JP2010533073A - クロモニック材料によるチャネルパターンの形成方法 - Google Patents

Abstract

乾燥クロモニック層内でチャネルを形成するための方法を記載する。コーティング組成物を基材に適用し、乾燥させ、親水性有機溶媒に曝露して、第１のセットのチャネルと、第１のセットのチャネルに実質的に垂直である第２のセットのチャネルとを有するチャネルパターンを形成する。堆積材料をチャネル内に配置してナノ構造パターンを形成してもよい。チャネルパターンを有する物品を更に記載する。

Description

本開示は、チャネルパターンを形成する方法、及び、このチャネルパターン内に材料を配置してナノ構造パターンを形成する方法、並びに、チャネルパターンを有する物品に関する。

機能材料のパターン層は、電気コンポーネント製造並びに他の用途で使用することができる。例えば、パターン材料の異なる層の複数の層は、液晶ディスプレイなどのフラットパネルディスプレイの製造に使用してもよい。アクティブマトリックス液晶ディスプレイは、互いにある角度で交差し、複数の交差点を形成する、アドレスラインの複数の横列及び縦列を含む。パターン層を適用するための技術は、電気コンポーネント内のより小さな構造に対して必要性が増大するにつれて進化し続けている。

リソグラフィ技術を使用して小さな構造を作り出すことができるが、サイズドメインがナノスケール範囲へと移行するにつれて、ナノ構造のためのリソグラフィ技術の使用を制限するような重要な技術的問題が生じる。

セルフアセンブリは、ナノ構造を構築するために使用することができる別の方法である。分子セルフアセンブリは、外部源からの誘導（guidance）又は管理（management）のない分子のアセンブリと呼ばれる。多くの生物学的システムは、セルフアセンブリを使用して、細胞内の脂質二重層膜などの様々な分子及び構造をアセンブルする。

本開示はクロモニック層からチャネルパターンを形成するための方法を記載する。乾燥クロモニック層内でチャネルパターンを形成するための方法が記載される。堆積材料をチャネルパターン内に配置してナノ構造パターンを形成してもよい。第１のセットのチャネルと、その第１のセットのチャネルと交差する第２のセットのチャネルとを含むチャネルパターンを有する物品が開示される。

第１の態様では、クロモニック材料と表面改質された無機ナノ粒子とを含有する乾燥クロモニック層内にチャネルパターンを形成するための方法が提供される。この方法は、基材表面上にコーティング組成物をコーティング方向で適用してクロモニック層を形成することを含む。コーティング組成物は、クロモニック材料、表面改質された無機ナノ粒子、及び水を含む。クロモニック層の水の一部を除去して、乾燥クロモニック層を形成する。この方法は更に、乾燥クロモニック層を親水性有機溶媒に曝露して、乾燥クロモニック層内にチャネルパターンを形成することを含む。チャネルパターンは、コーティング方向に延伸する第１のセットのチャネルと、第１のセットのチャネルに実質的に垂直である第２のセットのチャネルとを含む。第１のセットのチャネル及び第２のセットのチャネルは、乾燥クロモニック層の平均厚さと等しい平均チャネル深さを有する。

第２の態様では、ナノ構造パターンを形成する方法が提供される。この方法は、基材表面上にコーティング組成物をコーティング方向で適用してクロモニック層を形成することを含む。コーティング組成物は、クロモニック材料、表面改質された無機ナノ粒子、及び水を含む。クロモニック層の水の一部を除去して、乾燥クロモニック層を形成する。乾燥クロモニック層を親水性有機溶媒に曝露して、乾燥クロモニック層内にチャネルパターンを形成する。チャネルパターンは、コーティング方向に延伸する第１のセットのチャネルと、第１のセットのチャネルに実質的に垂直である第２のセットのチャネルとを含む。第１のセットのチャネル及び第２のセットのチャネルは各々乾燥クロモニック層の平均厚さと等しい平均チャネル深さを有する。この方法は更に、乾燥クロモニック層の表面上に、並びに、第１のセットのチャネル及び第２のセットのチャネルの両方の内部に堆積材料を配置することを含む。第１のセットのチャネル及び第２のセットチャネルの内部の、チャネル堆積材料は基材表面に接触する。乾燥クロモニック層と、乾燥クロモニック層の表面上に配置された堆積材料はどちらも除去される。第１のセットのチャネル及び第２のセットのチャネルの内部に配置された堆積材料は基材表面に付着し、除去されない。第１のセットのチャネル及び第２のセットのチャネルの残っている堆積材料は、ナノ構造パターンを形成する。

第３の態様では、チャネルパターンを有する物品が提供される。乾燥クロモニック層を基材表面上に配置する。乾燥クロモニック層は、クロモニック材料及び表面改質された無機ナノ粒子を含む。乾燥クロモニック層は、第１のセットのチャネルと、第１のセットのチャネルに実質的に垂直である第２のセットとを含むチャネルパターンを有する。第１のセットのチャネル及び第２のセットのチャネルは、乾燥クロモニック層の平均厚さと等しい平均チャネル深さを有する。

実施例１のチャネルパターンを有する乾燥クロモニック層の光学顕微鏡写真（５００倍）。 実施例１のナノ構造パターンの光学顕微鏡写真（５００倍）。 実施例２のチャネルパターンを有する乾燥クロモニック層の光学顕微鏡写真（５００倍）。 実施例２のナノ構造パターンの光学顕微鏡写真（５００倍）。

以下の定義された用語に関して、別の定義が特許請求の範囲又は本明細書の他の箇所において示されない限り、これらの定義が適用される。

用語「クロモニック材料」又は「クロモニック化合物」は、例えば、アットウッド，Ｔ．Ｋ．（Attwood, T.K.）及びライドン，Ｊ．Ｅ．（Lydon, J.E.）、モルキュラー・クリスタルズ・アンド・リキッドクリスタルズ（Molec. Crystals Liq. Crystals）、１０８巻、３４９頁（１９８４年）に記載されているような、様々な親水基によって取り囲まれた疎水性コアの存在によって典型的に特徴付けられる多環分子を指す。疎水性コアは、芳香環、非芳香環、又はこれらの組み合わせを含有することができる。溶液中に存在する場合、クロモニック材料は、長距離秩序を特徴とするネマチック秩序化状態に凝集する傾向がある。

用語「ナノ構造」は、通常１マイクロメートル未満である高さと幅とを有する構造を指す。

用語「ナノ粒子」は、粒子、粒子の群、粒子状分子（すなわち、分子の緩く結合した群の小さな個々の群）、及び、具体的な幾何学形状が潜在的に変化するが、ナノ寸法で測定できる有効又は平均直径を有する粒子状の分子の群を通常は指す。

用語「表面改質された無機ナノ粒子」は、粒子の表面に結合した表面基を含む無機粒子を指す。

用語「実質的に垂直」は、直行する線、あるいは、９０°の垂直方向から２０°以下、１５°以下、１０°以下、５°以下、４°以下、２°以下、又は１°以下のほぼ直行する線を指す。例えば、「実質的に垂直」な線は、基準線に対して、８０°〜１００°、８２°〜９８°、８５°〜９５°、８８°〜９２°、又は８９°〜９１°の範囲にあってもよい。

端点による数値範囲の列挙は、その範囲内に包括される全ての数を含む（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８、４、及び５を含む）。

本明細書及び添付の特許請求の範囲に含まれる時、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、その内容について別段の明確な指示がない限り、複数の指示対象を包含する。したがって、例えば「化合物」を含有する組成物への言及は、２種以上の化合物の混合物を包含する。本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用される時、用語「又は」は、その内容について別段の明確な指示がない限り、一般的に「及び／又は」を包含する意味で用いられる。

特に指示がない限り、明細書及び特許請求の範囲に使用されている成分の量、性質の測定値などを表す全ての数は、全ての例において、用語「約」により修飾されていることを理解されたい。したがって、特に指示がない限り、先行の本明細書及び添付の特許請求の範囲に記載の数値的パラメータは、本開示の教示を利用して当業者により得ることが求められる所望の性質に応じて変化し得る近似値である。最低でも、各数値的パラメータは、報告された有効数字の数を考慮して、通常の四捨五入の適用によって少なくとも解釈すべきである。本開示の広範囲で示す数値的範囲及びパラメータは、近似値であるが、具体例に記載の数値は可能な限り正確に報告する。しかし、いずれの数値もそれらの試験測定値各々において見られる標準偏差から必然的に生じる誤差を本来含有する。

本開示は、乾燥クロモニック層内でチャネルパターンを形成するための方法を記載する。この方法は、クロモニック材料と、表面改質された無機ナノ粒子と、水とを含むコーティング組成物を適用して、基材表面にクロモニック層を形成することを含む。コーティング組成物を基材表面上にコーティング方向で適用する。クロモニック層は少なくとも部分的に乾燥させることができ、クロモニック材料と表面改質された無機ナノ粒子とを有する乾燥クロモニック層を生じる。乾燥クロモニック層を親水性有機溶媒に曝露して、チャネルパターンを形成させてもよい。チャネルパターンは、第１のセットのチャネルと、第１のセットのチャネルに実質的に垂直である第２のセットのチャネルとを含む。チャネル（すなわち、凹状領域）は、凹状表面、すなわち、基材表面に実質的に垂直に延伸する側壁及びチャネルの底面としての基材表面を有する。凹状表面又は側壁は、クロモニック材料及び表面改質された無機ナノ粒子を含む。第１のセットのチャネル及び第２のセットのチャネルは、乾燥クロモニック層の平均厚さと等しい平均チャネル深さを有する。

クロモニック材料又は分子は、アルカリ性であってもアルカリ性でなくてもよい水溶液に溶解した時に、クロモニック相又はアセンブリを形成することができる。分子は、親水基によって取り囲まれた疎水性コアを有する。クロモニック相又はアセンブリは多くの場合、平坦な多環芳香族分子を含有する。分子積み重ね体は、多数の形態を採るが、分子層の積み重ね体により作製されるカラムを形成する傾向を典型的には特徴とする。濃度増加に伴って成長する分子の秩序ある積み重ね体が形成されるが、それらは、一般に界面活性剤のような特性を有さず、臨界ミセル濃度を示さないという点で、ミセル相とは異なる。一部の実施形態では、クロモニック相は、イソデスミック挙動（isodesmic behavior）を呈する。つまり、秩序ある積み重ね体への分子の追加は、自由エネルギーの単調減少を招く。クロモニックＭ相（すなわち、六方晶相）は六角形格子に準備された分子の秩序ある積み重ね体により通常特徴付けられる。クロモニックＮ相（すなわち、ネマチック相）はカラムのネマチック配列により特徴付けられる。ネマチック相に特徴的なカラムに沿って長距離の秩序が存在するが、カラム間には秩序がほとんど又は全く存在せず、ゆえにＭ相よりも秩序化していない。クロモニックＮ相は、通常、透明な媒質内の様々な屈折率の領域により特徴付けられる、シュリーレン組織を呈する。

クロモニック相を形成するいくつかの化合物には、例えば、染料（例えば、アゾ染料及びシアニン染料）、並びにペリレンが挙げられる（例えば、川崎（Kawasaki）ら、ラングミュア（Langmuir）、１６巻、５４０９頁（２０００年）、又はライドン・Ｊ（Lydon, J.）、コロイド・アンド・インターフェイス・サイエンス（Colloid and Interface Science）、８巻、４８０頁（２００４年））。有用なクロモニック材料の代表例には、ジ−パラジウム及びモノ−パラジウムオルガニル、スルファモイル−置換銅フタロシアニン、並びにヘキサアリールトリフェニレンが挙げられる。

別のクロモニック分子は、一価又は多価カチオンと結合できる１個を超えるカルボキシル官能基を含む非ポリマー分子であることができる。カルボキシル基は、芳香族（例えば、カルボキシフェニル）又は複素芳香族官能基に直接結合してもよい。クロモニック分子が１個を超える芳香族又は複素芳香族官能基を有する時、カルボキシル基は、各芳香族又は複素芳香族基が直接結合される１個を超えるカルボキシル基を通常有さないように準備されてもよい。

他の実施形態では、クロモニック分子は、少なくとも１の正の形式電荷を含有してもよい。例えば、クロモニック分子は双性イオン性であってもよく、少なくとも１の正の形式電荷及び少なくとも１の負の形式電荷を有する。一部のクロモニック分子では、負電荷は、基本形状のカルボキシル基（すなわち、−ＣＯＯ⁻）などの、水素原子が解離した酸性基により担うことができる。負電荷は、存在する多数のカルボキシル官能基によって担うことができ、その結果、クロモニック分子の適正な表現は、２つ以上の共鳴構造又は構造異性体を有する。

更なる実施形態では、クロモニック分子は、式Ｉに示される構造を有するトリアジン誘導体を含んでもよい。

式Ｉの化合物は、カルボキシル（−ＣＯＯＨ）基が、この化合物のトリアジン中心へのアミノ結合に関してパラであるような配向を有する。式Ｉに示しているように、このクロモニック分子は中性であるが、双性イオンなどの代替的な形態で、又は、プロトン互変異性体として、存在してもよい。例えば、水素原子は、カルボキシル基の１つから解離することができ、トリアジン環中の窒素原子の１つと、又は、アミノ結合の１つと、結合することができる。更に、クロモノニック分子はまた塩であってもよい。カルボキシル基はまた、式ＩＩに示すように、アミノ結合に関してメタであってもよく、又は、パラ及びメタ配向の組み合わせであってもよい。

式Ｉ及びＩＩの各Ｒ_２は独立して、任意の電子供与性基、電子求引性基、電子中性基、又はこれらの組み合わせから選択することができる。一部の実施形態では、Ｒ_２は、水素、置換若しくは非置換アルキル基、置換若しくは非置換アルコキシ基（すなわち、式−ＯＲ（式中、Ｒはアルキルである）を有するアルコキシ基）、置換若しくは非置換カルボキシアルキル（すなわち、式−（ＣＯ）ＯＲ（式中、（ＣＯ）はカルボニルを表し、Ｒはアルキルである）を有するカルボキシアルキル基）、又はこれらの組み合わせであることができる。好適な置換基には、ヒドロキシル、アルコキシ、カルボキシアルキル、スルホネート、ハライド官能基、又はこれらの組み合わせが挙げられる。１つの実施形態では、Ｒ_２は水素であってもよい。

式Ｉ及びＩＩのＲ_３基は、Ｒ_３の環内の窒素原子を介してトリアジン基に結合されている、置換複素芳香環、非置換複素芳香環、置換複素環、又は非置換複素環から選択してもよい。本明細書で使用する時、用語「複素環（式）」は、酸素、窒素、イオウなどのヘテロ原子を含む環状構造を有する親水性有機化合物を指し、環状構造は飽和又は部分飽和であることができる。本明細書で使用する時、用語「複素芳香（族）」は、酸素、窒素、イオウなどのヘテロ原子を含む環状構造を有する有機化合物を指し、そこで環状構造は不飽和である。

Ｒ_３は、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、イミダゾール、オキサゾール、イソオキサゾール、チアゾール、オキサジアゾール、チアジアゾール、ピラゾール、トリアゾール、トリアジン、キノリン、又はイソキノリンから誘導される複素芳香環であることができるが、これらに限定されない。多くの実施形態では、Ｒ_３は、ピリジン又はイミダゾールから誘導される複素芳香環を含む。複素芳香環Ｒ_３のための置換基は、以下の置換及び非置換基のいずれかから選択してもよいが、これらに限定されない：アルキル、カルボキシル、アミノ、アルコキシ、チオ、シアノ、カルボニルアミノアルキル（すなわち、式−（ＣＯ）ＮＨＲ（式中、（ＣＯ）はカルボニルを表し、Ｒはアルキルである）を有する基）、スルホネート、ヒドロキシ、ハライド、ペルフルオロアルキル、アリール、アルコキシ、又はカルボキシアルキル。一部の実施形態では、Ｒ_３のための置換基は、アルキル、スルホネート、カルボキシル、ハライド、ペルフルオロアルキル、アリール、アルコキシから、あるいは、ヒドロキシル、スルホネート、カルボキシル、ハライド、ペルフルオロアルキル、アリール、又はアルコキシで置換されたアルキルから選択してもよい。

一部の実施形態では、Ｒ_３は置換ピリミジンから誘導してもよく、この置換基は好ましくは４位に位置する。他の実施形態では、Ｒ_３は置換イミダゾールから誘導してもよく、この置換基は好ましくは３位に位置する。Ｒ_３の好適な例には、下式ＩＶ〜ＸＩＩＩに例示されるように、４−（ジメチルアミノ）ピリジニウム−１−イル、３−メチルイミダゾリウム−１−イル、４−（ピロリジン−１−イル）ピリジニウム−１−イル、４−イソプロピルピリジニウム−１−イル、４−［（２−ヒドロキシエチル）メチルアミノ］ピリジニウム−１−イル、４−（３−ヒドロキシプロピル）ピリジニウム−１−イル、４−メチルピリジニウム−１−イル、キノリニウム−１−イル、４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジニウム−１−イル、及び４−（２−スルホエチル）ピリジニウム−１−イルを挙げてもよいが、これらに限定されない。Ｒ_３に選択してもよい複素環の例には、例えば、モルホリン、ピロリジン、ピペリジン、又はピペラジンを挙げることができる。

いくつかの例示的なＲ_３基は式ＸＩＶを有し、

式中、式ＸＩＶのＲ_４は、水素、置換アルキル基、又は非置換アルキル基であってもよい。一部の実施形態では、Ｒ_４は水素、非置換アルキル基であってもよく、あるいは、ヒドロキシで、アルコキシで、カルボキシルアルキルで、スルホネートで、又はハライド官能基で置換されたアルキル基であってもよい。他の実施形態では、Ｒ_４はメチル、プロピルスルホン酸、又はオレイル（すなわち、脂肪族アルコール）であってもよい。式Ｖは、式ＸＩＶの部分集合であってもよく、ここではＲ_４はメチルである。

上述のように、式Ｉ又はＩＩのクロモニック分子は中性であるが、本明細書に記載されているクロモニック分子は１の正の形式電荷を有するイオン形態で存在してもよい。クロモニック分子の１つの例は、米国特許第６，４８８，８６６号に記載されている４−ジメチルアミノ−１−［４，６−ジ（４−カルボキシフェニルアミノ）−１，３，５−トリアジン−２−イル］ピリジニウムクロライド（式ＩＩＩ）である。式ＩＩＩに示すクロモニック化合物では、Ｒ_３は、ピリジン環の窒素原子を介してトリアジン基に結合したジメチルアミノ置換ピリジン環である。示されているように、ピリジン窒素は正電荷を担い、塩素イオンは負電荷を担う。

式ＩＩＩに示されるクロモニック分子はまた、一方又は両方のカルボキシル官能基が負電荷を担う場合、並びに正電荷がトリアジン基内の窒素原子及びピリジン基上の窒素の１つによって担われる場合など、他の互変異性形態で存在してもよい。別の実施形態では、クロモニック分子は双性イオン性であってもよく、例えば、米国特許第５，９４８，４８７号（サホウアニ（Sahouani）ら）に記載されている４−（｛４−［（４−カルボキシルフェニル）アミン］−６−［４−（ジメチルアミノ）ピリジニウム−１−イル］−１，３，５−トリアジン−２−イル｝アミノ）ベンゾエートである。

米国特許第５，９４８，４８７号（サホウアニ（Sahouani）ら）は、水溶液として又は塩として調製され、後に再溶解させて水溶液を形成することができる式Ｉのトリアジン誘導体を記載している。上記式Ｉに示されるトリアジン分子の通常の合成ルートは、２工程プロセスを含む。塩化シアヌルを４−アミノ安息香酸で処理し、４−｛［４−（４−カルボキシアニリノ）−６−クロロ−１，３，５−トリアジン−２−イル］アミノ｝安息香酸を得ることができる。この中間体は、置換又は非置換窒素含有複素環で処理することができる。複素環の窒素原子は、トリアジンの塩素原子と置換して、対応する塩化物の塩を形成することができる。この塩化物の塩を水酸化アンモニウムに溶解して、それをアニオン交換カラムに通して塩素を水酸化物と交換し、溶媒を除去することによって、式ＩＩＩの双性イオン性誘導体を調製することができる。４−アミノ安息香酸の代わりに３−アミノ安息香酸を使用することにより、式ＩＩにあるような代替的構造を得てもよい。

表面改質された無機ナノ粒子は、改質されていない無機ナノ粒子と異なる特性を提供するために、物理的又は化学的に改質されている。無機ナノ粒子表面を改質するための表面改質剤の多くの好適な部類は、当業者には既知であり、シラン、有機酸、有機塩基、アルコール、又はこれらの組み合わせが挙げられる。表面基はナノ粒子の表面上に十分な量で存在して、水溶液中に最小限の凝結又は凝集で懸濁する無機ナノ粒子を形成することができる。

好適な無機ナノ粒子には、例えば、リン酸カルシウム、カルシウムヒドロキシアパタイト、シリカ、ジルコニア、チタニア、セリア、アルミナ、酸化鉄、バナジア、酸化亜鉛、酸化アンチモン、酸化スズ、酸化ニッケルなどの金属酸化物ナノ粒子、及びこれらの組み合わせが挙げられる。無機ナノ粒子は、例えば、アルミナ／シリカ、酸化鉄／チタニア、チタニア／酸化亜鉛、ジルコニア／シリカ、及びこれらの組み合わせなどの複合材料であることができる。１つの実施形態では、ナノ粒子は少なくともシリカ、ジルコニア、又はチタニアのうちの１つである。

表面改質された無機ナノ粒子又はそれらに対する前駆体は、コロイド状分散体の形状であってもよい。これらの分散体の一部は、例えば、「ナルコ（NALCO）１０４０」、「ナルコ１０５０」、「ナルコ１０６０」、「ナルコ２３２６」、「ナルコ２３２７」、及び「ナルコ２３２９」という商品表記で、ナルコ・ケミカル社（Nalco Chemical Company）（イリノイ州ナパーヴィル（Naperville））から入手可能なナノサイズのコロイダルシリカなどの非改質シリカ出発材料として市販されている。金属酸化物コロイド状分散体の１つの例には、コロイド状酸化ジルコニウムが挙げられ、これは例えば、米国特許第５，０３７，５７９号（マチェット（Matchett））に記載されている。米国特許第６，３２９，０５８号及び同第６，４３２，５２６号（アーニー（Arney）ら）に記載されているコロイド状酸化チタンは、金属酸化物コロイド状分散体の別の例を示す。

選択された無機ナノ粒子は、単独で、又は、ナノ粒子の混合物及び組み合わせを提供するために１つ以上の他のナノ粒子と組み合わせて使用してもよい。選択された無機ナノ粒子は、採用される形態が何であっても、通常、５００ナノメートル以下の平均粒子直径を有する。一部の実施形態では、無機ナノ粒子は、少なくとも２ナノメートル、少なくとも５ナノメートル、少なくとも１０ナノメートル、少なくとも２５ナノメートル、少なくとも５０ナノメートル、又は少なくとも１００ナノメートルの平均粒子直径を有して利用してもよい。更なる実施形態では、無機ナノ粒子は、最大５００ナノメートル、最大４００ナノメートル、最大２５０ナノメートル、又は最大１５０ナノメートルの平均粒子直径を有してもよい。無機ナノ粒子は、２〜５００ナノメートルの範囲、５〜４００ナノメートルの範囲、５〜２５０ナノメートルの範囲、又は１０〜１５０ナノメートルの範囲の平均粒子直径を有してもよい。選択されたナノ粒子又はナノ粒子の組み合わせ自体が凝結される場合、凝結されたナノ粒子の最大の好ましい断面寸法は、この規定されたいずれかの範囲内である。

いくつかの場合では、無機ナノ粒子が実質的に球形であるように利用されることが望ましいことがある。しかしながら、他の用途では、より細長い形状が望ましいであろう。少なくとも１、少なくとも２、少なくとも３、又は少なくとも５のアスペクト比を使用してもよい。一部の実施形態では、最大１０、最大９、最大８、又は最大７のアスペクト比を利用してもよい。他の実施形態では、無機ナノ粒子のアスペクト比は、１〜１０、２〜９、３〜８、又は３〜７の範囲にあってもよい。本明細書で使用する時、用語「アスペクト比」は、粒子の最大長さをその最大長さに垂直な距離で除算したものを意味する。

無機ナノ粒子は、このナノ粒子が、コーティング組成物のクロモニック材料と水と混合した時に所望される特性で干渉する程の粒子会合、凝集、凝結を本質的に起こさないように選択することができる。本明細書で使用する時、粒子「会合」は、より弱い部類の化学結合力のいずれかによる可逆的な化学結合として定義される。粒子会合の例には、水素結合、静電引力、ロンドン力、ファンデルワールス力、及び疎水性相互作用が挙げられる。本明細書で使用する時、用語「凝集」は、分子又はコロイド粒子の組み合わせが塊になることと定義される。凝集は電荷の中和により生じることがあり、典型的には可逆性である。本明細書で使用する時、用語「凝結」は、大きな分子又はコロイド状粒子が結合して塊又は集塊になり、溶解状態から沈殿又は分離する傾向として定義される。凝結したナノ粒子は互いに強く会合し、分解されるためには高剪断を必要とする。凝集及び会合したナノ粒子は通常、容易に分離することができる。

選択された無機ナノ粒子の表面はいくつかの方法で化学的又は物理的に改質することができる。無機ナノ粒子表面への改質には、例えば、共有化学結合、水素結合、静電引力、ロンドン力を挙げることができ、並びに、親水性又は疎水性の相互作用が少なくともナノ粒子がこれらの目的とされる有用性を達成するために十分な時間にわたって維持されるのであれば、その親水性又は疎水性の相互作用も挙げることができる。ナノ粒子の表面は、１つ以上の表面改質基で改質されてもよい。表面改質基は、無数の表面改質剤から誘導されてもよい。模式的に、表面改質剤を式ＸＶにより表現することができる。

Ａ−Ｂ
ＸＶ
式ＸＶのＡ基は、無機ナノ粒子の表面に結合することができる基又は部分である。ナノ粒子が溶媒中で処理される状況下で、Ｂ基はナノ粒子を処理するために使用されるいかなる溶媒についても相溶性を有する基である。ナノ粒子が溶媒中で処理されないいくつかの状況下では、Ｂ基は、ナノ粒子の不可逆的な凝集を阻止することができる基又は部分である。Ａ及びＢ構成要素は、結合基が、所望の表面適合性をも付与できる場合には、同一であることが可能である。相溶性基は、クロモニック材料と反応性であってもよいが、通常は非反応性である。結合組成物は、１つを超える構成要素から構成されても、又は１つを超える工程で作製してもよく、例えば、Ａ組成物は、ナノ粒子の表面と反応するＡ’部分から構成され、その後、Ｂと反応できるＡ’’部分が後に続いてもよいことが理解される。付加順序は重要ではなく、すなわち、Ａ’Ａ’’Ｂ構成要素の反応は、ナノ粒子との結合前に全体として又は部分的に行うことができる。コーティングにおけるナノ粒子の更なる説明は、リンゼンビューラー，Ｍ．（Linsenbuhler, M.）らのパウダー・テクノロジー（Powder Technology）、１５８巻、３頁（２００３年）に見出すことができる。

種々の方法が、無機ナノ粒子の表面を改質するために利用できる。表面改質剤は、例えば、ナノ粒子に（例えば、粉末又はコロイド状分散体の形状で）加えてもよく、更に表面改質剤をナノ粒子と反応させてもよい。表面改質基を伴うナノ粒子をもたらす複数の合成順序が可能である。ナノ粒子の表面改質プロセスのいくつかの例は、例えば、米国特許第２，８０１，１８５号（アイラー（Iler））、同第４，５２２，９５８号（ダス（Das）ら）；及び同第６，５８６，４８３号（コルブ（Kolb）ら）に記載されている。

一部の実施形態では、表面改質剤はシランを含んでもよい。シランの例には、アルキルクロロシラン；アルコキシシラン（例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ｎ−プロピルトリメトキシシラン、ｎ−プロピルトリエトキシシラン、ｉ−プロピルトリメトキシシラン、ｉ−プロピルトリエトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ｎ−オクチルトリエトキシシラン、イソオクチルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ポリトリエトキシシラン、トリアルコキシアリールシラン、イソオクチルトリメトキシシラン）；Ｎ−（３−トリエトキシシリルプロピル）メトキシエトキシエトキシエチルカルバメート；Ｎ−（３−トリエトキシシリルプロピル）メトキシエトキシエトキシエチルカルバメート；３−（トリエトキシシリル）プロピルコハク酸無水物、アルキルシラン（例えば、置換及び非置換アルキルシラン（例えば、メトキシ及びヒドロキシ置換アルキルシラン））、及びこれらの混合物などのオルガノシランを挙げてもよい。

他の例では、シランは、ヒドロキシル、アルコキシ、カルボキシル、ハロゲン、−ＯＰＯ_３Ｈ_２、−ＰＯ_３Ｈ_２、チオール、アミノ、又はこれらの塩から選択されるイオン化可能基を有する。イオン化可能基は酸又は塩形態のいずれかであることができる（例えば、対イオンには、アルカリ金属、アルキルアンモニウム、又はこれらの組み合わせ）。いくつかの例では、シランは少なくとも２個のイオン化可能基を有する。他の例では、イオン化可能基を有するシランは、式ＸＶＩを有することができる。

式ＸＶＩでは、Ｒ１は、ヒドロキシル、アルコキシ、ハライド、又はこれらの組み合わせであってもよい。同様に、Ｒ２及びＲ３は、独立に、ヒドロキシル、アルコキシ、ハライド、又はこれらの組み合わせであってもよい。一部の実施形態では、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は同一基であってもよい。他の実施形態では、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、独立に、異なる基であってもよい。別の実施形態では、Ｒ１、Ｒ２、又はＲ３のうちの２つが同一基であってもよく、Ｒ１、Ｒ２、又はＲ３のうちの１つが異なる基であってもよい。１つの実施形態では、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３がヒドロキシル基である時、イオン化可能基は塩であってもよい。置換基Ｙは、アルキレン、アリーレン、オキシアルキレン、又はこれらの組み合わせなどの二価の基であることができる。Ｙは、ケイ素及びＲ４のどちらにも結合することができる。Ｒ４はイオン化可能基であってもよく、その場合Ｒ４は−ＣＯＯＨ、−ＯＨ、−ＯＲ（式中、Ｒはアルキル基である）、−ＯＰＯ_３Ｈ_２、−ＰＯ_３Ｈ_２、−ＳＨ、−ＮＨ、無水物、又はこれらの塩であってもよい。イオン化可能基を有するオルガノシランでの無機ナノ粒子の改質は、水中でのこの無機ナノ粒子を安定化することができる。

１つの実施形態では、式ＸＶＩのオルガノシランはＲ１、Ｒ２、及びＲ３を含み、各々は１〜１０個の炭素原子を有するアルコキシである。別の実施形態では、式ＸＶＩのＲ１、Ｒ２、Ｒ３はハライドであり、このハライドは塩化物である。更なる実施形態では、式ＸＶＩのＲ１、Ｒ２、及びＲ３は各々ヒドロキシルである。

一部の実施形態では、式ＸＶＩのＲ１、Ｒ２、及びＲ３はヒドロキシルであり、このヒドロキシル基の少なくとも１つはイオン化可能基である。別の実施形態では、式ＸＶＩのＲ１、Ｒ２、及びＲ３は、ヒドロキシル、Ｒ４はヒドロキシル又はカルボキシルから選択される。

１つの実施形態では、式ＸＶＩのオルガノシランは、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３の各々はヒドロキシルであり、Ｒ４はカルボキシルであり、Ｙはエチレンである。Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、イオン化可能基である。１つの実施形態では、オルガノシランはカルボキシエチルシラントリオールナトリウム塩である。

シランを使用するよりも、無機ナノ粒子表面は、炭素の酸素酸（例えば、カルボン酸）、イオウの酸素酸及びリンの酸素酸、酸誘導体化ポリ（エチレン）グリコール（ＰＥＧ）及びこれらのいずれかの組み合わせを含む有機酸表面改質剤で改質してもよい。好適なリン含有酸には、ホスホン酸（例えば、オクチルホスホン酸、ラウリルホスホン酸、デシルホスホン酸、ドデシルホスホン酸、及びオクタデシルホスホン酸）、モノポリエチレングリコールホスホネート、及びホスフェート（例えば、ラウリルホスフェート又はステアリルホスフェート）が挙げられる。好適な硫黄含有酸には、ドデシルスルフェート及びラウリルスルホネートなどのスルフェート及びスルホン酸が挙げられる。任意のこのような酸は、酸又は塩の形状のいずれかで使用され得る。

一部の実施形態では、表面改質剤には、ＣＨ_３Ｏ（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_２ＣＨ_２ＣＯＯＨ、化学構造ＣＨ_３ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＯＯＨを有する２−（２−メトキシエトキシ）酢酸、酸若しくは塩のいずれかの形態のモノ（ポリエチレングリコール）スクシネート、オクタン酸、ドデカン酸、ステリン酸、アクリル酸及びオレイン酸、又はこれらの酸性誘導体などのカルボン酸官能基が組み込まれる。更なる実施形態では、表面改質された酸化鉄ナノ粒子には、内因性脂肪酸（例えば、ステアリン酸）又は内因性化合物を使用する脂肪酸誘導体（例えば、乳酸ステロイル、又はサルコシン若しくはタウリン誘導体）で改質されたものが挙げられる。更に、表面改質ジルコニアナノ粒子には、粒子の表面上に吸着されたオレイン酸とアクリル酸との組み合わせが挙げられる。

無機ナノ粒子のための有機塩基表面改質剤にはまた、アルキルアミン（例えば、オクチルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、オクタデシルアミン、及びモノポリエチレングリコールアミン）を挙げてもよい。

表面改質用アルコール及びチオールがまた採用されてよく、これらには、脂肪族アルコール（例えば、オクタデシルアルコール、ドデシルアルコール、ラウリルアルコール及びフルフリルアルコール）、脂環式アルコール（例えば、シクロヘキサノール）、及び芳香族アルコール（例えば、フェノール及びベンジルアルコール）、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。

表面改質剤の量は、無機ナノ粒子の表面と反応するように選択することができる。無機ナノ粒子との表面改質剤の反応は、表面改質された無機ナノ粒子の安定な懸濁液を供給するのに十分であることができる。コーティング組成物中の表面改質された無機ナノ粒子は、チャネルパターンを供給するのに有効であることができる。乾燥シリカナノ粒子のグラム当たりの表面改質剤の量（例えば、ミリモル）は、少なくとも０．００１ミリモル（ｍモル）、少なくとも０．０１ｍモル、少なくとも０．０３ｍモル、少なくとも０．０５ｍモル、又は少なくとも０．１ｍモルであることができる。乾燥シリカナノ粒子のグラム当たりの表面改質剤の量は、最大２．５ｍモル、最大１．５ｍモル、最大１ｍモル、又は最大０．５ｍモルの量であってもよい。一部の実施形態では、乾燥シリカナノ粒子のグラム当たりの表面改質剤の量は、０．００１ｍモル〜２．５ｍモル、０．０１ｍモル〜１．５ｍモル、０．０３ｍモル〜１ｍモル、又は０．０３ｍモル〜０．５ｍモルの範囲にあってもよい。

本開示のコーティング組成物は、クロモニック材料、表面改質された無機ナノ粒子、及び水を含有する。プレコーティング組成物は、クロモニック材料の添加に先立って、表面改質された無機ナノ粒子の水性懸濁液、水、ｐＨ調整化合物、及び任意の界面活性剤を含む要素から形成することができる。プレコーティング組成物は容器内で組み合わせて、機械的に攪拌することができる。続いて、クロモニック材料をプレコーティング組成物の中に添加して溶解させ、コーティング組成物を形成させることができる。

プレコーティング組成物は１つ以上のｐＨ調整化合物及び任意の界面活性剤を含んでもよい。ｐＨ調整化合物の添加により、多くの場合、クロモニック材料が水性分散体中への可溶性を増す。好適なｐＨ調整化合物には、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化アンモニウム（ＮＨ_４ＯＨ）、又は様々なアミンなどの既知の任意の塩基が挙げられる。プレコーティング組成物のｐＨは、少なくとも５、少なくとも６、少なくとも７、少なくとも８、又は少なくとも９であってもよい。一部の実施形態では、ｐＨは、最大１２、最大１１、又は最大１０である。一部の実施形態では、ｐＨは、５〜１２、６〜１１、又は７〜１１の範囲にあってもよい。基材の表面上でのコーティング組成物の濡れを促進するために、プレコーティング組成物に任意の界面活性剤を添加してもよい。好適な界面活性剤には、イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、又はこれらの組み合わせが挙げられる。粘度調整剤（例えば、ポリエチレングリコール）又は結合剤（例えば、低分子量加水分解デンプン）などの任意の添加剤も添加することができる。任意の添加剤又は任意の界面活性剤の一部は、プレコーティング組成物の少なくとも０．４重量％、少なくとも０．５重量％、少なくとも１重量％、又は少なくとも３重量％の量で、プレコーティング組成物に添加してもよい。一部の実施形態では、任意の添加剤又は任意の界面活性剤は、プレコーティング組成物の最大１０重量％、最大７重量％、又は最大５重量％の量で、プレコーティング組成物に添加してもよい。他の実施形態では、任意の添加剤又は任意の界面活性剤は、プレコーティング組成物の０．４重量％〜１０重量％、０．５重量％〜１０重量％、１重量％〜７重量％、３重量％〜７重量％、又は３重量％〜５重量％の範囲で、プレコーティング組成物に添加してもよい。一部の実施形態では、１つ以上の有機溶媒をプレコーティング組成物に添加してもよい。有機溶媒は、プレコーティング組成物の少なくとも０．１重量％、少なくとも０．５重量％、少なくとも１重量％、少なくとも３重量％、又は少なくとも５重量％の有機溶媒濃度を得るために、プレコーティング組成物に添加することができる。有機溶媒は、プレコーティング組成物の最大１０重量％、最大９重量％、最大８重量％、最大７重量％の有機溶媒濃度を得るために、プレコーティング組成物に添加することができる。有機溶媒は、プレコーティング組成物の０．１重量％〜１０重量％、０．５重量％〜１０重量％、１重量％〜８重量％、又は３重量％〜７重量％の範囲の有機溶媒濃度を得るために、プレコーティング組成物に添加することができる。

表面改質された無機ナノ粒子の水性分散体は、クロモニック材料の添加に先立って、プレコーティング組成物に添加することができる。プレコーティング組成物の表面改質された無機ナノ粒子は、少なくとも１０重量％、少なくとも１５重量％、又は少なくとも１７重量％の濃度を有してもよい。プレコーティング組成物の表面改質された無機ナノ粒子は、最大３０重量％、最大２５重量％、又は最大２０重量％の濃度を有してもよい。一部の実施形態では、表面改質された無機ナノ粒子は、プレコーティング組成物の１０重量％〜３０重量％、１０重量％〜２５重量％、１５重量％〜２５重量％、又は１７重量％〜２０重量％の範囲の濃度を有してもよい。

コーティング組成物を形成するために、クロモニック材料を室温又はおよそ４０℃未満の温度でプレコーティング組成物に要素として添加して、クロモニック材料を溶解させることができる。コーティング組成物の要素の各々の相対濃度は、得られるナノ構造パターンの所望される配向及びこれらの目的用途により様々であってもよい。しかしながら、通常、クロモニック材料は、コーティング組成物の少なくとも３重量％、少なくとも４重量％、少なくとも５重量％、又は少なくとも７重量％の濃度を得るためにプレコーティング組成物に添加されてもよい。クロモニック材料は、コーティング組成物の最大２０重量％、最大１５重量％、又は最大１０重量％の濃度を得るためにプレコーティング組成物に添加されてもよい。一部の実施形態では、クロモニック材料は、コーティング組成物の３重量％〜２０重量％、４重量％〜２０重量％、５重量％〜１５重量％、７重量％〜１５重量％、又は４重量％〜１０重量％の範囲の濃度を得るためにプレコーティング組成物に添加されてもよい。

コーティング組成物は、クロモニック材料と均一な相を形成する有機水溶性分子を含む非クロモニック相と混合してもよい。一部の実施形態では、有機水溶性分子は、単糖、二糖、三糖、又は多糖などの糖であってもよい。例えば、有機水溶性分子には、デンプン、トウモロコシデンプン、アミロペクチン、マルトデキストリン、コーンシロップ固形分などの多糖を挙げてもよい。あるいは、有機水溶性分子には、グルコース又はフルクトースなどの単糖、及び、スクロース、マルトース、又はラクトースなどの二糖を挙げることができる。有機水溶性分子は、任意の有用な量で存在することができる。有機水溶性分子は、コーティング組成物の少なくとも１重量％、少なくとも５重量％、少なくとも１０重量％、少なくとも１５重量％、又は少なくとも２５重量％の濃度を得るためにコーティング組成物中に存在してもよい。一部の実施形態では、有機水溶性分子は、コーティング組成物の最大５０重量％、最大４０重量％、最大３５重量％、又は最大３０重量％の濃度を得るために、コーティング組成物中に存在してもよい。有機水溶性分子は、コーティング組成物の１重量％〜５０重量％、１重量％〜４０重量％、５重量％〜３５重量％、又は１０重量％〜３０重量％の範囲の濃度を得るために、コーティング組成物中に存在してもよい。

コーティング組成物は、基材表面に適用すること、又は、基材表面上にコーティングすることができる。好適な基材には、コーティング組成物の適用を受容するあらゆる固体材料が挙げられ、例えば、可撓性ポリマーフィルム（例えば、ポリ（エチレンテレフタレート）、ポリイミド、ポリオレフィン、又は酢酸セルロース）、剛性基材（例えば、ポリカーボネート、ガラス又はケイ素ウェハー）、金属フィルム（例えば、アルミニウム又はニッケル箔）、表面反応性フィルム、又はこれらの組み合わせである。

コーティング組成物のコーティングを促進するために、基材をプライマーで処理してもよい。プライマーはまた、コーティング組成物を受容するために、又は、基材へのコーティング組成物の付着を改善するために、基材の濡れを改善することができる。１つの実施形態では、スパッタリング（例えば、カソード若しくは平面マグネトロンスパッタリング）、蒸着（例えば、抵抗若しくは電子ビーム蒸着）、化学蒸着、メッキ、プラズマ処理（例えば、コロナ処理若しくは酸素グロー放電）又はこれらの組み合わせなどの技術を使用して、無機層を適用又は形成してもよい。好適なプライマーには、例えば、米国特許第５，７５３，３７３号（ショルツ（Scholz）ら）に記載されている無機酸化物コーティングが挙げられる。無機層として好適な材料には更にガラス又は無機酸化物を挙げてもよく、例えば、ケイ素の酸化物（例えば、酸化ケイ素、二酸化ケイ素）、酸化アルミニウム、ケイ素アルミニウム酸化物、又はこれらの組み合わせである。プライマー層としての無機材料は、米国特許出願公開第２００６／００６３０１５号に記載されている。

クロモニック層内にクロモニック材料と表面改質された無機ナノ粒子との秩序配列をもたらす任意の有用な手段により、コーティング組成物を適用することができる。好適なコーティング技術には、例えば、ロールコーティング、ダイコーティング、ディップコーティング、スプレーコーティング、ナイフコーティング、又はカーテンコーティングが挙げられる。一部の実施形態では、基板の表面への適用中又は適用後のいずれかに、剪断配向をクロモニック層に適用することができる。クロモニック層への剪断力の適用は、水の少なくとも一部分を除去した時に乾燥クロモニック層が配向構造又はマトリックスを有するように、クロモニック材料の整列を促進するのに役立つことができる。コーティング組成物の表面改質された無機ナノ粒子はまた、コーティング方向でのクロモニック材料の整列において欠損をもたらすことができる。この欠損により、コーティング方向に対して実質的に垂直な方向に延伸するチャネルの形成を生じることができる。１つの実施形態では、表面改質された無機ナノ粒子とのクロモニック材料の整列は、１）コーティングプロセス中に適用された力の方向、及び２）コーティングプロセス中に適用された力に実質的に垂直な方向、の両方で行うことができる。

コーティング組成物は、任意の有用な湿潤コーティング厚さで基材に適用することができる。コーティング組成物は、少なくとも１マイクロメートル、少なくとも３マイクロメートル、少なくとも５マイクロメートル、又は少なくとも１０マイクロメートルの均一な湿潤コーティング厚さで基材に適用してもよい。一部の実施形態では、コーティング組成物は、最大２５マイクロメートル、最大２０マイクロメートル、最大１５マイクロメートル、又は最大１２マイクロメートルの均一な湿潤コーティング厚さで基材に適用してもよい。通常、コーティング組成物は、１マイクロメートル〜２５マイクロメートル、３マイクロメートル〜２０マイクロメートル、５マイクロメートル〜２０マイクロメートル、５マイクロメートル〜１５マイクロメートル、又は５マイクロメートル〜１０マイクロメートルの範囲の均一な湿潤コーティング厚さで基材に適用してもよい。

コーティング組成物を適用して基材表面にクロモニック層を形成した後には、水の少なくとも一部分をクロモニック層から除去して乾燥クロモニック層を形成することができる。すなわち、本明細書で使用する時、用語「乾燥クロモニック層」は、少なくとも部分的に乾燥させたクロモニック層を指す。コーティングされたクロモニック層の乾燥は、水性コーティングを乾燥させるのに適したいずれかの手段を使用して達成することができる。有用な乾燥方法は、コーティングに損傷を与えることも、コーティング又は適用時に付与されるコーティングされたクロモニック層の配向を著しく乱すこともない。一部の実施形態では、クロモニック層に熱を加えて又は熱を加えずに、蒸発によってクロモニック層から水を除去して、乾燥クロモニック層を形成する。（コーティング組成物の総重量に基づいて）少なくとも５重量％、少なくとも２５重量％、少なくとも５０重量％、又は少なくとも７５重量％の水をクロモニック層から除去して乾燥クロモニック層を形成してもよい。一部の実施形態では、最大９５重量％、最大９０重量％、最大８５重量、又は最大８０重量％の水をクロモニック層から除去して乾燥クロモニック層を形成してもよい。クロモニック層から除去して乾燥クロモニック層を形成してもよい水の重量％は、５重量％〜９５重量％、２５重量％〜９０重量％、２５重量％〜８５重量％、又は５０重量％〜８０重量％の範囲にあってもよい。

クロモニック層からの水の除去後、乾燥クロモニック層を形成することができる。一部の実施形態では、乾燥クロモニック層の平均厚さは、少なくとも５００ナノメートル、少なくとも７５０ナノメートル、又は少なくとも１マイクロメートルであってもよい。乾燥クロモニック層の平均厚さは、最大３マイクロメートル、最大２マイクロメートル、又は最大１．５マイクロメートルであってもよい。乾燥クロモニック層は、５００ナノメートル〜３マイクロメートル、５００ナノメートル〜２マイクロメートル、７５０ナノメートル〜２マイクロメートル、又は１マイクロメートル〜１．５マイクロメートルの範囲の平均厚さを有してもよい。

乾燥クロモニック層を有機溶媒に曝露して、チャネルパターンを形成することができる。一部の実施形態では、有機溶媒は、乾燥クロモニック層中のクロモニック材料を溶解することができない。有機溶媒は親水性有機溶媒であってもよい。乾燥クロモニック層に適用してもよい有機溶媒には、アルコール（例えば、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、若しくは第三級ブタノール）、ケトン（例えば、アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、若しくはシクロヘキサノン）、又はこれらの組み合わせを挙げてもよい。他の有用な有機溶媒には、ニトリル（例えば、アセトニトリル）、エーテル（例えば、テトラヒドロフラン、若しくはメチル−ｔｅｒｔ−ブチルエーテル）、又はこれらの組み合わせを挙げてもよい。親水性有機溶媒は、多くの場合、例えば、無水アルコール（例えば、無水エタノール）のように、無水である。

乾燥クロモニック層上に親水性有機溶媒をコーティング又は曝露するための方法には、例えば、ダイコーティング、ディップコーティング、スプレーコーティング、ナイフコーティング、又はカーテンコーティングといった技術を挙げてもよい。乾燥クロモニック層上に親水性有機溶媒をコーティング又は曝露するための別の技術には、親水性溶媒を液体として、乾燥クロモニック層上に滴下して単純に適用することを挙げてもよい。ディップコーティングでは、乾燥クロモニック層を含有する基材は、少なくとも１秒、少なくとも２秒、少なくとも３秒、又は少なくとも４秒の時間にわたって親水性溶媒中に短時間保持することができる。乾燥クロモニック層を含有する基材は、最大１０秒、最大９秒、最大７秒、又は最大５秒の時間にわたって親水性溶媒中に短時間保持することができる。乾燥クロモニック層を含有する基材は、１秒〜１０秒、２秒〜９秒、３秒〜７秒、又は３秒〜５秒の範囲の時間にわたって親水性溶媒中に保持してもよい。コーティングとしての親水性有機溶媒は、連続的又は不連続的なコーティング層として乾燥クロモニック層に適用して、乾燥クロモニック層内に対応する相互接続されたチャネルパターンを形成する。不連続な有機溶媒コーティングは、例えば、インクジェットコーティング又はフレキソ印刷などの任意の有用な手段を使用して、任意の所望されるパターンで適用してもよい。

一部の実施形態では、熱を親水性有機溶媒に加えて、有機溶媒を蒸発させてもよい。熱を、例えば、炉内又は赤外線ヒーターによるなど、任意の有用な方式で加えることができる。有用な加熱方法はクロモニック層を破壊せず、又は乾燥クロモニック層となる基材を歪ませない。

乾燥クロモニック層を親水性有機溶媒に曝露することにより、チャネルパターンを形成することができる。チャネルパターンは、乾燥クロモニック層内に第１のセットのチャネル及び第２のセットのチャネルの両方を含む。第１のセットのチャネルは、コーティング方向に延伸する複数の平行な又は実質的に平行なチャネルを含み、第２のセットのチャネルは、第１のセットのチャネルに対して複数の垂直な又は実質的に垂直なチャネルを含む。第１のセットのチャネル及び第２のセットのチャネルは、多くの場合、少なくとも１０ナノメートル、少なくとも５０ナノメートル、少なくとも１００ナノメートル、又は少なくとも２５０ナノメートルの平均チャネル幅を有してもよい。一部の実施形態では、チャネルパターンの第１のセットのチャネル及び第２のセットのチャネルは、最大８００ナノメートル、最大７００ナノメートル、最大６００ナノメートル、又は最大５００ナノメートルの平均チャネル幅を有して形成することができる。チャネルパターンの第１のセットのチャネル及び第２のセットのチャネルは、１０ナノメートル〜８００ナノメートル、１０ナノメートル〜７００ナノメートル、５０ナノメートル〜６００ナノメートル、又は１００ナノメートル〜５００ナノメートルの範囲の平均チャネル幅を有して形成することができる。１つの実施形態では、第１のセットのチャネルの平均チャネル幅は通常、チャネルパターンの第２のセットのチャネルの平均チャネル幅と同様であってもよい。

乾燥クロモニック層を親水性有機溶媒に曝露することにより、各々が乾燥クロモニック層の平均厚さに等しい平均チャネル深さを有する第１のセットのチャネルと第２のセットのチャネルとを含むチャネルパターンを形成する。基材表面は、第１のセットのチャネル及び第２のセットのチャネルのための基板として曝露してもよい。第１のセットのチャネル及び第２のセットのチャネルは各々、クロモニック材料と、凹状表面又は基材表面に垂直若しくは実質的に垂直に延伸する側壁としての表面改質された無機ナノ粒子とにより、更に画定してもよい。一部の実施形態では、チャネルパターンの第１のセットのチャネル及び第２のセットのチャネルの平均チャネル深さは、少なくとも５００ナノメートル、少なくとも７５０ナノメートル、又は少なくとも１マイクロメートルであってもよい。第１のセットのチャネルと第２のセットのチャネルとを含むチャネルパターンの平均深さは、最大３マイクロメートル、最大２マイクロメートル、又は最大１．５マイクロメートルであることができる。第１のセットのチャネルと第２のセットのチャネルとを含む形成されたチャネルパターンの平均チャネル深さは、５００ナノメートル〜３マイクロメートル、５００ナノメートル〜２マイクロメートル、７５０ナノメートル〜２マイクロメートル、又は１マイクロメートル〜１．５マイクロメートルの範囲にあってもよい。１つの実施形態では、第１のセットのチャネルの平均チャネル深さは通常、チャネルパターンの第２のセットのチャネルの平均チャネル深さと同様であってもよい。

乾燥クロモニック層を親水性有機溶媒に曝露することにより、各々が独立に少なくとも５００ナノメートル、少なくとも７５０ナノメートル、少なくとも１マイクロメートル、又は少なくとも２５マイクロメートルの平均周期を有してもよい第１のセットのチャネルと第２のセットのチャネルとを含むチャネルパターンを形成する。一部の実施形態では、第１のセットのチャネルと第２のセットのチャネルとを含むチャネルパターンは各々独立に、最大１００マイクロメートル、最大７５マイクロメートル、最大５０マイクロメートル、又は最大３５マイクロメートルの平均周期を有してもよい。第１のセットのチャネルと第２のセットのチャネルとを含むチャネルパターンは各々独立に、５００ナノメートル〜１００マイクロメートル、５００ナノメートル〜７５マイクロメートル、７５０ナノメートル〜５０マイクロメートル、７５０ナノメートル〜３５マイクロメートル、又は１マイクロメートル〜３５マイクロメートルの範囲の平均周期を有してもよい。例えば、第１のセットのチャネル内の第１のチャネルと第２のチャネルは、５００ナノメートル〜１００マイクロメートルの範囲の距離で互いに離れていてもよい。１つの実施形態では、第１のセットのチャネルについての平均周期は、乾燥クロモニック層内の第２のセットのチャネルについての平均周期に等しくなくてもよい。別の実施形態では、第１のセットのチャネルについての平均周期は、第２のセットのチャネルについての平均周期未満である。

１つの実施形態では、チャネルパターンは、５００ナノメートル〜３マイクロメートルの範囲の平均チャネル深さと、１０ナノメートル〜８００ナノメートルの範囲の平均チャネル幅と、５００ナノメートル〜１マイクロメートルの範囲の平均周期とを有する第１のセットのチャネル、及び、５００ナノメートル〜３マイクロメートルの範囲の平均チャネル深さと、１０ナノメートル〜８００ナノメートルの範囲の平均チャネル幅と、２マイクロメートル〜１００マイクロメートルの範囲の平均周期とを有する第２のセットのチャネルを含んでもよい。一部のチャネルパターンは、各セットのチャネルが５００ナノメートル〜２マイクロメートルの範囲の平均チャネル深さと１００ナノメートル〜３００ナノメートルの範囲の平均チャネル幅と、７５０ナノメートル〜２マイクロメートルの範囲の平均周期とを有する、第１のセットのチャネルと第２のセットのチャネルとを含んでもよい。

チャネルパターンは、第１の方向（コーティング方向）と、第２の方向（コーティング方向に実質的に垂直な方向）とに延伸する異なる長さを有するチャネルを含む。１つの実施形態では、第１のセットのチャネルの長さは、第２のセットのチャネルの長さを超える。図１は、剛性基材上に第１のセットのチャネルと第２のセットのチャネルとを有するチャネルパターンを示す。図３は、可撓性基材上に第１のセットのチャネルと第２のセットのチャネルとを有するチャネルパターンを示す。

ナノ構造パターンを有するクロモニック分子と表面改質された無機ナノ粒子とによるチャネルパターンの形成は、単一コーティングにより達成されてもよい。本開示のチャネルパターンを形成するための単一コーティングは、２方向に配向して相互接続されたチャネルを形成するのに、２つの別々で独立したコーティングを適用するためのプロセスよりも有利であることができる。また、基材表面上でのクロモニック層の単一工程適用は、より大きな経済的価値をもたらすための比較的大きな表面積での連続的なロールツーロールプロセスに特に適した方法を提供する。

１つの態様では、堆積材料は乾燥クロモニック層の表面上に、並びに、その乾燥クロモニック層内のチャネルパターンの第１のセットのチャネル及び第２のセットのチャネルの両方の内部に、配置又は堆積することができる。第１のセットのチャネル及び第２のセットのチャネルの内部の堆積材料は基材表面に接触又は付着してもよい。堆積材料は、金属又は金属含有材料である。堆積材料には、例えば、金属、金属酸化物、半導体、誘電体材料、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。

金属又は金属塩と反応する既知のカップリング剤をチャネルパターンの形成後に乾燥クロモニック層の表面に適用してもよい。カップリング剤の１つの例には、チオール含有シラノールが挙げられるが、これに限定されない。堆積材料は、カップリング剤での処理後に乾燥クロモニック層に対して適用してもよい。

一部の実施形態では、乾燥クロモニック層内のチャネルパターンの第１のセットのチャネル及び第２のセットのチャネルは、堆積材料がチャネルパターン内に配置される前に、洗浄することができる。洗浄工程は、例えば、堆積材料のチャネルパターン内の基材表面への、付着の改善を助けることができる。任意の有用な洗浄プロセスが、乾燥クロモニック層内の、第１のセットのチャネルと第２のセットのチャネルを洗浄するのに使用することができるが、クロモニック層を破壊したり、又は基材を歪ませたりしない。いくつかの有用な洗浄プロセスには、例えば、反応性イオンエッチングや誘導結合プラズマ及び同類のものなどの、プラズマ処理方法が挙げられる。

１つの実施形態では、金属材料をチャネルパターン内に配置して、金属チャネルパターンを形成することができる。金属チャネルパターンを形成するチャネルパターン内の金属材料を基材表面に結合させてもよい。代表的な堆積材料には、金属、合金、有機金属化合物などの金属含有化合物、金属の塩、金属の酸化物、又はこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。堆積材料には、例えば、金、銀、銅、チタン、鉄、又は白金などの金属を挙げてもよい。１つの実施形態では、金属は金であってもよい。堆積材料は、異なる堆積材料を順次に堆積させることによって形成された多数の層などの、材料の多数の層を含むことができる。別の実施形態では、堆積材料は、同一である又は異なることができる多数の層を有する。堆積材料は、チタン層上に配置された金層であってもよい。

有用な堆積技術は堆積材料を適用するのに使用することができる。一部の実施形態では、気相堆積技術及び同類のものを使用して、金属などの堆積材料を堆積することができる。他の実施形態では、溶液堆積技術を使用して堆積材料を適用することができる。例えば、堆積材料は、乾燥クロモニック層の一体性を乱さない好適な溶媒と組み合わせることができる（例えば、この溶媒は、乾燥クロミック層を溶解しない）。溶液は、乾燥クロモニック層に、及び、この乾燥クロモニック層内に第１のセットのチャネルと第２のセットのチャネルとを含むチャネルパターン内に、適用してもよい。

堆積材料をチャネルパターン内の基材表面上に、及び乾燥クロモニック層の表面上に配置した後に、乾燥クロモニック層を除去してもよい。クロモニック材料と表面改質された無機ナノ粒子とを含む乾燥クロモニック層は、水を含む溶媒で基材表面から除去することができる。チャネルパターン内にない、乾燥クロモニック層の表面上の堆積材料もまた除去してもよい。この工程の間に、第１のセットのチャネルと第２のセットのチャネルの内部に堆積された堆積材料は典型的には基材表面に結合されたままである。基材表面に結合した残っている堆積材料により、ナノ構造パターンの形成を生じることができる。１つの実施形態では、ナノ構造パターンは、複数の平行な又は実質的に平行なナノ構造を含む第１のセットのナノ構造と、第１のセットのナノ構造に垂直な又は実質的に垂直な第２のセットのナノ構造とを含み、これらの第１及び第２のセットのナノ構造は相互接続されている。一部の実施形態では、相互接続されたナノ構造パターンは電気を伝導してもよい。図２及び図４は、第１のセットのナノ構造と第２のセットのナノ構造とを有するナノ構造パターンを示す。

乾燥クロモニック層と、この乾燥クロモニック層の表面上に配置された堆積材料とを両方とも除去した後に残っている堆積材料は、ナノ構造パターンを形成することができる。ナノ構造パターンは、各々が独立に少なくとも１０ナノメートル、少なくとも２５ナノメートル、少なくとも５０ナノメートル、又は少なくとも１００ナノメートルの平均ナノ構造幅を有する第１のセットのナノ構造と第２のセットのナノ構造とを含む。一部の実施形態では、第１のセットのナノ構造及び第２のセットのナノ構造は、各々が独立に最大８００ナノメートル、最大５００ナノメートル、最大２５０ナノメートル、又は最大１５０ナノメートルの平均ナノ構造幅を有してもよい。第１のセットのナノ構造及び第２のセットのナノ構造の平均ナノ構造幅は各々独立に、１０ナノメートル〜８００ナノメートル、２５ナノメートル〜５００ナノメートル、又は５０ナノメートル〜１５０ナノメートルの範囲にあってもよい。

ナノ構造パターンの堆積材料は、各々が少なくとも１０ナノメートル、少なくとも２５ナノメートル、少なくとも７５ナノメートル、又は少なくとも１００ナノメートルの平均ナノメートル構造高さを有するナノ構造パターンを形成する第１のセットのナノ構造と第２のセットのナノ構造とを有することができる。一部の実施形態では、平均ナノメートル構造高さは、最大２５０ナノメートル、最大２００ナノメートル、最大１７５ナノメートル、又は最大１５０ナノメートルであってもよい。ナノ構造は、１０〜２５０ナノメートル、２５ナノメートル〜２００ナノメートル、７５ナノメートル〜１７５ナノメートル、又は７５ナノメートル〜１５０ナノメートルの範囲の平均高さを有してもよい。平均ナノ構造高さは、乾燥クロモニック層の表面改質されたナノ粒子の平均粒子サイズの相関要素であることができる。

１つの実施形態では、堆積材料としての金属は、複数の平行な又は実質的に平行な金属ナノ構造を有する第１のセットのナノ構造と、第１のセットのナノ構造に垂直な又は実質的に垂直な複数の金属ナノ構造を有する第２のセットのナノ構造とを有する金属ナノ構造を形成してもよい。ナノ構造は各々独立に、少なくとも５００ナノメートル、少なくとも７５０ナノメートル、少なくとも１マイクロメートル、又は少なくとも１０マイクロメートルに平均周期を有してもよい。ナノ構造の平均周期は、最大１００マイクロメートル、最大５０マイクロメートル、最大２５マイクロメートル、又は最大１５マイクロメートルであってもよい。ナノ構造の平均周期は、５００ナノメートル〜１００マイクロメートル、７５０ナノメートル〜５０マイクロメートル、１マイクロメートル〜５０マイクロメートル、又は１０マイクロメートル〜１５マイクロメートルの範囲にあってもよい。１つの実施形態では、第１のセットのナノ構造は、第２のセットのナノ構造についての平均周期未満の平均周期を有する。

一部の実施形態では、本明細書に記載される方法を使用して、各々が１０ナノメートル〜２５０ナノメートルの範囲の平均ナノ構造高さと、１０ナノメートル〜８００ナノメートルの範囲の平均ナノ構造幅と、５００ナノメートル〜２０マイクロメートルの範囲の平均周期とを有する第１のセットのナノ構造及び第２のセットのナノ構造を有してナノ構造パターンを形成することができる。例えば、第１のセットのナノ構造及び第２のセットのナノ構造は各々、２５ナノメートル〜７５ナノメートルの範囲の平均ナノ構造高さと、１００ナノメートル〜３００ナノメートルの範囲の平均ナノ構造幅と、２マイクロメートル〜１５マイクロメートルの範囲の平均周期とを有することができる。記載しているようにナノ構造の寸法は、電気を伝導できる光学的に透明な基材をもたらすことができる。一部の実施形態では、相互接続されたナノ構造パターンは表面伝導性を有する。

より具体的には、ナノ構造パターンを形成するためのナノ構造の複数のパターンを有する基材は、単一コーティング組成物中に調製することができる。クロモニック材料と表面改質された無機ナノ粒子と水とを含むコーティング組成物は、コーティング方向で基材表面に適用することができる。コーティング組成物の適用後、水の一部分を除去して乾燥クロモニック層を形成してもよい。乾燥クロモニック層を親水性有機溶媒に曝露して、チャネルパターンを形成することができる。チャネルパターンは、コーティング方向に第１のセットのチャネルと、第１のセットのチャネルに実質的に垂直である第２のセットのチャネルとを含んでもよい。第１のセットのチャネル及び第２のセットのチャネルは、乾燥クロモニック層の平均厚さと等しい平均チャネル深さを有する。次に堆積材料は、乾燥クロモニック層の表面上に、並びに、第１のセットのチャネル及び第２のセットのチャネルの両方の内部に、配置することができ、これらのチャネルの堆積材料は表面基材に接触する。更に、乾燥クロモニック層と、乾燥クロモニック層の表面上に配置された堆積材料はどちらも除去することができる。第１のセットのチャネル及び第２のセットのチャネルの内部に配置された堆積材料は、基材表面に付着してもよい。第１のセットのチャネル及び第２のセットのチャネルの内部の堆積材料は、ナノ構造パターンを形成することができる。この方法は更に、比較的大きな表面積上にナノ構造を形成するためのコーティングプロセスを提供する。

１つの実施形態では、ナノ構造パターンは、第１のセットのナノ構造と第２のセットのナノ構造とを含む。第２のセットのナノ構造は、コーティング方向に延伸する第１のセットのナノ構造に実質的に垂直である。

１つの態様では、ナノ構造パターンを有する物品を形成してもよい。この物品は、基材表面を有する基材と、この基材表面上に配置された乾燥クロモニック層とを含む。乾燥クロモニック層は、クロモニック材料及び表面改質された無機ナノ粒子を含んでもよい。乾燥クロモニック層は、コーティング方向に第１のセットのチャネルと、第１のセットのチャネルと実質的に垂直である第２のセットのチャネルとを含むチャネルパターンを有することができる。第１のセットのチャネル及び第２のセットのチャネルは各々乾燥クロモニック層の平均厚さと等しい平均チャネル深さを有する。

１つの実施形態では、金属層は、基材表面上の乾燥クロモニック層の表面上に、並びに、第１のセットのチャネル及び第２のセットのチャネルの両方の内部に、配置してもよい。金属層は、基材表面に接触してもよい。実施形態のいくつかの例では、第１のセットのチャネルはコーティング方向に平行な又は実質的に平行な複数のチャネルを含み、第２のセットのチャネルは第１のセットのチャネルに垂直な又は実質的に垂直な複数のチャネルを含む。第１のセットのチャネル及び第２のセットのチャネルの、金属層は、基材表面に接触する。

ナノ構造パターンは、第１のセットのナノ構造と、第１のナノ構造に実質的に垂直な第２のセットのナノ構造とを含み、ナノ構造はナノワイヤであってもよい。ナノワイヤは、機能的なナノスケールデバイスのアセンブリのための魅力あるビルディングブロックを表すことができ、従来のリソグラフィベースの製作の基本的及び経済的限界を克服することができる。ナノワイヤは、ナノエレクトロニクス及びフォトニクスで利用するためのビルディングブロックとしての可能性を提供することができる。

本開示は、例示的なものであり、本開示の範囲を制限することを意図しない以下の実施例により、更に明らかになるであろう。

本開示について以下の実施例でより具体的に説明するが、本開示の範囲内での多数の修正及び変更が当業者には明らかとなるため、以下の実施例は例示のみを目的としたものである。特に注釈がない限り、以下の実施例において記載する全ての割合、百分率、及び比率は重量を基準としたものであり、また、実施例において使用する全ての試薬は、下記の化学薬品供給業者から得られた若しくは入手可能なものであり、従来の技法によって合成されてもよい。

準備的実施例１
表面改質された無機ナノ粒子は、平均直径２１ナノメートル（ｎｍ）を有するシリカナノ粒子とのシランの反応から形成された。より具体的には、ナルコ・ケミカル社（Nalco Chemical Company）（イリノイ州ナパーヴィル（Naperville））からのナルコ（Nalco）２３２７コロイドシリカ３００グラムを、攪拌棒を有するボトル内に置いた。攪拌しながら、２５重量％カルボキシエチルシラントリオールナトリウム塩水溶液（ゲレスト社（Gelest Inc）（ペンシルバニア州モリスビル（Morrisville））２８グラムを１０分間にわたってコロイドシリカに添加した。少量の沈殿がカルボキシエチルシラントリオールナトリウム塩の添加時に形成されたが、この沈殿は更なる攪拌により溶解した。次にこの透明な分散体を９５℃の炉に２０時間にわたって置いた。水中の表面改質されたコロイドシリカの固形分パーセントは、乾燥後の重量喪失に基づいて、４０重量％であると定量された。乾燥に先立つ分散体が以下の実施例では使用された。

準備的実施例２
表面改質された無機ナノ粒子は、平均直径１４２ナノメートル（ｎｍ）を有するシリカナノ粒子とのシランの反応から形成された。より具体的には、ナルコ・ケミカル社（Nalco Chemical Company）（イリノイ州ナパーヴィル（Naperville））からのナルコ（Nalco）ＴＸ１３１１２コロイドシリカ（ロット＃ＸＣ５Ｈ０８３６Ａ１）３３０グラムを、攪拌棒を有するボトル内に置いた。ナノ粒子の平均直径は、滴定法を使用して製造者により測定された。攪拌しながら、２５重量％カルボキシエチルシラントリオールナトリウム塩水溶液（ゲレスト社（Gelest Inc）（ペンシルバニア州モリスビル（Morrisville））４．２グラムを１０分間にわたってコロイドシリカに添加した。少量の沈殿がカルボキシエチルシラントリオールナトリウム塩の添加時に形成されたが、この沈殿は更なる攪拌により溶解した。次にこの透明な分散体を９５℃の炉に２０時間にわたって置いた。水中の表面改質されたコロイドシリカの固形分パーセントは、乾燥後の重量喪失に基づいて、３７重量％であると定量された。乾燥に先立つ分散体が以下の実施例では使用された。

準備的実施例３
表面改質された無機ナノ粒子は、平均直径２１ナノメートル（ｎｍ）を有するシリカナノ粒子とのシランの反応から形成された。より具体的には、ナルコ・ケミカル社（Nalco Chemical Company）（イリノイ州ナパーヴィル（Naperville））からのナルコ（Nalco）２３２７コロイドシリカ３００グラムを、攪拌棒を有するボトル内に置いた。攪拌しながら、２５重量％カルボキシエチルシラントリオールナトリウム塩水溶液（ゲレスト社（Gelest Inc）（ペンシルバニア州モリスビル（Morrisville））３９．４グラムを１０分間にわたってコロイドシリカに添加した。少量の沈殿がカルボキシエチルシラントリオールナトリウム塩の添加時に形成されたが、この沈殿は更なる攪拌により溶解した。次にこの透明な分散体を９５℃の炉に２０時間にわたって置いた。水中の表面改質されたコロイドシリカの固形分パーセントは、乾燥後の重量喪失に基づいて、４０重量％であると定量された。乾燥に先立つ分散体が以下の実施例では使用された。

準備的実施例４
表面改質された無機ナノ粒子は、二重の機能を有する表面改質されたシリカナノ粒子を提供するために、平均直径２１ナノメートルを有するシリカナノ粒子と異なる官能基を有する２つのシランの反応から形成された。より具体的には、ナルコ・ケミカル社（Nalco Chemical Company）（イリノイ州ナパーヴィル（Naperville））からのナルコ（Nalco）２３２７コロイドシリカ（ロットＢＰ６Ｈ０７７８Ａ０）５０グラムを、攪拌棒を有するボトル内に置いた。攪拌しながら、２５重量％カルボキシエチルシラントリオールナトリウム塩水溶液（ゲレスト社（Gelest Inc）（ペンシルバニア州モリスビル（Morrisville））６．８５グラムを５分間〜１０分間にわたってコロイドシリカに添加した。少量の沈殿がカルボキシエチルシラントリオールナトリウム塩の添加時に形成されたが、この沈殿は更なる攪拌により溶解した。アルファ・エイサー（Alfa Aesar）（ミズーリ州セントルイス（St. Louis））からのトリメトキシプロピルシラン（ロット９００１１８８５）０．３６グラムをカルボキシエチルシランで改質された無機ナノ粒子分散体に添加し、混合液をおよそ５分間にわたって攪拌した。この透明な分散体を９０℃の炉に１６時間にわたって置いた。水中の表面改質されたコロイドシリカの固形分パーセントは、乾燥後の重量喪失に基づいて、３９．５重量％であると定量された。乾燥に先立つ分散体が以下の実施例では使用された。

（実施例１）
テート＆ライル社（Tate & Lyle PLC）（イリノイ州ディケーター（Decatur））からのＩＣＢ３０００トウモロコシデンプン０．２６グラムと、脱イオン水３．００グラムと、ＥＭＤケミカルズ社（EMD Chemicals Inc.）（ニュージャージー州ギブスタウン（Gibbstown））からの３０重量％水酸化アンモニウム水溶液０．１３グラムと、準備的実施例１の表面改質されたコロイドシリカ分散体１．０グラムとを含む混合物を、機械的攪拌を行いながら容器内に添加した。トウモロコシデンプンが混合物に溶解した後で、米国特許第６，４８８，８６６号の実施例１に記載されているように調製された式ＩＩＩのクロモニック材料４−ジメチルアミノ−１−［４，６−ジ（４−カルボキシフェニルアミノ）−１，３，５−トリアジン−２−イル］ピリジニウムクロライド０．５０グラムを攪拌しながらゆっくりと混合物に添加した。

クロモニック材料の溶解時に、コグニス社（Cognis Corporation）（オハイオ州シンシナティ（Cincinnati））からのアルキルポリグルコシド界面活性剤（グルコポン（Glucopon）４２５Ｎ）の１０重量％水溶液０．１１グラムを攪拌しながら混合物に添加した。ポール社（Pall Corporation）（ニューヨーク州イーストヒルズ（East Hills））からの２５ミリメートル（ｍｍ）直径を有する１．２マイクロメートル使い捨て注射器フィルター（バーサポア膜（Versapore Membrane）＃４４８８、不織布支持体上の親水性アクリルコポリマー）を装着した使い捨て注射器により、得られた混合物を採取し、濾過してコーティング組成物を形成した。

クロモニック層を形成するための１２．５マイクロメートル間隙を有するビック・ガードナー（Byk-Gardner）（メリーランド州コロンビア（Columbia））からのバード・バー（Bird Bar）アプリケータ（パート＃ＡＲ−５５１８）を使用して、プレシジョン・ガラス・アンド・オプティックス（Precision Glass and Optics）（カリフォルニア州サンタアナ（Santa Ana））からのガラススライド（グレイバーベル・フロート（Glaverbel Float））上にこのコーティング組成物をコーティングした。クロモニック層を室温（およそ２５℃）で少なくとも５分間にわたって空気乾燥させて、乾燥クロモニック層を形成した。

スライド上の乾燥クロモニック層は、０．７センチメートル（ｃｍ）×７．０ｃｍ×７．７ｃｍの寸法を有する狭いガラスチャンバの中にスライドを沈めることにより曝露された。アーパー・アルコール＆ケミカル・カンパニー（Aaper Alcohol & Chemical Co.）（ケンタッキー州シェルビーヴィル（Shelbyville））からの無水エタノール（２００プルーフ）でおよそ５秒間にわたってガラスチャンバを充填して、チャネルパターンの形成を誘導した。次に、ガラススライドをガラスチャンバから取り出し、振って残留エタノールを除去した。次に、試料を１１０℃に設定された炉におよそ１５秒間にわたって置いた。次に、試料を炉から取り出して、あらゆる残留している視認可能なエタノールを除去し、再びおよそ１１０℃に設定された炉に戻して更に１５秒間にわたって置いた。

図１の光学顕微鏡写真（５００倍）は、ガラススライド上の乾燥クロモニック層内の第１のセットのチャネルと第２のセットのチャネルとを含むスライド上のチャネルパターンを示す。図１は、記載条件下で、チャネルパターンがコーティング方向に実質的に整列した第１のセットのチャネルと、第１のセットのチャネルに実質的に垂直である第２のセットのチャネルとを含むことを示す。第１のセットのチャネルは複数の平行な又は実質的に平行なチャネルを含み、第１のセットのチャネルの長さは、第２のセットのチャネルの長さを超える。

引き続き、イールド・エンジニアリング・システム社（Yield Engineering Systems Inc.）（カリフォルニア州サンノゼ（San Jose））からのイエスＧ１０００プラズマクリーニングシステム（YES G1000 Plasma Cleaning System）を使用して、スライド上の乾燥クロモニック層のチャネルパターンをドライエッチングした。使用された電極配置は、「イエスプラズマクリーニングシステムマニュアル（YES Plasma Cleaning System Manual）６１０−５２３７−０１」３／１２頁に見られるような「ＲＩＥモード配列（RIE Mode Arrangement）」であった。最上部の電極（活性）から４番目にスライドを置いた。Ｏ_２エッチプラズマ（高周波（ＲＦ）を介して充電される）を２分間にわたって使用した。次に、試料を金属化フレーム内に表を下にして置き、アルミホイルテープ（３Ｍ＃４２５、３Ｍ社（3M Company）（ミネソタ州セントポール（St. Paul）））で所定位置に保持した。スライド上の乾燥クロモニック層及びフレームを高真空金属化チャンバに置いた。いったんチャンバが適切な真空圧に至ったら、電子ビームに誘導された金属熱蒸発法によって、乾燥クロモニック層の表面上に、並びに、基材表面に接触する第１のセットのチャネル及び第２のセットのチャネルの両方の内部に、５ｎｍのチタンを堆積させた。次に、電子ビームに誘導された金属熱蒸発法によって、チタン層上に１００ｎｍの金を堆積させて、２層金属組成物を形成した。

次に、数滴の水酸化アンモニウム（３０％（重量／重量））を有する脱イオン水およそ３００ミリリットルの中におよそ２時間にわたって金属化された試料を含むスライドを浸して、クロモニック材料及び表面改質された無機ナノ粒子を除去した。次に、試料を脱イオン水ですすいで、ガラス基材に結合していない金属、及び乾燥クロモニック層の表面上に更に堆積した金属を除去した。堆積した金属の過大パッチを有する領域には、数秒間にわたって２度目の強いすすぎを行った。第１のセットのチャネル及び第２のセットのチャネルの内部に堆積した金属であって、基材に結合した金属を残して、ナノ構造パターンを形成した。２次元ナノ構造パターン又はナノグリッドは、ガラススライド上に金属ワイヤを含む。

図２の光学顕微鏡写真（５００倍）は、コーティング方向に整列した第１のセットのナノ構造と、第１のセットのナノ構造に実質的に垂直な第２のセットのナノ構造とを含むガラススライド上の堆積材料としての金属のナノ構造パターンを示す。第１のセットのナノ構造は、複数の平行な又は実質的に平行なナノ構造を含み、第１のナノ構造（the first nanostructures）の長さは第２のセットのナノ構造の長さを超える。

図２の光学顕微鏡写真は、金属ワイヤ又はナノ構造の相互接続したグリッドを示す。デルコム・インスツルメンツ社（Delcom Instruments, Inc.）（ウィスコンシン州プレスコット（Prescott））からのデルコム（Delcom）７１７非接触渦電流型電導度モニター（non-contact eddy current conductance monitor）を使用して、金属化試料について伝導度試験を行った。金属化試料は、測定値２４．８２ｍＳ（ミリシーメンス）を有し、したがって、４０．３Ω／ｓｑ．（オーム／スクエア）の表面抵抗を生じた。

アジレント・テクノロジー（Agilent Technologies）（カリフォルニア州サンタクララ（Santa Clara））からのヒューレットパッカード（Hewlett-Packard）８４５２Ａ分光光度計上で可視光線透過率を測定し、フロートガラス基材の９０％であることが分かった。

（実施例２）
テート＆ライル社（Tate & Lyle PLC）（イリノイ州ディケーター（Decatur））からのトウモロコシデンプン（ＩＣＢ３０００）０．５２グラムと、脱イオン水６．００グラムと、ＥＭＤケミカルズ社（EMD Chemicals Inc.）（ニュージャージー州ギブスタウン（Gibbstown））からの３０重量％水酸化アンモニウム水溶液０．２６グラムと、準備的実施例１の表面改質されたコロイドシリカ分散体２．０グラムとを含む混合物を、機械的攪拌を行いながら容器内に添加した。トウモロコシデンプンが混合物に溶解した後で、式ＩＩＩのクロモニック材料４−ジメチルアミノ−１−［４，６−ジ（４−カルボキシフェニルアミノ）−１，３，５−トリアジン−２−イル］ピリジニウムクロライド０．５０グラムを攪拌しながらゆっくりと混合物に添加した。クロモニック材料の溶解時に、コグニス社（Cognis Corporation）（オハイオ州シンシナティ（Cincinnati））からのアルキルポリグルコシド界面活性剤（グルコポン（Glucopon）４２５Ｎ）の１０重量％水溶液０．１１グラムを攪拌しながら混合物に添加した。ポール社（Pall Corporation）（ニューヨーク州イーストヒルズ（East Hills））からの２５ｍｍ直径を有する１．２マイクロメートル使い捨て注射器フィルター（バーサポア膜（Versapore Membrane）＃４４８８；不織布支持体上の親水性アクリルコポリマー）を装着した使い捨て注射器により、得られた混合物を採取し、濾過してコーティング組成物を形成した。

約０．１２５ｍｍの厚さを有するデュポン帝人フィルムＵＳ社（DuPont Teijin Films U.S. Limited Partnership）（バージニア州ホープウェル（Hopewell））からのポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）フィルム上に、コーティング組成物をコーティングした。ＰＥＴフィルムは、５ｎｍの厚さを有する連続的なスッパッタコーティングされたケイ素−アルミニウム−酸化物（ＳｉＡｌＯｘ）層でコーティングした。ＳｉＡｌＯｘ層を９５重量％Ｓｉ／５重量％ＡｌスパッタリングターゲットからＤＣスパッタした。主要なスパッタリングガスとしてアルゴンを６００標準立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）で添加して、０．８５Ｐａ（６．４ミリトル（ｍＴｏｒｒ））の圧力を生じた。酸素流を添加して活発に制御して、酸素流がおよそ１５ｓｃｃｍであるように６００ボルト（Ｖ）の一定ターゲット電圧を維持した。スパッタリングのパワーは、１２．７ｃｍ×３８．１ｃｍのターゲットに対して２．１キロワット（ｋＷ）を適用した。ＰＥＴフィルムを５．４９メートル／分で動かし続けた。ＵＶプロセス・サプライ（UV Process Supply）（イリノイ州シカゴ（Chicago））からの＃２．５線巻バーをクロモニック層として適用した。クロモニック層を約２５℃でおよそ１５分間にわたって空気乾燥させた。

フィルム上の乾燥クロモニック層は、０．７ｃｍ×７．０ｃｍ×７．７ｃｍの寸法を有する狭いガラスチャンバの中にフィルムを沈めることにより曝露された。アーパー・アルコール＆ケミカル・カンパニー（Aaper Alcohol & Chemical Co）（ケンタッキー州シェルビーヴィル（Shelbyville））からの無水エタノール（２００プルーフ）でおよそ５秒間にわたってガラスチャンバを充填して、チャネルパターンの形成を誘導した。次に、ＰＥＴフィルム試料をガラスチャンバから取り出し、振って残留エタノールを除去した。次に、１００℃の設定で予め加熱された炉にフィルムをおよそ１５秒間にわたって置いて、過剰なエタノールを除去した。

図３の光学顕微鏡写真（５００倍）は、可撓性基材上の乾燥クロモニック層内の第１のセットのチャネルと第２のセットのチャネルとを含むＰＥＴフィルム上のチャネルパターンを示す。図３は、所与条件下で、チャネルパターンが、コーティング方向に実質的に整列した第１のセットのチャネルと、第１のセットのチャネルに実質的に垂直である第２のセットのチャネルとを含むことを示す。第１のセットのチャネルは複数の平行な又は実質的に平行なチャネルを含み、第１のセットのチャネルの長さは、第２のセットのチャネルの長さを超える。

可撓性基材（ＰＥＴ）上の乾燥クロモニック層のチャネルパターンを、引き続いて、実施例１に記載されているように、ドライエッチング、金属化して、洗浄を行った。

図４の光学顕微鏡写真（５００倍）は、コーティング方向に整列した第１のセットのナノ構造と、第１のセットのナノ構造に実質的に垂直な第２のセットのナノ構造とを含むＰＥＴフィルム上の堆積材料としての金属のナノ構造パターンを示す。第１のセットのナノ構造は、複数の平行な又は実質的に平行なナノ構造を含み、第１のナノ構造（the first nanostructures）の長さは第２のセットのナノ構造の長さを超える。

図４は、金属ワイヤ又はナノ構造の相互接続したグリッドを示す。デルコム・インストルメンツ社（Delcom Instruments, Inc.）（ウィスコンシン州プレスコット（Prescott））からのデルコム（Delcom）７１７非接触渦電流型電導度モニター（non-contact eddy current conductance monitor）を使用して、金属化試料について表面抵抗測定を行った。実施例２の領域１及び領域２は、表１に示した結果で測定された。

表Ｉは、非導電性ＳｉＡｌＯｘ−ＰＥＴ上での金属グリッド（ナノ構造パターン）の発現により、導電性基材が製造されたことを示す。

アジレント・テクノロジー（Agilent Technologies）（カリフォルニア州サンタクララ（Santa Clara））からのヒューレットパッカード（Hewlett-Packard）８４５２Ａ分光光度計上で光透過測定を行った。光透過測定値は、ナノ構造パターンの存在の結果、元の基材（ＳｉＡｌＯｘコーティングされたＰＥＴフィルム）と比較すると、透過率がおよそ１３％低下することを示した。

（実施例３）
テート＆ライル社（Tate & Lyle PLC）（イリノイ州ディケーター（Decatur））からのＩＣＢ３０００トウモロコシデンプン０．２６グラムと、脱イオン水３．００グラムと、ＥＭＤケミカルズ社（EMD Chemicals Inc.）（ニュージャージー州ギブスタウン（Gibbstown））からの３０重量％水酸化アンモニウム水溶液０．１４グラムと、準備的実施例４の二重機能の表面改質されたコロイドシリカ分散体１．０グラムとを含む混合物を、機械的攪拌を行いながら容器内に添加した。トウモロコシデンプンが混合物に溶解した後で、式ＩＩＩのクロモニック材料４−ジメチルアミノ−１−［４，６−ジ（４−カルボキシフェニルアミノ）−１，３，５−トリアジン−２−イル］ピリジニウムクロライド０．５０グラムを攪拌しながらゆっくりと混合物に添加した。クロモニック材料の溶解時に、コグニス社（Cognis Corporation）（オハイオ州シンシナティ（Cincinnati））からのアルキルポリグルコシド界面活性剤（グルコポン（Glucopon）４２５Ｎ）の１０重量％水溶液０．１３グラムを攪拌しながら混合物に添加した。ポール社（Pall Corporation）（ニューヨーク州イーストヒルズ（East Hills））からの２５ｍｍ直径を有する１．２マイクロメートル使い捨て注射器フィルター（バーサポア膜（Versapore Membrane）＃４４８８、不織布支持体上の親水性アクリルコポリマー）を装着した使い捨て注射器により、得られた混合物を採取し、濾過してコーティング組成物を形成した。

クロモニック層を形成するための１２．５マイクロメートル間隙を有するビック・ガードナー（Byk-Gardner）（メリーランド州コロンビア（Columbia））からのバード・バー（Bird Bar）アプリケータ（パート＃ＡＲ−５５１８）を使用して、プレシジョン・ガラス・アンド・オプティックス（Precision Glass and Optics）（カリフォルニア州サンタアナ（Santa Ana））からのガラススライド（グレイバーベル・フロート（Glaverbel Float））上にこのコーティング組成物をコーティングした。クロモニック層を室温（およそ２５℃）で少なくとも５分間にわたって空気乾燥させて、乾燥クロモニック層を形成した。

スライド上の乾燥クロモニック層は、０．７ｃｍ×７．０ｃｍ×７．７ｃｍの寸法を有する狭いガラスチャンバの中にスライドを沈めることにより曝露された。アーパー・アルコール＆ケミカル・カンパニー（Aaper Alcohol & Chemical Co.）（ケンタッキー州シェルビーヴィル（Shelbyville））からの無水エタノール（２００プルーフ）でおよそ５秒間にわたってガラスチャンバを充填して、チャネルパターンの形成を誘導した。次に、ガラススライドをガラスチャンバから取り出し、振って残留エタノールを除去した。次に、試料を１１０℃に設定された炉におよそ１５秒間にわたって置いた。

光学顕微鏡による分析は、乾燥クロモニック層が、第１のセットのチャネルと第２のセットのチャネルとを含むスライド上にチャネルパターンを含有したことを示した。所与条件下で、チャネルパターンは、コーティング方向に実質的に整列した第１のセットのチャネルと、第１のセットのチャネルに実質的に垂直である第２のセットのチャネルとを含む。第１のセットのチャネルは複数の平行な又は実質的に平行なチャネルを含み、第１のセットのチャネルの長さは、第２のセットのチャネルの長さを超える。記載条件下で、第２のセットのチャネルの１つと交差する前の第１のセットのチャネルの平均長さはおよそ４５マイクロメートルであり、一方で、第２のセットのチャネルはおよそ８マイクロメートルの長さを有した。

本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく本開示の様々な修正形態及び変更形態が、当業者には、明らかとなろう。また、本発明は、本明細書に記載した例示的な要素に限定されないことが理解されるべきである。

Claims (25)

1. クロモニック層を形成するために基材表面にコーティング方向でコーティング組成物を適用する工程であって、前記コーティング組成物がクロモニック材料と表面改質された無機ナノ粒子と水とを含む、適用する工程；
   乾燥クロモニック層を形成するために前記クロモニック層から前記水の少なくとも一部分を除去する工程；並びに、
   前記乾燥クロモニック層を親水性有機溶媒に曝露して前記乾燥クロモニック層内にチャネルパターンを形成する工程であって、前記チャネルパターンが、（ａ）前記コーティング方向に第１のセットのチャネルと（ｂ）前記第１のセットのチャネルに実質的に垂直である第２のセットのチャネルとを含み、前記第１のセットのチャネル及び前記第２のセットのチャネルが前記乾燥クロモニック層の平均厚さと等しい平均チャネル深さを有する、曝露形成する工程を含む、方法。
2. 前記基材が可撓性ポリマーフィルムを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記基材表面がケイ素アルミニウム酸化物層を更に含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記コーティング組成物が、前記クロモニック材料と水とを含む均一相中の前記表面改質された無機ナノ粒子の懸濁液である、請求項１に記載の方法。
5. 前記コーティング組成物中の前記表面改質された無機ナノ粒子の濃度が、コーティング組成物の総重量に基づいて１０重量％〜３０重量％の範囲にある、請求項１に記載の方法。
6. 前記コーティング組成物のｐＨが５〜１２の範囲にある、請求項１に記載の方法。
7. 前記表面改質された無機ナノ粒子が、シリカ、チタニア、ジルコニア、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記表面改質された無機ナノ粒子が、シリカナノ粒子とオルガノシランとの反応生成物であり、前記オルガノシランが次式：
   

   

   を有し、式中、
   Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３が独立にヒドロキシル、アルコキシ、ハライド、又はこれらの組み合わせを含み；
   Ｙがアルキレン、アリーレン、オキシアルキレン、又はこれらの組み合わせを含み；並びに、
   Ｒ４がカルボキシル、ハロゲン、アルコキシ、−ＯＰＯ_３Ｈ_２、−ＰＯ_３Ｈ_２、チオール、アミノ、無水物、塩、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記オルガノシランがカルボキシエチルエイラントリオールナトリウム塩である、請求項８に記載の方法。
10. 第２のオルガノシランを更に含む、請求項８に記載の方法。
11. 前記コーティング組成物から除去された前記水が、前記コーティング組成物の総重量に基づいて５重量％〜９５重量％の範囲にある、請求項１に記載の方法。
12. 前記乾燥クロモニック層が５００ナノメートル〜３マイクロメートルの範囲の厚さを有する、請求項１に記載の方法。
13. 前記親水性有機溶媒が、アルコール、ケトン、ニトリル、エーテル、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
14. 前記親水性有機溶媒が無水である、請求項１に記載の方法。
15. 前記親水性有機溶媒が前記クロモニック材料を溶解しない、請求項１に記載の方法。
16. 前記第１のセットのチャネル及び前記第２のセットのチャネルが独立に１０ナノメートル〜８００ナノメートルの範囲の平均チャネル幅を有する、請求項１に記載の方法。
17. 前記第１のセットのチャネル及び前記第２のセットのチャネルが独立に５００ナノメートル〜３マイクロメートルの範囲の平均チャネル深さと１０ナノメートル〜８００ナノメートルの範囲の平均チャネル幅と５００ナノメートル〜１マイクロメートルの範囲の平均周期とを有する、請求項１に記載の方法。
18. 前記第１のセットのチャネルが前記コーティング方向に複数の平行な又は実質的に平行なチャネルを含む、請求項１に記載の方法。
19. コーティング方向における前記第１のセットのチャネルの長さが、前記第１のセットのチャネルに実質的に垂直な前記第２のセットのチャネルの長さを超える、請求項１に記載の方法。
20. クロモニック層を形成するために基材表面にコーティング方向でコーティング組成物を適用する工程であって、前記コーティング組成物がクロモニック材料と表面改質された無機ナノ粒子と水とを含む、適用する工程；
    乾燥クロモニック層を形成するために前記クロモニック層から前記水の少なくとも一部分を除去する工程；
    前記乾燥クロモニック層を親水性有機溶媒に曝露して前記乾燥クロモニック層内にチャネルパターンを形成する工程であって、前記チャネルパターンが、（ａ）前記コーティング方向に第１のセットのチャネルと（ｂ）前記第１のセットのチャネルに実質的に垂直である第２のセットのチャネルとを含み、前記第１のセットのチャネル及び前記第２のセットのチャネルが前記乾燥クロモニック層の平均厚さと等しい平均チャネル深さを有する、曝露形成する工程；
    前記乾燥クロモニック層の表面上に、及び、前記第１のセットのチャネルと前記第２のセットのチャネルの両方の内部に、金属含有材料を配置する工程であって、前記第１のセットのチャネルと前記第２のセットのチャネルの内部の前記金属含有材料が前記基材表面に接触する、配置する工程；並びに、
    前記基材上にナノ構造パターンを形成する工程であって、前記形成する工程が前記乾燥クロモニック層と前記乾燥クロモニック層上の前記金属含有材料とを両方とも除去することを含み、前記第１のセットのチャネルと前記第２のセットのチャネルの内部の前記金属含有材料が前記基材に付着する、形成する工程、を含む方法。
21. 前記ナノ構造パターンが（ａ）第１のセットのナノ構造と（ｂ）前記第１のセットのナノ構造に実質的に垂直な第２のセットのナノ構造とを含む、請求項２０に記載の方法。
22. 前記クロモニック材料が次式：
    

    

    を有し、式中、
    Ｒ２が水素、置換若しくは非置換アルキル、置換若しくは非置換アルコキシ、置換若しくは非置換カルボキシルアルキル、又はこれらの組み合わせを含み；並びに、
    Ｒ３が置換若しくは非置換複素芳香環、置換若しくは非置換複素環、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法により形成される物品。
23. 前記クロモニック材料が次式：
    

    

    を有し、式中、
    Ｒ２が水素、置換若しくは非置換アルキル、置換若しくは非置換アルコキシ、置換若しくは非置換カルボキシルアルキル、又はこれらの組み合わせを含み；並びに、
    Ｒ３が置換若しくは非置換複素芳香環、置換若しくは非置換複素環、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法により形成される物品。
24. 基材表面を有する基材と、
    前記基材表面上に配置される乾燥クロモニック層とを含む物品であって、前記乾燥クロモニック層がクロモニック材料と表面改質された無機ナノ粒子とを含み、前記乾燥クロモニック層が
    第１のセットのチャネルと、
    前記第１のセットのチャネルに実質的に垂直である第２のセットのチャネルとを含むチャネルパターンを有し、前記第１のセットのチャネル及び前記第２のセットのチャネルが前記乾燥クロモニック層の平均厚さに等しい平均チャネル深さを有する、物品。
25. 前記乾燥クロモニック層の表面上に、並びに、前記第１のセットのチャネル及び前記第２のセットのチャネルの両方の内部に配置された金属含有材料を更に含み、前記第１のセットのチャネル及び前記第２のセットのチャネルの両方の内部の前記金属含有材料が前記基材表面に接触する、請求項２４に記載の物品。

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