Cristales fotónicos a partir de partículas poliméricas con interacción interparticular.

Procedimiento de producción de cristales fotónicos inversos, caracterizado porque se forman cristales fotónicos a partir de una dispersión acuosa de partículas poliméricas que no forman películas y presentan,

en sus puntos de contacto en el cristal fotónico, sitios de unión que permiten una unión de las partículas mediante enlace físico o químico, sin reducir el volumen de la fase intersticial, denominándose como fase intersticial los espacios huecos remanentes presentes en el cristal fotónico que se forman después de la formación del cristal fotónico a partir de una dispersión acuosa de las partículas poliméricas por volatilización del agua, en más del 30 %, lográndose el enlace químico porque las partículas poliméricas al menos en los puntos de contacto presentan grupos químicos que están unidos a las partículas poliméricas que pueden unirse entre sí covalentemente térmicamente a temperatura ambiente, o lográndose un enlace físico porque las partículas poliméricas al menos en los puntos de contacto presentan grupos químicos unidos que pueden generar entre sí enlaces de puente de hidrógeno, por volatilización del agua, los espacios huecos entre las partículas poliméricas se rellenan con sustancias inorgánicas, tales como silicio, TiO2 y después las partículas poliméricas se eliminan, estando constituidas las partículas poliméricas, al menos en el núcleo, por más del 70 % en peso de monómeros de hidrocarburo monovalentes y por del 0 al 30 % en peso de monómeros reticulantes.

Cristales fotónicos a partir de partículas poliméricas con interacción interparticular

La invención se refiere al uso de partículas poliméricas con interacción interparticular para la producción de cristales fotónicos y a cristales fotónicos que se pueden obtener por medio de este uso.

Un cristal fotónico está constituido por estructuras dieléctricas dispuestas periódicamente que influyen en la dispersión de ondas electromagnéticas. A diferencia de los cristales normales, las estructuras periódicas tienen unas dimensiones que pueden producir interacciones con la radiación electromagnética de longitud de onda grande y, por lo tanto, los efectos ópticos en el intervalo de la luz UV, la luz visible, la radiación IR o también de microondas pueden aprovecharse para fines técnicos.

Ya se han usado polímeros sintéticos para la fabricación de cristales fotónicos. Por los documentos EP-A-955 323 y DE-A-12 45 848 se conoce el uso de polimerizados en emulsión con una estructura de núcleo/envuelta. Con las partículas de núcleo/envuelta se forman películas en las que la envuelta blanda exterior forma un matriz en la está encerrado el núcleo sólido. La estructura reticular se forma por los núcleos, la envuelta sirve después de la formación de película únicamente para fijar la estructura.

Chad E. Reese y Sandford A. Asher, Journal of Colloid and Interface Science 248, 41-46 (22) divulgan el uso de partículas poliméricas cargadas grandes para la producción de cristales fotónicos. El polímero usado está constituido por estireno y acrilato de hidroxietilo (HEA). El persulfato de potasio usado como iniciador reacciona también con el HEA, formando los grupos iónicos deseados.

La fabricación de partículas poliméricas grandes de poli(metacrilato de metilo) se describe en el documento EP-A-1 46 658, aunque no se menciona su uso para la fabricación de cristales fotónicos.

T. Ruhl y col., "Photonic crystals from inorganic - polymeric hybrid - particles", Proceedings of the SPIE, vol. 6182, páginas 6182J-1:1 describe una dispersión acuosa de partículas de "silica-PMMA core-sheir (núcleo-envuelta de sílice-PMMA) que se forman mediante volatilización del agua, realizándose la unión de las partículas mediante enlace físico ("thin outer adhesive ¡ayer of polyethylacrylate" (capa adhesiva exterior fina de poli(acrilato de etilo)) en sus puntos de contacto. El núcleo de las partículas híbridas poliméricas inorgánicas está constituido, no obstante, por cuarzo. Las partículas híbridas poliméricas no son, por lo tanto, partículas poliméricas cuyo núcleo esté constituido por más del 7 % en peso de monómeros de hidrocarburo monovalentes.

F. Fleischhaker y col., "Functional opals from reactive polymers: complex structures, sensors, and modified photoluminescence", Macromolecular Symposia, volumen 254, N° 1, páginas 21-216 (1-8-27) describe una dispersión acuosa de partículas poliméricas de "PtBMA-epoxy group core-shell (núcleo-envuelta de PtBMA-grupo epoxi), que se forman mediante volatilización del agua, realizándose la unión de las partículas mediante enlace químico ("temperature induced Chemical crosslinking" ("reticulación química inducida por la temperatura) en sus puntos de contacto. Las partículas poliméricas de "PtBMA-epoxy group core-shell (núcleo-envuelta de PtBM A-grupo epoxi), sin embargo, no se usan para la fabricación de un cristal fotónico inverso.

La solicitud de patente europea no publicada con prioridad anterior con el número de referencia 6123516.4 se refiere a cristales fotónicos de partículas poliméricas no cargadas, que preferentemente no contienen ningún grupo iónico y preferente tampoco contienen ningún grupo polar. Las partículas poliméricas no presentan en sus puntos de contacto ningún sitio de unión.

Para muchas aplicaciones se desean cristales fotónicos lo más grandes posible. A este respecto, los requisitos para lograr propiedades ópticas muy buenas son una estructura reticular configurada lo mejor posible, es decir, lo más ideal posible, a lo largo de la totalidad del cristal fotónico.

Un objetivo de la presente invención era, por lo tanto, proporcionar cristales fotónicos grandes con buenas propiedades ópticas y partículas poliméricas adecuadas para su fabricación.

El objetivo se logra según la invención mediante el uso de partículas poliméricas para la producción de cristales fotónicos en los que las partículas poliméricas no forman películas y presentan en sus puntos de contacto en el cristal fotónico sitios de unión que permiten una unión de las partículas mediante enlace físico o químico, sin reducir el volumen de la fase intersticial en más del 1 %. El objetivo se logra mediante las características de la reivindicación 1.

El objetivo se logra, además, mediante cristales fotónicos, dado el caso estructurados, que se obtienen usando las partículas poliméricas anteriores.

Además, el objetivo se logra mediante un procedimiento de fabricación de cristales fotónicos, dado el caso estructurados, en el que los cristales fotónicos se forman a partir de una dispersión acuosa de las partículas poliméricas mediante volatilización del agua.

Además, la invención se refiere al uso de cristales fotónicos, dado el caso estructurados, para la producción de plantillas, como componentes ópticos, o para la producción de componentes ópticos.

Las partículas poliméricas usadas según la Invención presentan en sus puntos de contacto en el cristal fotónico sitios de unión. A este respecto, no es necesario que haya presencia de sitios de unión en todos los puntos de contacto. Preferentemente hay sitios de unión en al menos el 4 %, de modo particularmente preferente en al menos el 6 %, en particular en al menos el 8 %, de modo muy particularmente preferente en al menos el 9 % de los puntos de contacto presentes en el cristal fotónico.

A este respecto, la unión se realiza mediante enlace físico o químico de tal modo que el volumen de la fase intersticial no se reduzca en más del 3 %, preferentemente en más del 1 %, cero incluido. De modo particularmente preferente, el volumen de la fase Intersticial no se reduce en más del 5 %, en particular en más del 2 %. Es deseable según la invención que el volumen de la fase intersticial se reduzca lo menos posible. Se realiza una reducción, por ejemplo, mediante una formación de matriz, tal como se describe en el documento DE-A-12 45 848.

Se denomina fase intersticial a los espacios huecos remanentes en el cristal fotónico que se forman después de la formación del cristal fotónico a partir de una dispersión acuosa de las partículas poliméricas mediante volatilización del agua. Según la invención es preferente que mediante la unión de las partículas no se produzca ninguna disminución esencial de estos espacios huecos, para que posteriormente estén a disposición en su totalidad para la fabricación de un cristal fotónico inorgánico.

Según la Invención, la unión de las partículas se realiza mediante enlace químico covalente o enlace de puentes de hidrógeno.

Es preferente según una forma de realización de la Invención que las partículas poliméricas presenten un tamaño de partícula promedio en peso > 6 nm.

Es preferente según una forma de realización de la Invención que el índice de polidispersidad como medida de la uniformidad de las partículas poliméricas sea < ,15, calculándose el índice de polidispersidad con la fórmula i.p.=(D9- D1)/D5, en la que D9, D1 y D5 designan diámetros de partícula, para los que rige:

D9: el 9 % en peso de la masa total de todas las partículas tiene un diámetro de partícula < ó = D9

D5: el 5 % en peso de la masa total de todas las partículas tiene un diámetro de partícula < D5

D1: el 1 % en peso de la masa total de todas las partículas tiene un diámetro de partícula < ó = D1.

Es preferente según una forma de realización de la invención que las partículas poliméricas presenten al menos en los puntos de contacto polímeros polimerizados en su superficie que puedan difundirse unos en otros y cuya temperatura de transición vitrea sea inferior a la temperatura de cristalización del cristal fotónico.

Es preferente según una forma de realización de la invención que las partículas poliméricas presenten al menos en los puntos de contacto grupos polares en su superficie o grupos adecuados para la formación de puentes de hidrógeno, que posibiliten una unión en la cristalización del cristal fotónico.

Según la invención, el enlace químico covalente se logra porque las partículas poliméricas presentan al menos en sus puntos de contacto grupos... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de producción de cristales fotónicos inversos, caracterizado porque se forman cristales fotónicos a partir de una dispersión acuosa de partículas poliméricas que no forman películas y presentan, en sus puntos de contacto en el cristal fotónico, sitios de unión que permiten una unión de las partículas mediante enlace físico o químico, sin reducir el volumen de la fase intersticial, denominándose como fase intersticial los espacios huecos remanentes presentes en el cristal fotónico que se forman después de la formación del cristal fotónico a partir de una dispersión acuosa de las partículas poliméricas por volatilización del agua, en más del 3 %, lográndose el enlace químico porque las partículas poliméricas al menos en los puntos de contacto presentan grupos químicos que están unidos a las partículas poliméricas que pueden unirse entre sí covalentemente térmicamente a temperatura ambiente, o lográndose un enlace físico porque las partículas poliméricas al menos en los puntos de contacto presentan grupos químicos unidos que pueden generar entre sí enlaces de puente de hidrógeno, por volatilización del agua, los espacios huecos entre las partículas poliméricas se rellenan con sustancias inorgánicas, tales como silicio, TÍO2 y después las partículas poliméricas se eliminan, estando constituidas las partículas poliméricas, al menos en el núcleo, por más del 7 % en peso de monómeros de hidrocarburo monovalentes y por del al 3 % en peso de monómeros reticulantes.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque las partículas poliméricas se eliminan mediante fusión y eliminación por disolución o mediante eliminación por combustión a altas temperaturas.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el índice de polidispersidad como medida de la uniformidad de las partículas poliméricas es < ,15, calculándose el índice de polidispersidad con la fórmula i.p.=(D9-D1)/D5, en la que D9, D1 y D5 designan diámetros de partícula para los que rige:

D9: el 9 % en peso de la masa total de todas las partículas tiene un diámetro de partícula < ó = D9

D5: el 5 % en peso de la masa total de todas las partículas tiene un diámetro de partícula < D5

D1: el 1 % en peso de la masa total de todas las partículas tiene un diámetro de partícula < ó = D1.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las partículas poliméricas están constituidas en más del 9 % por estireno y el agente de reticulación es divinilbenceno.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la producción de las partículas poliméricas se realiza mediante polimerización en emulsión sin emulsionantes.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la producción de las partículas poliméricas se realiza mediante polimerización en emulsión sin emulsionantes y polimerización por hinchamiento.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque la polimerización por hinchamiento se realiza en al menos dos etapas.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque la polimerización en emulsión se lleva a cabo en un procedimiento de alimentación en etapas.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el polímero del núcleo está constituido en más del 9 % por monómeros hidrófobos que no contienen ningún grupo iónico o polar.

1. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque los cristales fotónicos presentan una longitud de arista superior a 2 pin, preferentemente superior a 5 pm, de modo particularmente preferente superior a 2 mm.