Cuerpo marcado de material transparente y procedimiento de fabricación.

Cuerpo (1) de material transparente, teniendo el cuerpo (1) una marcación (3) que comprende al menos unananopartícula,

estando la marcación (3) dispuesta en el material transparente y configurada de tal manera que coniluminación mediante radiación electromagnética cuya longitud de onda se encuentra dentro de la zona espectralvisible, sea invisible y con iluminación mediante radiación electromagnética cuya longitud de onda se encuentradentro de la zona espectral no visible, sea visible, caracterizado porque la marcación (3) está configurada en formade microagujeros (8) cuyos diámetros son menores de 5.10-5 m y mayores de 5.10-6 m, encontrándose lasnanopartículas en los microagujeros (8) y porque las nanopartículas están embutidas, esencialmente de manera noaglomerada, en una matriz (9) cuyo índice de refracción resultante es, en lo esencial, igual al índice de refracción delmaterial transparente.

Cuerpo marcado de material transparente y procedimiento de fabricación.

La presente invención se refiere a un cuerpo de material transparente con las características del preámbulo de la reivindicación 1.

Por muchas razones puede ser deseable proveer los cuerpos de este tipo de marcaciones que deben ser detectables al menos bajo ciertas circunstancias y con la ayuda de aparatos apropiados. Por ejemplo, las marcaciones pueden tener el propósito de indicar una determinada procedencia del cuerpo. Relacionado con esto, las marcaciones de este tipo también son indicadas como protección contra falsificaciones. Sin embargo, las marcaciones también pueden tener un propósito artístico, porque están diseñadas, por ejemplo, en forma de gráficas agradables.

Hasta ahora, las marcaciones eran producidas, mayormente, mediante ablación por láser o la acción mecánica o química sobre el material transparente. Tales marcaciones tienen la desventaja de que son visibles permanentemente y, por lo tanto, influyen en el aspecto del cuerpo. Además, hasta ahora era dificultoso producir marcaciones multicolores. Para conformar las marcaciones de manera multicolor, a cada marcación debían incorporarse para cada color diferentes compuestos químicos. Para la producción de una impresión multicolor era necesario utilizar fuentes de iluminación que emitieran radiaciones electromagnéticas de diferentes longitudes de onda, debiendo cada longitud de onda estar adaptada a uno de los compuestos químicos usadas.

El documento WO 97/03846 A1 muestra un procedimiento para la marcación invisible de un diamante. Las marcaciones son perceptibles mediante el auxilio de la técnica de la microscopía de campo oscuro.

Un cuerpo de clase genérica surge del documento GB 2 383 012 A.

El objetivo de la invención es crear un cuerpo de material transparente con una marcación que, por un lado, influya en la apariencia óptica del cuerpo sólo bajo ciertas condiciones y, adicionalmente, sea realizable de manera sencilla con una resolución espacial y cromática elevada.

Dicho objetivo se consigue mediante un cuerpo con las características de la reivindicación 1.

Las nanopartículas son partículas a escala nanométrica (es decir, sus dimensiones están en el orden nanométrico) .

En relación con la presente solicitud, el término nanopartícula es usado para indicar una partícula que gracias a sus dimensiones no dispersa, esencialmente, radiaciones electromagnéticas de la zona espectral visible. Para que la dispersión de la radiación electromagnética sea despreciable, las dimensiones de las partículas deberían ser menores que, aproximadamente, 1/10, preferentemente menores que 1/20 de la longitud de onda de la radiación electromagnética. Por lo tanto, con referencia a la longitud de onda menor en la zona espectral visible (azul) de 400

nm aproximadamente, resulta un límite superior para el diámetro de, aproximadamente, 40 nm, preferentemente más o menos 20 nm.

En el caso extremo, estas nanopartículas tienen dimensiones de solamente algunos diámetros atómicos y se componen, por lo tanto, de sólo algunos 10 a 1000 átomos o moléculas. Para conseguir el objetivo según la 45 invención, el uso de nanopartículas es, por diversas razones, de gran importancia:

Por un lado, gracias a sus pequeños tamaños, las nanopartículas no dispersan luz en la zona espectral visible.

Por otra parte, las nanopartículas pueden ser configuradas de tal manera que con la iluminación mediante radiación 50 electromagnética, cuya longitud de onda se encuentra en la zona espectral no visible, emitan radiación electromagnética en la zona espectral visible. Por ejemplo, las nanopartículas pueden estar configuradas para que conviertan la radiación electromagnética de un nivel de energía elevado, por ejemplo radiación ultravioleta (UV) , en radiación electromagnética de un nivel de energía bajo en la zona espectral visible, o sea luz. Con otras palabras, se puede producir una fotoexcitación mediante la radiación electromagnética no visible, por ejemplo en la primera zona 55 ultravioleta o en la zona infrarroja (IR) . Sería posible, del mismo modo, una excitación mediante una combinación de radiación UV e IR.

Al usar determinadas nanopartículas (por ejemplo de materiales semiconductores, conocidos también bajo la denominación puntos cuánticos semiconductores) , la reducida dimensión hace que los efectos cuánticos tengan un 60 papel que produce un ancho de banda de emisión reducido de la radiación emitida. Ello produce una elevada saturación cromática de la luz emitida.

Además, la severa limitación espacial puede producir un aumento de la eficiencia de conversión energética (eficiencia cuántica) .

De por sí, la transparencia de las nanopartículas a la luz diurna, es decir sin fotoexcitación adicional, es perjudicada solamente por un ligero grado de absorción residual de radiación electromagnética en la zona espectral visible (coloración primaria) . No obstante, el componente de la radiación UV con iluminación diurna indirecta es comparativamente reducido. Dicha absorción residual puede ser minimizada seleccionando nanopartículas cuya absorción máxima se encuentra en la zona espectral no visible, preferentemente en la zona ultravioleta. Adicional o alternativamente, con el auxilio del desplazamiento de Stokes es posible para la misma transición electrónica aumentar en el espectro de luminiscencia la separación energética entre el máximo de absorción y el máximo de emisión. Debido a que en el caso de las nanopartículas, el desplazamiento de Stokes puede estar por encima del de las partículas macroscópicas, la absorción residual en la zona espectral visible y, consecuentemente, la coloración primaria puede reducirse aún más o ser eliminada completamente.

Pero también existen nanopartículas en las que la absorción y la emisión se producen desacopladas entre sí y así están, espectralmente, muy distanciadas una de otra (por ejemplo, transferencia de energía de resonancia de Förster) .

Otra ventaja de las nanopartículas es la tunabilidad de la longitud de onda mediante la variación del tamaño de partículas. Por ejemplo, mediante el tamaño de partículas, la relación de aspecto o el área de superficie de partícula, a igual material de nanopartícula o sea con los mismos prerrequisitos químicos, se puede generar un extenso intervalo de longitudes de onda de luz emitida (y, por lo tanto, la impresión de color asociada) , y ello con el uso de sólo una longitud de onda de excitación. Además, la longitud de onda de la luz emitida puede ser controlada mediante la geometría de las nanopartículas, que presentan sólo pocos átomos o moléculas.

O sea, en una forma de realización ventajosa de la invención puede estar previsto que un primer grupo de nanopartículas esté conformado de tal manera que al ser iluminadas con radiación electromagnética con una longitud de onda en la zona espectral no visible, emita radiación electromagnética visible con un primer color espectral y que un segundo grupo de nanopartículas esté conformado de tal manera que, al ser iluminadas con la misma radiación electromagnética no visible, emita radiación electromagnética visible con un segundo color espectral, diferente al primer color espectral.

Como una gran parte del espectro cromático puede ser implementado por medio de una combinación ponderada aditiva de al menos tres colores (por ejemplo, el modelo rojo-verde-azul) , otra forma de realización ventajosa de la invención prevé que un primer grupo de nanopartículas esté configurado para que pueda emitir luz roja, un segundo grupo de nanopartículas configurado para que pueda emitir luz verde y un tercer grupo de nanopartículas configurado para que pueda emitir luz azul.

Según la invención se ha previsto embutir las nanopartículas en una matriz, siendo el índice de refracción de la matriz (por supuesto en la zona espectral óptica) esencialmente igual al índice de refracción del material transparente. Dicha medida permite una aplicación sencilla de las nanopartículas (o bien de la matriz dopada de nanopartículas) sin menoscabar la calidad óptica del cuerpo transparente. Como material matricial es posible usar, por ejemplo, resinas endurecibles. Las matrices dopadas de nanopartículas ya se consiguen comercialmente. Una fuente de abastecimiento es, por ejemplo, la firma Evident Technologies, USA (http://www.evidenttech.com) . Para la reducción de la coloración primaria descrita anteriormente, puede estar previsto reducir de manera apropiada la densidad óptica de la matriz dopada, por ejemplo por medio del dopado o del espesor de capa.

1. Cuerpo (1) de material transparente, teniendo el cuerpo (1) una marcación (3) que comprende al menos una nanopartícula, estando la marcación (3) dispuesta en el material transparente y configurada de tal manera que con 5 iluminación mediante radiación electromagnética cuya longitud de onda se encuentra dentro de la zona espectral visible, sea invisible y con iluminación mediante radiación electromagnética cuya longitud de onda se encuentra dentro de la zona espectral no visible, sea visible, caracterizado porque la marcación (3) está configurada en forma de microagujeros (8) cuyos diámetros son menores de 5.10-5 m y mayores de 5.10-6 m, encontrándose las nanopartículas en los microagujeros (8) y porque las nanopartículas están embutidas, esencialmente de manera no aglomerada, en una matriz (9) cuyo índice de refracción resultante es, en lo esencial, igual al índice de refracción del material transparente.

2. Cuerpo según la reivindicación 1, caracterizado porque las nanopartículas están configuradas de tal manera que con la iluminación mediante radiación electromagnética cuya longitud de onda se encuentra en la zona espectral no 15 visible, emiten radiación electromagnética en la zona espectral visible.

3. Cuerpo según la reivindicación 2, caracterizado porque un primer grupo de nanopartículas está conformado de tal manera que al ser iluminadas con radiación electromagnética con una longitud de onda en la zona espectral no visible, emite radiación electromagnética visible con un primer color espectral y porque un segundo grupo de nanopartículas está conformado de tal manera que al ser iluminadas con la misma radiación electromagnética no visible, emite radiación electromagnética visible con un segundo color espectral, diferente al primer color espectral.

4. Cuerpo según la reivindicación 3, caracterizado porque - un primer grupo de nanopartículas está conformado de tal manera que puede emitir luz roja,

- un segundo grupo de nanopartículas está conformado de tal manera que puede emitir luz verde,

- un tercer grupo de nanopartículas está conformado de tal manera que puede emitir luz azul.

5. Cuerpo según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se encuentran dispuestos microagujeros (8) 30 de manera más o menos uniforme.

6. Cuerpo según la reivindicación 5, caracterizado porque los microagujeros (3) están dispuestos entre sí a diferentes distancias para evitar efectos de difracción.

7. Cuerpo según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el cuerpo (1) comprende al menos dos capas (4, 5) de material transparente que, superpuestas, están, preferentemente, pegadas entre sí.

8. Cuerpo según la reivindicación 7, caracterizado porque la primera de las al menos dos capas (4, 5) presenta nanopartículas que pueden emitir un primer color espectral, y porque la segunda de las al menos dos capas (4, 5) 40 presenta nanopartículas que pueden emitir un segundo color espectral.

9. Cuerpo según la reivindicación 8, caracterizado porque las nanopartículas de las al menos dos capas (4, 5) están dispuestas, en lo esencial, superpuestas, observadas a lo largo de la perpendicular al plano de las capas (4, 5) .

10. Cuerpo según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la marcación (3) está estructurada de píxeles (7) individuales, presentando cada píxel (7) al menos un microagujero (8) .

11. Cuerpo según la reivindicación 10, caracterizado porque al menos uno de los píxeles (7) comprende al menos dos microagujeros (8) , estando en un primero de los al menos dos microagujeros (8) dispuestas nanopartículas que 50 pueden emitir un primer color espectral, y en un segundo de los al menos dos microagujeros (8) dispuestas nanopartículas que pueden emitir un segundo color espectral diferente al primer color espectral.

12. Cuerpo según las reivindicaciones 6 y 11, caracterizado porque el primero de los al menos dos microagujeros (8)

está dispuesto en una primera de las al menos dos capas (4, 5) y porque el segundo de los al menos dos 55 microagujeros (8) está dispuesto en una segunda de las al menos dos capas (4, 5) .

13. Cuerpo según la reivindicación 12, caracterizado porque las dos nanopartículas (8) están dispuestas, en lo esencial, superpuestas, observadas a lo largo de la perpendicular al plano de las capas (4, 5) .

14. Cuerpo según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el cuerpo (1) está, al menos esencialmente, libre de estructuras que absorban o dispersen radiaciones electromagnéticas en la zona espectral visible.

15. Procedimiento para la fabricación de un cuerpo según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque 65 comprende los pasos siguientes:

- producción de microagujeros (8) en el material transparente,

- introducción de las nanopartículas en los microagujeros (8) . 5

16. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado porque los microagujeros (8) son estampados en el material transparente.

17. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado porque los microagujeros (8) son producidos mediante 10 bombardeo láser del material transparente.

18. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado porque los microagujeros (8) son grabados en el material transparente.

19. Procedimiento según una de las reivindicaciones 15 a 18, caracterizado porque la matriz (9) provista de nanopartículas es aplicada mediante pulverización sobre la superficie (2) del cuerpo (1) .

20. Procedimiento según una de las reivindicaciones 15 a 19, caracterizado porque sobre sectores del cuerpo transparente (1) se aplican compuestos químicos a los que se adhieren después nanopartículas superficiales preparadas especialmente para este propósito o se evitan las nanopartículas superficiales preparadas especialmente para dicho propósito.

21. Procedimiento según las reivindicaciones 19 o 20, caracterizado porque la matriz (9) , después de aplicada a la superficie (2) del cuerpo (1) , es endurecida en el sector de cada microagujero (8) . 25

22. Procedimiento según la reivindicación 21, caracterizado porque el material matricial sobrante remanente en la superficie (2) del cuerpo transparente (1) es removido.

23. Procedimiento según las reivindicaciones 21 o 22, caracterizado porque después de la aplicación de la matriz (9)

a la superficie (2) del cuerpo (1) y antes del endurecimiento de la matriz (9) se coloca sobre la superficie (2) del cuerpo (1) una capa de recubrimiento (14) que presenta un sinnúmero de poros (15, 16) .

24. Procedimiento según una de las reivindicaciones 15 a 23, caracterizado porque antes de la producción de los microagujeros (8) se aplica una capa sobre la superficie (2) del cuerpo (1) que reflecta radiación electromagnética en 35 la zona espectral de la longitud de onda endurecedora.

25. Procedimiento según una de las reivindicaciones 15 a 24, caracterizado porque antes de la producción de los microagujeros (8) se aplica una capa sobre la superficie (2) del cuerpo (1) que produce una combinación fuertemente reducida con la matriz (9) dopada de nanopartículas.