unidos Nº 5.463.492.

2. Partículas

Pueden usarse partículas orgánicas e inorgánicas en una suspensión para válvula luminosa, y dichas 25 partículas pueden absorber luz o reflejar luz.

Las válvulas luminosas SPD convencionales generalmente han empleado partículas de polihauro de tamaño coloidal. El termino “coloidal” como se usa en el presente documento significa que las partículas generalmente tienen una dimensión más larga de, como media, aproximadamente 1 micrómetro o menor. Preferentemente, la dimensión más larga de la mayoría de las partículas usadas en una suspensión para válvula 30 luminosa debería ser menor que la mitad de la longitud de onda de la luz azul, es decir 2000 Ángstrom o menor, para mantener la dispersión de la luz extremadamente baja. Como se usa en el presente documento, el termino “anisométrico”, que se refiere a la forma de una partícula, significa que al menos una dimensión de una partícula es mayor que otra dimensión, por ejemplo, la longitud de la partícula es mayor que su anchura.

Una revisión detallada de partículas de polihaluro de la técnica anterior puede encontrarse en “The Optical 35 Properties and Structure of Polyiodides” de D.A. Godina y G.P. Faerman, publicado en The Journal of General Chemistry, U.S.S.R. Vol.20 pág. 1005-1016 (1950).

La herapatita, por ejemplo, es un poliyoduro de bisulfato de quinina, y su fórmula está dada bajo el encabezado “yodosulfato de quinina” como 4C20H24N2O2,3H2SO4,2HI.I46H2O en el Índice de Merck, 10ª edición (Merck  Co., Inc., Rahway, N.J.). En compuestos de poliyoduro, se cree que el anión yoduro forma cadenas y los 40 compuestos son polarizadores de luz fuertes. Véase la Patente de Estados Unidos Nº 4.877.313 y Teitelbaum y al. JACS 100 (1978), pág. 3215-3217. El término “polihaluro” se usa en el presente documento para referirse a un compuesto tal como un poliyoduro, pero en el que al menos parte del anión yoduro puede reemplazarse por otro anión haluro. Más recientemente, se han propuesto partículas de polihaluro mejoradas para su uso en válvulas luminosas en las Patentes de Estados Unidos Nº 4.877.313, 5.002.701, 5.093.041 y 5.516.463. Estas “partículas de 45 polihaluro” se forman haciendo reaccionar compuestos orgánicos, que normalmente contienen nitrógeno, con yodo elemental y un ácido hidrácido o un haluro de amonio, haluro de metal alcalino o haluro de metal alcalinotérreo.

Para que las partículas sean comercialmente útiles, sin embargo, esté la suspensión para válvula luminosa incorporada o no en una película, es necesario que las partículas tengan una gran estabilidad química y medioambiental. Para obtener partículas de gran estabilidad medioambiental, a su vez, puede ser deseable usar 50 partículas que no son de polihaluro, en las suspensiones y películas para válvula luminosa, especialmente cuando se sabe que la estabilidad del material que comprende las partículas es excelente.

El uso de partículas metálicas en válvulas luminosas se propuso por primera vez en la Patente de Estados Unidos Nº 1.963.496. Muchos tipos de partículas metálicas son estables a la radiación UV, así como a otras

tensiones medioambientales. Además, están disponibles en una diversidad de colores que, en ocasiones, varían de color en función del tamaño de partícula. Sin embargo, las partículas metálicas de la técnica anterior son de un tamaño relativamente grande, y una desventaja de emplear las partículas metálicas de la técnica anterior de tamaño relativamente grande en las suspensiones o películas líquidas para válvula luminosa es que dichas partículas metálicas son susceptibles de aglomerarse rápidamente cuando una suspensión para válvula luminosa que las 5 contiene está activada. Además, se sabe que las partículas metálicas de la técnica anterior dispersan una cantidad inaceptablemente grande de luz, y sedimentan debido a la gravedad.

El uso en una suspensión para válvula luminosa de partículas producidas por trituración usando procedimientos mecánicos convencionales, tales como molinos de bolas, moledoras, molinos de perlas y molinos de cilindros, normalmente no es práctico, sin embargo, por diversas razones importantes. En primer lugar, las 10 partículas, incluso después de la molienda son demasiado grandes, y generalmente tienen un tamaño (diámetro) medio de 1 micrómetro o mayor. En segundo lugar, incluso aunque se produzcan partículas de tamaño submicrométrico, el procedimiento de molienda y trituración normalmente tiende a hacer a dichas partículas de forma esférica o amorfa, reduciendo o prácticamente eliminando su proporción de aspecto, es decir, la proporción de longitud a anchura. Para su uso en una suspensión para válvula luminosa son importantes las partículas de forma 15 anisométrica que tienen una proporción de aspecto de al menos aproximadamente 3:1 y preferentemente 10:1 o mayor; de esta manera, las partículas con formas de tipo aguja, varilla o placa, y similares, generalmente son necesarias debido a que su forma anisométrica facilita la orientación en un campo eléctrico o magnético, y posibilita un cambio sustancial en la transmisión de la luz. Las partículas mayores de 0,2 micrómetros (la mitad de la longitud de onda de la luz azul) tienden a dispersar la luz, y dicha dispersión aumenta exponencialmente con el tamaño de 20 partícula. Este hecho, y el hecho de que las partículas relativamente grandes promueven la aglomeración, son razones adicionales por las que dichas partículas trituradas normalmente no son deseables para su uso en una suspensión para válvula luminosa.

Hasta ahora, no ha sido práctico obtener partículas de un tamaño submicrométrico y forma anisométrica que tengan buenas propiedades ópticas, excepto para partículas de poliyoduro. Sin embargo, en algunos casos, 25 puede que las partículas de poliyoduro no sean suficientemente estables a la radiación ultravioleta, y las suspensiones para válvula luminosa de dichas partículas de poliyoduro pueden degradarse en términos de color y rendimiento si se exponen a radiación ultravioleta intensa durante un periodo de tiempo prolongado, a menos que se tomen medidas especiales para proteger contra la radiación UV, tal como incluyendo absorbedores UV en la suspensión o película para válvula luminosa, o usando un filtro UV para interceptar la radiación UV antes de que 30 golpee la SPD. También, casi todas las partículas de poliyoduro están limitadas a un color azul, aunque también es deseable tener suspensiones para válvula luminosa que tengan colores bloqueados que no sean azules. Por consiguiente, es necesario que los nuevos tipos de partículas para suspensiones para válvula luminosa sean adecuadamente pequeños y con forma anisométrica, que toleraren altos niveles de radiación ultravioleta durante largos periodos de tiempo sin una degradación significativa y/o que tengan una diversidad de colores bloqueados. 35

La Patente de Estados Unidos Nº 5.650.872, cedida al cesionario de la presente invención, proporciona un dispositivo electro-óptico, tal como una válvula luminosa, que comprende una célula formada por paredes de célula opuestas, una unidad de modulación de luz, que comprende una suspensión que contiene partículas no elementales anisométricas, tales como pigmentos y precursores de pigmento, preparados mediante el Procedimiento de Dispersión Evaporativa, suspendidos en un medio de suspensión líquido entre dichas paredes de la célula y medios 40 de electrodo opuestos, asociados operativamente con dichas paredes de la célula para aplicar un campo eléctrico a través de dicha suspensión, teniendo las partículas anisométricas un tamaño de partícula medio de aproximadamente 0,2 micrómetros o menor. Las partículas desveladas mediante la referencia, sin embargo, no son partículas metálicas y, de esta manera, sus contenidos no son aplicables a la presente invención.

La solicitud de patente internacional WO 00/75717 A1, cedida al cesionario de la presente invención, 45 proporciona partículas que contienen carbono anisométricas que son partículas cristalinas o amorfas y que pueden tener diversas formas geométricas.

La presente invención supera las desventajas observadas anteriormente de uso partículas metálicas convencionales en suspensiones para válvula luminosa, la consecución de lo cual resulta evidente a partir del análisis que aparece a continuación. 50

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere, en una primera realización, a un dispositivo electro-óptico que comprende una célula formada por paredes de célula opuestas, una unidad de modulación de luz, que comprende una suspensión que contiene partículas metálicas, con forma anisométrica, suspendidas en un medio de suspensión líquido, entre las paredes de la célula, y electrodos opuestos, asociados operativamente con las paredes de la célula, 55

para aplicar un campo eléctrico a través de la suspensión. Las partículas metálicas, con forma anisométrica, tienen una longitud media en el intervalo entre aproximadamente 1 micrómetro y 50 nanómetros, preferentemente entre aproximadamente 200 nanómetros y 50 nanómetros y más preferentemente entre aproximadamente 75-180 nanómetros y se preparan en forma de una nanocinta.

En una realización adicional, las partículas metálicas, con forma anisométrica, tienen una proporción de 5 aspecto, es decir la proporción de longitud a anchura, de al menos aproximadamente 3:1, preferentemente al menos aproximadamente 10.1 y más preferentemente al menos aproximadamente 20:1.

En una realización preferida de la invención, el dispositivo electro-óptico como se ha descrito anteriormente, es una válvula luminosa, y la suspensión es una suspensión para válvula luminosa. Como alternativa, en lugar de una suspensión líquida, las partículas metálicas anisométricas de la invención pueden suspenderse en gotas de 10 material de suspensión líquido distribuidas por toda la película polimérica.

Las partículas metálicas, con forma anisométrica, pueden producirse en una diversidad de formas físicas incluyendo, aunque sin limitación, fibrillas, varillas, cilindros, placas, agujas, hojas y prismas. Los metales típicos a partir de los cuales pueden formarse las partículas incluyen, aunque sin limitación, oro, platino, paladio, cobalto, hierro, cobre, molibdeno y bismuto. Las partículas típicamente tienen un diámetro medio que varía entre 15 aproximadamente 3-333 nanómetros, más preferentemente entre aproximadamente 3-66 nanómetros. Las nanocintas se forman típicamente usando, como material de partida, un óxido metálico semi-conductor, por ejemplo, óxido de estaño u óxido de cinc.

Otra realización de la invención implica la incorporación de una pluralidad de partículas metálicas, con forma anisométrica,, que tienen una longitud media entre aproximadamente 50-200 nanómetros, en una suspensión 20 líquida para válvula luminosa para mejorar el rendimiento de la suspensión para válvula luminosa. Las partículas pueden estar en forma de, por ejemplo, fibrillas, varillas, cilindros, placas, agujas, hojas o prismas, y deben tener una proporción de aspecto de al menos aproximadamente 3:1, preferentemente 10:1 y, más preferentemente, 20:1. Las partículas pueden prepararse a partir de metales tales como oro, platino, paladio, cobalto, hierro, cobre, molibdeno y bismuto. Como alternativa, las partículas pueden prepararse en forma de una nanocinta formada, por ejemplo, 25 usando un óxido metálico semi-conductor, tal como óxido de estaño u óxido de cinc, como material de partida. Las partículas metálicas, con forma anisométrica, para su uso con la presente realización de la invención pueden tener un diámetro medio que varía de aproximadamente 3-333 nanómetros y, más preferentemente, de aproximadamente 3 a aproximadamente 66 nanómetros.

En una realización adicional, la invención se refiere a una película adecuada para su uso como la unidad de 30 modulación de luz de una válvula luminosa SPD, comprendiendo la película una matriz polimérica reticulada y que tiene gotas de una suspensión líquida para válvula luminosa distribuidas en la matriz polimérica reticulada. La suspensión para válvula luminosa comprende una pluralidad de partículas metálicas, con forma anisométrica, suspendidas en un medio de suspensión líquido. Las partículas metálicas, con forma anisométrica, tienen una longitud media entre aproximadamente 50-200 nanómetros. Las partículas pueden producirse a partir de una 35 diversidad de metales incluyendo, aunque sin limitación, oro, platino, paladio, cobalto, hierro, cobre, molibdeno y bismuto, y en una diversidad de formas, por ejemplo fibrillas, varillas, cilindros, placas, agujas, hojas y prismas. En una realización alternativa, las partículas pueden producirse en forma de una nanocinta, por ejemplo, un óxido metálico semi-conductor, tal como óxido de estaño u óxido de cinc. Las partículas para su uso en esta realización pueden tener una proporción de aspecto de al menos aproximadamente 3:1, preferentemente al menos 10:1 y más 40 preferentemente al menos 20:1, y un diámetro que varía entre aproximadamente 3 y aproximadamente 333 nanómetros.

Una realización adicional de la invención se refiere a un procedimiento de preparación de partículas con forma anisométrica, para su uso en la invención. El procedimiento comprende formar una lámina o una película de un material de formación de partículas metálicas, y depositar el material de formación de partículas sobre un 45 sustrato. Posteriormente, la lámina o película puede ranurarse, tal como con un láser, para cortarla en partículas de un tamaño apropiado. Si se desea, el sustrato sobre el que se deposita la lámina o película puede ser soluble en un disolvente dado y, después de la formación de las partículas, puede solubilizarse de la partícula con el uso del disolvente.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN 50

La presente invención está basada en el descubrimiento de que partículas metálicas anisométricas, del tamaño adecuado, pueden producirse y usarse como las partículas de una suspensión líquida para válvula luminosa, películas y válvulas luminosas. Las partículas metálicas usadas en las presentes válvulas luminosas pueden formarse a partir de una diversidad de metales incluyendo, aunque sin limitación, oro, platino, paladio, cobalto, hierro,

cobre, molibdeno y bismuto. Estas partículas metálicas pueden conformarse en diversas formas geométricas incluyendo, aunque sin limitación, fibrillas, varillas, cilindros, placas, agujas, hojas, prismas y otras formas conocidas en la técnica. La formación geométrica partículas no es crítica siempre y cuando las partículas sean anisométricas. Las partículas metálicas del tipo descrito en el presente documento son ventajosas en una suspensión para válvula luminosa debido a que su alta conductividad eléctrica hace posible orientar una partícula, de tamaño y forma dados, 5 con menos tensión que si una partícula conductora del mismo tamaño y forma se sustituyera por ella.

Puede usarse trituración en el procedimiento de preparación de las partículas de la presente invención para producir partículas que tienen una alta proporción de aspectos si, antes de la etapa de trituración, los materiales de partida a triturar tienen una proporción de aspecto extremadamente grande, es decir, tienen una forma altamente anisométrica. Los procedimientos de trituración para su uso en la formación de las partículas de la presente 10 invención los entenderá bien un experto habitual en esta materia. Un ejemplo no limitante de dicho material de partida es un nanocable metálico. Dichos nanocables pueden tener diámetros de 3 nanómetros o mayores, y pueden ser de muchos micrómetros de longitud. Cuando se trituran, los diámetros tienden a permanecer sin cambios, reduciéndose solo la longitud.

El término “fibrillas metálicas” (es decir, un “tipo” de partícula metálica útil en la presente invención), como 15 se usa en el presente documento, significa partículas metálicas discretas, sustancialmente cilíndricas o filamentosas, caracterizadas por un diámetro medio sustancialmente constante, que varía de aproximadamente 3,0 a aproximadamente 333 nanómetros, y una longitud media de al menos aproximadamente tres veces el diámetro, en el que la longitud media es de aproximadamente 1 micrómetro o menos y, preferentemente, de 200 nanómetros o menos. Pueden producirse, por ejemplo, a partir de los nanocables descritos anteriormente. Además, no es 20 necesario que dichas partículas metálicas filamentosas sean exactamente rectas o cilíndricas.

Los procedimientos de dispersión de partículas metálicas, tales como fibrillas metálicas, en líquidos, también se conocen bien en la técnica. Generalmente, un polímero soluble en el líquido de la dispersión se unirá a, y dispersará, las partículas metálicas de la presente invención si el polímero tiene en su estructura: (1) un número suficiente de grupos polares para unirse a las partículas y (2) grupos de baja polaridad, o no polares, para disolverse 25 en el medio de suspensión líquido. Los ejemplos no limitantes de dichos grupos poco o nada polares incluyen grupos alquil y aril hidrocarburo y grupos organosiloxano. Los grupos de alta polaridad incluyen, por ejemplo, grupos tales como ionómero, hidroxilo, carboxilo u óxido de alquileno, tal como óxido de etileno. Los tensioactivos y dispersantes para su uso con partículas metálicas se conocen en la técnica. Véanse también las patentes de Estados Unidos Nº 4.164.365, 4.273.422 y 5.279.773, que están cedidas al cesionario de la presente invención, y que describen 30 copolímeros adecuados y sistemas de dispersión poliméricos para suspensiones para válvula luminosa.

Como un aspecto práctico, las fibrillas metálicas no pueden fabricarse fácilmente con diámetros menores de aproximadamente 3,0 nanómetros. Para mantener la dispersión de la luz muy baja en una suspensión para válvula luminosa, las longitudes medias de las fibrillas deberían ser menores de aproximadamente 200 nanómetros (la mitad de la longitud de onda de la luz azul). Preferentemente, no más del cinco por ciento de las partículas en una 35 suspensión de la invención tendrán longitudes de 200 nanómetros o mayores; más preferentemente, el uno por ciento o menos de las partículas tendrán longitudes de 200 nanómetros o mayores; y aún más preferentemente el 0,2% o menos de las partículas tendrán longitudes de 200 nanómetros o mayores.

Por otro lado, si las partículas, tales como fibrillas metálicas, tienen una longitud demasiado pequeña, surge un problema diferente. Una suspensión de partículas de longitud muy pequeña requiere una cantidad relativamente 40 grande de tensión para orientarse, mientras que las partículas más grandes requieren menos tensión debido a su mayor par de torsión. De esta manera, como un aspecto práctico, las partículas deberían tener, preferentemente, una longitud media de aproximadamente 50 nanómetros o mayor. Una suspensión de partículas metálicas anisométricas debería tener preferentemente un cinco por ciento o menos de sus partículas con longitudes menores de 50 nanómetros, más preferentemente un uno por ciento o menos de sus partículas tendrá longitudes menores de 45 50 nanómetros; y aún más preferentemente, un 0,2% o menos de sus partículas tendrán longitudes menores de 50 nanómetros. De esta manera, la longitud preferida de las partículas metálicas, por ejemplo fibrillas metálicas, de la invención, debería variar entre aproximadamente 50-200 nanómetros.

Son útiles en la presente invención partículas metálicas que se preparan de una manera tal que se obtienen materiales anisométricos que tienen una proporción de aspecto de aproximadamente 3:1 o mayor, preferentemente 50 aproximadamente 10:1 mayor o más preferentemente de aproximadamente 20:1 o mayor. Se prefiere que las partículas tengan un espesor o diámetro que sea sustancialmente menor que la longitud o anchura de la partícula. Las partículas útiles en la presente invención deberían dimensionarse adicionalmente de manera que la dimensión más larga posible sea una media de 1 micrómetro o menos y, preferentemente, una media de 200 nanómetros o menos. Preferentemente, la dimensión media más grande debería variar de aproximadamente 50 a 200 nanómetros, 55

más preferentemente un promedio de aproximadamente 75 a aproximadamente 180 nanómetros.

Los procedimientos de fabricación de nanocables metálicos se conocen en la técnica. Por ejemplo, véase “Wires for a Nanoworld” en Chemical & Engineering News, 1 de enero de 2001, pág. 28-29, que se incorpora en su totalidad por referencia en el presente documento. Dichos nanocables, si son de un tamaño apropiado, o si se trituran para alcanzar un tamaño apropiado como se analiza posteriormente en el presente documento, se 5 consideran para los fines de la presente invención como fibrillas metálicas.

Los nanocables se producen a menudo con pequeños diámetros, pero con longitudes de muchos micrómetros. Dichas longitudes son demasiado largas para su uso en una suspensión para válvula luminosa. Puede usarse un procedimiento de trituración para reducir la longitud de una partícula de nanocable si dos de las tres dimensiones espaciales de la partícula son extremadamente pequeñas. Por ejemplo, si los cables o fibrillas 10 metálicas, con forma cilíndrica o forma filamentosa, tienen un diámetro medio muy pequeño, por ejemplo, 3-66 nanómetros, y tienen una longitud media de 1 micrómetro mayor, los cables o fibrillas pueden triturarse por procedimientos conocidos en la técnica anterior, para que tengan longitudes medias de 200 nanómetros o menores, sin afectar significativamente a los diámetros de las partículas. Preferentemente, sin embargo, la trituración puede conseguirse usando un microtomo con una hoja adecuadamente dura y afilada, para cortar un nanocable de metal 15 en fibrillas metálicas que tengan longitudes apropiadamente cortas. Para efectuar dicho corte eficazmente, se dispone una pluralidad de cables largos, preferentemente paralelos o casi paralelos entre sí, e inmovilizados en un polímero tal como (aunque sin limitación) poliestireno, y después se cortan perpendicularmente a sus diámetros con un microtomo. El microtomo puede moverse lentamente a lo largo del cable, cortando numerosos cables a la vez, a pequeños intervalos a lo largo de la longitud del cable. Posteriormente, el polímero en el que están inmovilizadas las 20 fibrillas metálicas puede retirarse con un disolvente, o con cualquier otro medio conveniente, para liberar las fibrillas metálicas.

En una realización alternativa de la invención, las partículas que son demasiado grandes en una o más dimensiones, por ejemplo en su longitud, pueden cortarse hasta el tamaño, en lugar de con un microtomo, con un láser, por ejemplo un láser de gas, de estado sólido, químico o de colorante, que funciona a una longitud de onda 25 aproximada en consideración a la composición del material a cortar, más cualquier material de revestimiento, tal como el material polimérico descrito anteriormente. Las longitudes de onda apropiadas y el procedimiento para cortar el material particular lo entenderá bien un experto en la materia en el campo de los láseres, sin necesidad de ninguna experimentación excesiva. Un proveedor bien conocido de láseres, que podrían ser útiles en la presente invención, es Lambda-Physik, de Fort Lauderdale, FL, que está afiliado a Coherent, Inc. de Santa Clara, CA. 30

En otra realización, el material en forma de partículas puede producirse en forma de una lámina o película, después de lo cual puede usarse un láser para marcar la lámina y, de esta manera, formar partículas que tengan dimensiones apropiadas desde el material de la lámina. Un ejemplo no limitante particular sería el uso de un metal, depositado sobre un sustrato, con lo que la lámina o película soportada se corta posteriormente en partículas discretas de un intervalo de tamaño apropiado, por ejemplo con un láser. Si se desea, el sustrato puede formarse de 35 un material soluble de manera que, después del corte de la lámina o película para formar las partículas, el sustrato puede disolverse de las partículas usando un disolvente apropiado, dejando detrás solo las partículas. Los procedimientos para la formación y corte con láser de dichas láminas también son bien conocidos por los expertos habituales en el campo pertinente de la materia.

En otra realización adicional más de la invención, las partículas pueden prepararse, por ejemplo en forma 40 de una “nanocinta” como se describe en Science News, Vol 159, pág. 149 (10 de marzo de 2001). Dichas nanocintas pueden formarse usando una diversidad de materiales de partida incluyendo, aunque sin limitación, óxidos metálicos semiconductores, por ejemplo óxido de estaño y óxido de cinc. Típicamente, tienen una anchura que varía de aproximadamente 30 a aproximadamente 300 nanómetros y un espesor en el intervalo de aproximadamente 10-15 nanómetros. Estas estructuras de tipo cinta pueden formarse con un tamaño de partícula apropiado o también 45 cortarse al tamaño deseado usando, por ejemplo, un microtomo o láser como se ha descrito anteriormente.

Las partículas de tamaños o intervalos de tamaños diferentes pueden separase unas de otras por procedimientos conocidos, tales como filtración y centrifugación.

Una dispersión de las partículas metálicas de la presente invención puede prepararse fácilmente mezclándolas rápidamente en cualquier líquido para válvula luminosa adecuado, por ejemplo acetato de isopentilo o 50 trimelitato de trietilo en presencia de cualquier polímero adecuado que actúe como un dispersante, tal como aquellos descritos en la técnica anterior.

Cuando una dispersión de las partículas metálicas anisométricas de la invención, tal como (aunque sin limitación) fibrillas, se pone en una válvula luminosa y se activa con una tensión CA, se observa que la transmisión

de la luz a través de la célula aumenta fácilmente.

Cada una de las patentes y otras referencias indicadas en el presente documento se incorpora por referencia en la presente memoria descriptiva en el grado necesario para comprender la invención.

Debe entenderse que la presente invención no está limitada en alcance por las realizaciones ejemplificadas, que se pretende que sean ilustraciones de aspectos individuales de la invención, y las realizaciones y 5 procedimientos que son funcionalmente equivalentes están dentro del alcance de la invención. De hecho, diversas modificaciones de la invención, además de aquellas descritas en el presente documento, resultarán evidentes para aquellos expertos en la materia a partir de la descripción anterior.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una suspensión líquida para válvula luminosa que comprende una pluralidad de partículas metálicas, con forma anisométrica, suspendidas en su interior, en la que dichas partículas metálicas, con forma anisométrica, tienen una longitud media en el intervalo entre aproximadamente 50-200 nanómetros, caracterizada porque las partículas se preparan en forma de una nanocinta. 5
2. Una suspensión de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dichas partículas metálicas, con forma anisométrica, tienen una longitud media entre aproximadamente 75-180 nanómetros.
3. Una suspensión de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dichas partículas metálicas, con forma anisométrica, tienen un proporción de aspecto de al menos aproximadamente 3:1.
4. Una suspensión de acuerdo con la reivindicación 3, en la que dichas partículas metálicas, con forma 10 anisométrica, tienen una proporción de aspecto de al menos aproximadamente 10:1.
5. Una suspensión de acuerdo con la reivindicación 4, en la que dichas partículas metálicas, con forma anisométrica, tienen una proporción de aspecto de al menos aproximadamente 20:1.
6. Una suspensión de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dichas partículas metálicas, con forma anisométrica, están formadas a partir de un óxido metálico semi-conductor. 15
7. Una suspensión de acuerdo con la reivindicación 6, en la que dicho óxido metálico semi-conductor es óxido de estaño u óxido de cinc.
8. Una suspensión de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dichas partículas metálicas, con forma anisométrica, están formadas a partir de un metal seleccionado entre el grupo que consiste en oro, platino, paladio, cobalto, hierro, cobre, molibdeno y bismuto. 20
9. Una suspensión de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dichas partículas metálicas, con forma anisométrica, tienen un diámetro medio que varía de aproximadamente 3 nanómetros a aproximadamente 333 nanómetros.
10. Una suspensión de acuerdo con la reivindicación 9, en la que dichas partículas metálicas, con forma anisométrica, tienen un diámetro medio que varía de aproximadamente 3 nanómetros a aproximadamente 66 25 nanómetros.
11. Una película adecuada para su uso como la unidad de modulación de luz de una válvula luminosa SPD, comprendiendo dicha película una matriz polimérica reticulada y teniendo gotas de una suspensión líquida para válvula luminosa, de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, distribuidas en la matriz polimérica reticulada.
12. Un dispositivo electro-óptico que comprende una célula formada por paredes de célula opuestas, una 30 unidad de modulación de luz que comprende una suspensión, de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 10, entre dichas paredes de la célula y electrodos opuestos asociados operativamente con dichas paredes de la célula, para aplicar un campo eléctrico a través de dicha suspensión.
13. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 12, en el que dicha unidad de modulación de luz es una suspensión líquida de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 10, o una película de acuerdo con la reivindicación 11. 35
14. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 13, en el que dicho dispositivo electro-óptico es una válvula luminosa.