PROCEDIMIENTO PARA OBTENER UN ESPEJO DE BRAGG FLEXIBLE Y ESPEJO DE BRAGG OBTENIDO POR DICHO PROCEDIMIENTO.

Procedimiento para obtener un espejo de Bragg flexible y espejo de Gragg obtenido por dicho procedimiento.

El objeto principal de la presente invención es un procedimiento para obtener un espejo de Bragg flexible (1'') a partir de un cristal fotónico consistente en una multicapa porosa (1) rígida, comprendiendo el procedimiento rellenar con un polímero los poros de la multicapa porosa (1) para dotarla de estabilidad mecánica

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200900275.

Solicitante: CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS (CSIC).

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: MADRID.

Inventor/es: MIGUEZ GARCIA,HERNAN RUY, CALVO ROGGIANI,MAURICIO ERNEST.

Fecha de Solicitud: 30 de Enero de 2009.

Fecha de Publicación: .

Fecha de Concesión: 31 de Mayo de 2011.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G02B5/28F
  • G02B6/34B6

Clasificación PCT:

  • G02B5/28 SECCION G — FISICA.G02 OPTICA.G02B ELEMENTOS, SISTEMAS O APARATOS OPTICOS (G02F tiene prioridad; elementos ópticos especialmente adaptados para ser utilizados en los dispositivos o sistemas de iluminación F21V 1/00 - F21V 13/00; instrumentos de medida, ver la subclase correspondiente de G01, p. ej. telémetros ópticos G01C; ensayos de los elementos, sistemas o aparatos ópticos G01M 11/00; gafas G02C; aparatos o disposiciones para tomar fotografías, para proyectarlas o para verlas G03B; lentes acústicas G10K 11/30; "óptica" electrónica e iónica H01J; "óptica" de rayos X H01J, H05G 1/00; elementos ópticos combinados estructuralmente con tubos de descarga eléctrica H01J 5/16, H01J 29/89, H01J 37/22; "óptica" de microondas H01Q; combinación de elementos ópticos con receptores de televisión H04N 5/72; sistemas o disposiciones ópticas en los sistemas de televisión en colores H04N 9/00; disposiciones para la calefacción especialmente adaptadas a superficies transparentes o reflectoras H05B 3/84). › G02B 5/00 Elementos ópticos distintos de las lentes (guías de luz G02B 6/00; elementos ópticos lógicos G02F 3/00). › Filtros de interferencia.
  • G02B6/34 G02B […] › G02B 6/00 Guías de luz; Detalles de estructura de las disposiciones que comprenden guías de luz y otros elementos ópticos, p. ej. medios de acoplamiento. › utilizando prismas o redes.

Fragmento de la descripción:

Procedimiento para obtener un espejo de Bragg flexible y espejo de Bragg obtenido por dicho procedimiento.

Objeto de la invención

El objeto principal de la presente invención es un procedimiento para obtener un espejo de Bragg flexible a partir de un cristal fotónico consistente en una multicapa porosa rígida. El espejo de Bragg flexible obtenido mantiene las propiedades reflectivas del cristal fotónico de partida y, al ser flexible, se puede utilizar para recubrir objetos de cualquier forma. Además, las propiedades ópticas de este espejo hacen que pueda actuar como filtro óptico interferencial. Otro objeto de la invención está dirigido al espejo de Bragg obtenido mediante el procedimiento anterior.

Antecedentes de la invención

Un espejo de Bragg es una estructura consistente en una secuencia alternativa de capas de dos materiales ópticos de diferentes índices de refracción que presenta una elevada reflectividad para radiaciones electromagnéticas de una determinada longitud de onda si el período de repetición corresponde aproximadamente a la mitad de dicha longitud de onda.

La longitud de onda que refleja un espejo de Bragg es en realidad una banda de longitudes de onda, denominada banda prohibida, cuya posición depende de los valores de índice de refracción de las láminas que conforman el espejo y de los espesores de dichas láminas. La anchura espectral de esta banda depende del contraste entre los índices de refracción de esas láminas. En segunda aproximación, el número de capas presente en el espejo influirá también tanto en la posición como en la anchura de esta banda. Cuanto mayor es el número de capas, mayor es la reflectividad del espejo.

Una de las aplicaciones de estos materiales es la protección de objetos contra radiaciones de una cierta longitud de onda, o bien dotar a los objetos de un color deseado. Además, como este efecto tiene un origen estructural, se evita el calentamiento debido a la absorción de la radiación. Sin embargo, la mayoría de los espejos de Bragg son planos y rígidos, lo cual limita mucho su campo de aplicación.

Aunque en los últimos años se han producido algunos avances, aún no se ha conseguido resolver completamente el problema. Uno de los obstáculos que presenta la fabricación de espejos de Bragg flexibles es la dificultad de conseguir materiales que tengan simultáneamente una modulación periódica de su índice de refracción a una escala sub-micrométrica y además una estructura flexible mecánicamente estable.

Se puede mencionar, como ejemplo, estructuras fotónicas obtenidas a partir de dos diferentes compuestos orgánicos. Tal es el caso de estructuras laminares obtenidas por autoensamblado de homopolímeros y copolímeros ("Tunable Block Copolymer/Homopolymer Photonic Crystals", Urbas et al. Advanced Materials 2000, 12, 812); o bien la infiltración de una red porosa de un ópalo artificial de esferas de poliestireno con un elastómero para formar un "papel fotónico" ("Photonic Papers and Inks: Color Writing with Colorless Materials", H. Fudouzi et al. Advanced Materials 2003, 15, 892). Sin embargo, en todos estos casos, al tratarse únicamente con compuestos orgánicos el contraste dieléctrico es bajo y un eventual tratamiento térmico posterior no es posible.

Descripción de la invención

Un primer aspecto de la presente solicitud de patente describe un procedimiento para obtener espejos de Bragg flexibles de alto contraste dieléctrico a partir de cristales fotónicos consistentes en una multicapa porosa rígida. En el presente documento, el término "espejos de Bragg" pretende hacer referencia también a filtros interferenciales ópticos, y en general a cualquier estructura con propiedades ópticas de reflectividad similares a las de los espejos de Bragg.

Fundamentalmente, el procedimiento de la invención consiste en rellenar con un polímero los huecos de la multicapa porosa rígida de partida, dotándola así de una resistencia mecánica que permite, si es necesario, separarla del sustrato sobre el que se haya formado y posteriormente fijarla a una superficie de forma arbitraria. El polímero empleado debe tener las propiedades mecánicas adecuadas para dotar al cristal fotónico multicapa de una estabilidad mecánica y flexibilidad suficientes que le permita recubrir objetos de cualquier forma. El espejo de Bragg flexible obtenido presenta picos de reflexión anchos (Δλ/λ \approx 40%) y de intensidad elevada (Imax \approx 70%). Además, su posición espectral se puede ajustar con precisión cambiando los parámetros de la estructura interna del cristal fotónico multicapa de partida.

Se pueden emplear dos estrategias para rellenar con el polímero los poros del cristal fotónico multicapa de partida:

a) La primera estrategia consiste en introducir en la multicapa porosa rígida un polímero disuelto en un solvente apropiado y luego extraer el solvente. Obviamente, la disolución debe tener las propiedades adecuadas, por ejemplo de tensión superficial y viscosidad, para que se infiltre en los poros de la estructura multicapa, y además el polímero empleado debe ser soluble. Ejemplos de polímeros adecuados son el policarbonato, el polidimetilsiloxano, el polimetilmetacrilato, el polivinilpirrolidona y el poliestireno.

Así, las operaciones del procedimiento según esta primera estrategia son los siguientes:

1) Impregnar la multicapa porosa con una solución polimérica.

En esta primera operación, se moja la multicapa porosa con la solución polimérica hasta que ésta se infiltra totalmente en los huecos de la estructura. Como se ha mencionado anteriormente, es importante que la tensión superficial y la viscosidad de la solución sea lo suficientemente baja como para que se infiltre totalmente en los huecos. Esto se puede conseguir manteniendo la temperatura dentro de unos márgenes adecuados, que dependerán en cada caso de la solución polimérica empleada, o incluso empleando agentes tensoactivos.

2) Distribuir uniformemente la solución polimérica por los poros de la multicapa.

Cuanto más uniformemente se distribuyan los compuestos por los huecos de la estructura porosa, mejores serán los resultados del procedimiento. Por ello, en una realización preferida de la invención se emplean la técnica de spin-coating, dip-coating o doctor blade que, además de contribuir a la distribución de la solución por la estructura, crea un recubrimiento exterior de muy pequeño espesor que dota a la multicapa porosa de una estabilidad mecánica aún mayor.

3) Evaporar completamente el disolvente embebido en la multicapa porosa.

Es necesario conseguir la evaporación completa del disolvente para que en la estructura quede únicamente el polímero solidificado. Para ello, en una realización particular de la invención se calienta la multicapa durante un período de tiempo y a una temperatura adecuadas y conocidas en la técnica en función del disolvente empleado.

b) La segunda estrategia consiste en realizar la polimerización de un monómero, dímero u oligómero previamente infiltrado junto con un agente de curado en el cristal fotónico multicapa de partida. En este caso, la polimerización debe ser uniforme y completa en todo el cristal fotónico para que las propiedades mecánicas sean invariables. Este procedimiento es aplicable a cualquier polímero sintetizable a partir de un monómero, dímero u oligómero que pueda infiltrarse y polimerice, en el interior de la multicapa. Ejemplos de monómeros, dímeros u oligómeros adecuados son el dimetil siloxano de diferente cadena, el metilmetacrilato y el cloruro de vinilo.

Las operaciones del procedimiento según esta segunda estrategia son los siguientes:

1) Impregnar la multicapa porosa con una mezcla de monómeros, dímeros u oligómeros y un agente curador adecuado.

En esta primera operación, se moja la multicapa porosa con una mezcla con cantidades adecuadas de monómero, dímero u oligómero y el agente curador hasta que ésta se infiltra totalmente en los huecos de la estructura. Como se ha mencionado anteriormente, es importante que la tensión superficial y la viscosidad sean lo suficientemente bajos como para que se infiltre totalmente en los huecos. Esto se puede conseguir manteniendo la temperatura dentro de unos márgenes adecuados, que dependerán en cada caso de la solución polimérica empleada, o incluso empleando agentes tensoactivos.

2) Distribuir uniformemente la mezcla de monómeros, dímeros u oligómeros y agente curador por los poros de la multicapa.

...

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para obtener un espejo de Bragg flexible (1') a partir de un cristal fotónico formado por una multicapa porosa (1) rígida, caracterizado porque comprende rellenar con un polímero los poros de la multicapa porosa para dotarla de estabilidad mecánica.

2. Procedimiento para obtener un espejo de Bragg flexible (1') de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la operación de rellenar con un polímero los poros de la multicapa porosa (1) a su vez comprende:

- infiltrar la multicapa porosa (1) con una solución polimérica;

- distribuir uniformemente la solución polimérica por la multicapa porosa (1); y

- calentar la multicapa porosa (1) hasta conseguir la evaporación del disolvente.

3. Procedimiento para obtener un espejo de Bragg flexible (1') de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la operación de distribuir uniformemente la solución polimérica por la multicapa porosa (1) se realiza empleando uno de los métodos de la siguiente lista: spin-coating, dip-coating y doctor blade.

4. Procedimiento para obtener un espejo de Bragg flexible (1') de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2-3, caracterizado porque la solución polimérica comprende un polímero de la siguiente lista: policarbonato, polidimetilsiloxano, polimetilmetacrilato, polivinilpirrolidona y poliestireno.

5. Procedimiento para obtener un espejo de Bragg (1') flexible de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la operación de rellenar con un polímero los poros de la multicapa porosa (1) a su vez comprende:

- infiltrar la multicapa porosa (1) con una mezcla de monómeros, dímeros u oligómeros y un agente curador;

- distribuir uniformemente la mezcla por la multicapa porosa (1);

- calentar la multicapa porosa (1) para conseguir la polimerizarización de los monómeros, dímeros u oligómeros.

6. Procedimiento para obtener un espejo de Bragg flexible (1') de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque la operación de distribuir uniformemente la mezcla por la multicapa porosa (1) se realiza empleando uno de los métodos de la siguiente lista: spin-coating, dip-coating y doctor blade.

7. Procedimiento para obtener un espejo de Bragg flexible (1') de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5-6, caracterizado porque los monómeros, dímeros u oligómeros de la mezcla se eligen de la siguiente lista: dimetil siloxano de diferente cadena, metilmetacrilato y cloruro de vinilo.

8. Procedimiento para obtener un espejo de Bragg flexible (1') de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque además comprende la operación de:

- despegar el espejo de Bragg flexible (1') de un sustrato (2) al que está fijado.

9. Procedimiento para obtener un espejo de Bragg flexible (1') de acuerdo la reivindicación 8, caracterizado porque además comprende la operación de:

- adherir el espejo de Bragg flexible (1') a un objeto (5) de forma arbitraria.

10. Procedimiento para obtener un espejo de Bragg flexible (1') de acuerdo la reivindicación 9, caracterizado porque además comprende la operación de:

- calentar el espejo de Bragg (1') adherido al objeto (5) para fundir el polímero embebido en los poros de su estructura.

11. Procedimiento para obtener un espejo de Bragg flexible (1') de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la multicapa porosa (1) de partida está compuesta por capas de nanopartículas de óxidos metálicos, metales, semiconductores o polímeros.

12. Procedimiento para obtener un espejo de Bragg flexible (1') de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque los óxidos metálicos son SiO2 (3) y TiO2 (4).

13. Espejo de Bragg flexible (1') fabricado de acuerdo con el procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una multicapa porosa (1) cuyos poros están rellenos con un polímero para dotarlo de estabilidad mecánica.


 

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