纳米结构色晶体的制备方法、生产系统及纳米结构色晶体
技术领域
本申请涉及结构色技术领域，特别是涉及纳米结构色晶体的制备方法、生产系统及纳米结构色晶体。
背景技术
现有技术中，光学薄膜颜料的制备过程通常为通过PVD镀膜方式将光学介质材料沉积在基板上，再将光学薄膜从基板处剥离，粉碎制成颜料。
本申请的发明人在长期的研发过程中，发现基板在反复使用过程中由于清洗过于频繁，以及脱膜剂的腐蚀等原因，导致基板表面的光洁度下降，影响光学薄膜的质量，并且，由于基板表面的光洁度下降，因此需要频繁更换基板，也造成生产成本过高的问题。
发明内容
本申请主要解决的技术问题是提供了纳米结构色晶体的制备方法、生产系统及纳米结构色晶体，不需要频繁更换基板，能够解决生产成本过高的问题。
为解决上述技术问题，本申请提供一种纳米结构色晶体的制备方法，该制备方法包括：提供一基板；在基板上设置一层流平层；将脱膜剂设置于流平层上，以形成一牺牲层；将光学介质材料设置于牺牲层上，以形成一光学薄膜；剥离光学薄膜；将光学薄膜碎化，过筛后得到纳米结构色晶体。
其中，在基板上设置一层流平层的步骤之前，制备方法还包括：对基板进行预处理，预处理包括清洁处理和干燥处理；其中，清洁处理包括：清除残留在基板上的异物。
其中，制备方法基于喷枪装置，流平层为清漆层，清漆层的材料为清漆材料，在基板上设置一层流平层的步骤包括：将清漆材料装入喷枪装置；通过喷枪装置将清漆材料喷涂到基板表面；将喷涂有清漆材料的基板进行固化处理，以形成清漆层。
其中，制备方法基于镀膜装置，镀膜装置包括真空室和电阻蒸发舟，电阻蒸发舟设置于真空室的底部，电阻蒸发舟用于装载脱模剂，将脱膜剂设置于流平层上，以形成一牺牲层的步骤包括：将设置有流平层的基板固定于镀膜装置的夹具上；在多个所述电阻蒸发舟中装填所述脱模剂；对镀膜装置的真空室进行抽真空至真空室的真空度达到预设阈值；通过电阻蒸发舟加热脱膜剂，并将脱膜剂蒸镀至基板的流平层上，以形成牺牲层。
其中，镀膜装置还包括多个电子枪坩埚，多个电子枪坩埚设置于真空室的底部，多个电子枪坩埚用于装载光学介质材料，在多个电阻蒸发舟中装填脱模剂的步骤之后，制备方法进一步包括：在多个电子枪坩埚中装填光学介质材料。
其中，镀膜装置进一步包括：坩埚转动器，坩埚转动器与电子枪坩埚连接，将光学介质材料设置于牺牲层上的步骤包括：将电阻蒸发舟转换为电子枪坩埚；通过坩埚转动器驱动电子枪坩埚转动，以使装载有光学介质材料的电子枪坩埚旋转至电子枪的加热位；通过电子枪将光学介质材料蒸镀至牺牲层上，以形成光学薄膜。
为解决上述技术问题，本申请提供一种纳米结构色晶体的生产系统，该生产系统包括：喷枪装置，用于在基板上设置一层流平层；镀膜装置，通过第一输送装置衔接喷枪装置，用于将脱膜剂设置于流平层上以形成一牺牲层，镀膜装置还用于将光学介质材料设置于牺牲层上，以形成一光学薄膜；剥离装置，通过第二输送装置衔接镀膜装置，用于剥离光学薄膜；粉碎装置，通过第三输送装置衔接剥离装置，用于碎化光学薄膜，过筛后得到纳米结构色晶体。
其中，镀膜装置包括真空室和电阻蒸发舟，电阻蒸发舟设置于真空室的底部；电阻蒸发舟用于装载脱模剂，并加热脱膜剂，将脱膜剂蒸镀至基板的流平层上，以形成牺牲层。
其中，镀膜装置还包括多个电子枪坩埚、坩埚转动器以及电子枪，坩埚转动器与电子枪坩埚连接，多个电子枪坩埚设置于真空室的底部；多个电子枪坩埚用于装载光学介质材料，坩埚转动器用于驱动电子枪坩埚转动，以使装载有光学介质材料的电子枪坩埚旋转至电子枪的加热位，电子枪用于将光学介质材料蒸镀至牺牲层上，以形成光学薄膜。
为解决上述技术问题，本申请提供一种纳米结构色晶体，纳米结构色晶体采用上述的纳米结构色晶体的制备方法制备，纳米结构色晶体为光学薄膜的碎片，每一纳米结构色晶体的总层数与光学薄膜的总层数相同，每一纳米结构色晶体的多层光学介质层的光学性质与光学薄膜的多层光学介质层的光学性质相同。
本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请在基板上镀设光学薄膜之前，在基板上设置一层流平层，由于流平层具有流平性，喷涂流平层后基板表面可达到镜面效果，提高了基板表面的光洁度。同时，喷涂流平层的优点：喷涂流平层所需时间极短，通常为5分钟，相较于机械抛光(通常需要5小时)而言，本申请提高基板表面的光洁度的技术方案更快捷，同时由于流平层的流平性高，相较于机械抛光，基板表面的光洁度更高。另一方面，机械抛光需要抛光机、布砂轮、抛光蜡等，而本申请只需要喷枪、流平材料，基板修复所需要的设备也由繁变简，更重要的是，本申请修复的基板光洁度更高，可达镜面效果。由此，不需要频繁更换基板，能够解决生产成本过高的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本申请纳米结构色晶体的制备方法一实施例的第一流程示意图；
图2是本申请纳米结构色晶体的制备方法一实施例的第二流程示意图；
图3是本申请纳米结构色晶体的制备方法一实施例的第三流程示意图；
图4是本申请纳米结构色晶体的制备方法一实施例的第四流程示意图；
图5是本申请纳米结构色晶体的制备方法一实施例的第五流程示意图；
图6是本申请纳米结构色晶体的生产系统一实施例的第一结构示意图；
图7是本申请纳米结构色晶体的生产系统一实施例的第二结构示意图；
图8是本申请纳米结构色晶体的生产系统一实施例的第三结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，图1是本申请纳米结构色晶体的制备方法一实施例的第一流程示意图。本申请提供一种纳米结构色晶体的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S101：提供一基板。
具体的，基板的材料可以为透明玻璃基板、不锈钢或者硬塑料中的至少一种。在其他实施例中，基板的材料可以为透明的高分子聚合物材料，例如聚碳酸酯、聚丙烯、聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。在此不做限定。
S102：在基板上设置一层流平层。
流平层的厚度为50微米-300微米(例如50微米、100微米、200纳米微米或300微米)。其中，流平层的材料为具有流平性质的可固化的液体，例如清漆材料或聚合物材料，例如硅烷基化聚合物等。优选地，本申请各个实施例中的流平层为清漆层。
需要理解的是，考虑到生产成本，本申请可以在基板的光洁度不佳时，在基板上设置流平层，具体可以由生产人员根据经验判断是否需要在基板上设置流平层，例如镀膜500件光学薄膜之后，或者基板已经使用3、4天后。在其他实施例，为了提高光学薄膜的质量，也可以在每次镀膜前在基板上设置流平层，在此不做限定。
S103：将脱膜剂设置于流平层上，以形成一牺牲层。
为提高生产效率，在步骤S103之后，可以在预设时间内实施步骤S104，其中，预设时间为10秒-60秒，例如10秒、20秒、40秒或60秒。
S104：将光学介质材料设置于牺牲层上，以形成一光学薄膜。
S105：剥离光学薄膜。
S106：将光学薄膜碎化，过筛后得到纳米结构色晶体。
具体的，可以用电阻蒸发舟蒸发脱膜剂以制备牺牲层，然后在牺牲层上设置光学介质材料，以制备光学薄膜的各个膜层，再将带有光学薄膜的基板置于剥离液中，牺牲层被剥离液溶解，光学薄膜从基板上剥离。其中，脱膜剂的材料易溶于剥离液，且剥离液不溶解光学薄膜，剥离液的材料没有限制，具体可以根据现有技术选择，如脱膜剂的材料为氯化钠，剥离液为水，或者脱膜剂的材料为有机材料，剥离液为乙醇或甲苯。光学薄膜可以采用现有电子束蒸发镀膜装置镀制。
具体的，光学薄膜可以为具有交替沉积有第一折射率光学介质层L1、L2和第二折射率光学介质层H1、H2、H3的结构，第二折射率大于第一折射率，也就是说，光学薄膜可以包括依次层叠设置的第二折射率光学介质层H1，第一折射率光学介质层L1，第二折射率光学介质层H3、第一折射率光学介质层L2以及第二折射率光学介质层H2。光学薄膜的总层数为奇数，例如，5层、9层、13层。例如，光学薄膜可以由五层光学介质层制成，依次为第二折射率光学介质层H1-第一折射率光学介质层L1-第二折射率光学介质层H3-第一折射率光学介质层L2-第二折射率光学介质层H2。
将光学薄膜粉碎成碎片，过筛后得到光学薄膜碎片，即为纳米结构色晶体，此过程没有特殊限制，采用现有技术中的超声粉碎机或气流粉碎机即可完成。纳米结构色晶体为多层光学薄膜结构，每一层光学薄膜的厚度为2-600纳米(2纳米、50纳米、100纳米或600纳米)，纳米结构色晶体的长宽尺寸是10-100微米(10微米、30微米、50微米或100微米)。每一纳米结构色晶体的总层数与多层光学薄膜的总层数相同，每一纳米结构色晶体的多层光学介质层的光学性质与光学薄膜的多层光学介质层的光学性质相同。
进一步地，可以将混有光学薄膜的溶液置入超声波溶液中，进行超声处理以使光学薄膜碎化。将混有光学薄膜的溶液置入超声波溶液中超声三十分钟左右，使光学薄膜碎化。经过筛后即得到本申请制造的纳米结构色晶体。进一步地，可以按预设质量比将光学薄膜的碎片与粘性溶液进行物理混合，搅拌均匀，即可得到涂料，由于光学薄膜变为涂料的形式，所以其具有在任意曲面随形附着的特性。
本实施例在基板上镀设光学薄膜之前，在基板上设置一层流平层，由于流平层具有流平性，喷涂流平层后基板表面可达到镜面效果，提高了基板表面的光洁度。同时，喷涂流平层的优点：喷涂流平层所需时间极短，通常为5分钟，相较于机械抛光(通常需要5小时)而言，本申请提高基板表面的光洁度的技术方案更快捷，同时由于流平层的流平性高，相较于机械抛光，基板表面的光洁度更高。另一方面，机械抛光需要抛光机、布砂轮、抛光蜡等，而本申请只需要喷枪、流平材料，基板修复所需要的设备也由繁变简，更重要的是，本申请修复的基板光洁度更高，可达镜面效果。由此，不需要频繁更换基板，能够解决生产成本过高的问题。
在一实施例中，在步骤S102之前，该制备方法还包括：对基板进行预处理，预处理包括清洁处理和干燥处理。其中，所述清洁处理包括：清除残留在基板上的异物。
具体的，可以预先对基板进行清洗处理，例如，除湿处理和/或除尘处理以及烘干处理，并将预处理后的基板固定于镀膜装置的夹具上。通过除湿器和/或除尘器对基板进行除湿处理和/或除尘处理以及烘干处理，能够提高保护材料在基板上的附着力。例如，可以使用水对铝板进行初次清洁，以及使用除油剂对基板表面的油渍进行清洁。进一步地，可以使用中和剂对基板上的除油剂进行清洁，最后，可以利用干燥气体对基板进行干燥处理。由于基板上可能会残留之前喷涂的清漆材料或聚合物材料，因此，在基板上设置一层流平层之前，还可以采用电动铜刷对上次喷涂的流平层进行清除。
请参阅图2，图2是本申请纳米结构色晶体的制备方法一实施例的第二流程示意图。在一实施例中，本申请纳米结构色晶体的制备方法基于喷枪装置，流平层为清漆层，清漆层的材料为清漆材料。步骤S102包括以下步骤：
S201：将清漆材料装入喷枪装置。
S202：通过喷枪装置将清漆材料喷涂到基板表面。
S203：将喷涂有清漆材料的基板进行固化处理，以形成清漆层。
具体的，可以采用静电喷涂工艺将清漆材料喷涂在基板表面上，形成涂层，清漆材料为粉末材料或液体材料，其中，粉末材料为树脂粉末如环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂等，液体材料为陶瓷涂料或清漆。然后，将喷涂有清漆的基板进行固化处理，在基板表面处形成清漆层。
其中，采用喷涂工艺制备清漆层时，静电喷涂粉末可以回收再加工，不会造成清漆材料的浪费。
请参阅图3，图3是本申请纳米结构色晶体的制备方法一实施例的第三流程示意图。本实施例基于镀膜装置，镀膜装置包括真空室和电阻蒸发舟，电阻蒸发舟设置于真空室的底部，电阻蒸发舟用于装载脱模剂。通过步骤S103制作牺牲层，牺牲层为第一层镀膜，其中，步骤S103包括以下步骤：
S301：将设置有流平层的基板固定于镀膜装置的夹具上。
具体的，镀膜装置包括一真空室，其内部是一密封的真空环境，在真空室中设有夹具，可拆卸的安装于真空室的上部，在镀膜之前，可以将多个基板固定于夹具上。然后密封该真空室，对镀膜装置的真空室进行抽真空。进一步地，该镀膜装置还包括有真空度测量系统，真空度测量系统是用来测量真空室内的真空度。在达到预定的预设阈值后停止抽真空。其中，预设阈值可以为5.0×10-3Pa。
S302：在电阻蒸发舟中装填脱模剂。
S303：对镀膜装置的真空室进行抽真空至真空室的真空度达到预设阈值。
S304：通过电阻蒸发舟加热脱膜剂，并将脱膜剂蒸镀至基板的流平层上，以形成牺牲层。
具体的，打开旋转开关，使基板以预设旋转速度进行旋转，打开电阻蒸发舟的电源，缓慢增加电流至预设电流阈值，打开挡板，通过电阻蒸发舟加热脱膜剂，并将脱膜剂蒸镀至基板上，以形成牺牲层。
请参阅图4，图4是本申请纳米结构色晶体的制备方法一实施例的第四流程示意图。在一实施例中，镀膜装置包括多个电子枪坩埚，多个电子枪坩埚设置于真空室的底部，多个电子枪坩埚用于装载光学介质材料。其中，在步骤S302之后，该制备方法进一步包括步骤S401：在多个电子枪坩埚中装填光学介质材料。
具体的，多个电子枪坩埚可以安装于真空室的底部，用来装填镀膜时的光学介质材料，并在多个电子枪坩埚中装填光学介质材料后，继续执行步骤S303、S304。
请参阅图5，图5是本申请纳米结构色晶体的制备方法一实施例的第五流程示意图。在一实施例中，镀膜装置进一步包括：坩埚转动器，坩埚转动器与电子枪坩埚连接。
步骤S104包括以下步骤：
S501：将电阻蒸发舟转换为电子枪坩埚。
可以接收用户的转换指令，将电阻蒸发舟转换为电子枪坩埚。例如，通过转换设备将电阻蒸发舟转换为电子枪坩埚。
S502：通过坩埚转动器驱动电子枪坩埚转动，以使装载有光学介质材料的电子枪坩埚旋转至电子枪的加热位。
具体的，在镀膜之前多个电子枪坩埚中装填有光学介质材料。坩埚转动装置用于驱动电子枪坩埚转动，此时，装填有光学介质材料的电子枪坩埚旋转至电子枪的加热位。
S503：通过电子枪将光学介质材料蒸镀至牺牲层上，以形成光学薄膜。
具体的，电子枪的枪头可以设有正负两极，通过高压电柜供电产生高强电流熔化相应坩埚内的光学介质材料，使光学介质材料蒸发挥发，向上均匀的附着在基板表面。同时，膜厚监测系统通过检测镀层薄膜的透射率和反射率的变化来计算镀膜薄膜的光学厚度，并根据与预设厚度的差异来自动调节电子枪的电子束流能量的大小。
参阅图6，图6是本申请纳米结构色晶体的生产系统一实施例的第一结构示意图。本申请提供一种纳米结构色晶体的生产系统，该生产系统100包括：喷枪装置20，用于在基板上设置一层流平层。镀膜装置10，通过第一输送装置31衔接喷枪装置20，用于将脱膜剂设置于流平层上以形成一牺牲层，镀膜装置10还用于将光学介质材料设置于牺牲层上，以形成一光学薄膜。剥离装置40，通过第二输送装置32衔接镀膜装置10，用于剥离光学薄膜。粉碎装置50，通过第三输送装置33衔接剥离装置40，用于碎化光学薄膜，过筛后得到纳米结构色晶体。
通过上述方式，本实施例在基板上镀设光学薄膜之前，在基板上设置一层流平层，由于流平层具有流平性，喷涂流平层后基板表面可达到镜面效果，提高了基板表面的光洁度。同时，喷涂流平层的优点：喷涂流平层所需时间极短，通常为5分钟，相较于机械抛光(通常需要5小时)而言，本申请提高基板表面的光洁度的技术方案更快捷，同时由于流平层的流平性高，相较于机械抛光，基板表面的光洁度更高。另一方面，机械抛光需要抛光机、布砂轮、抛光蜡等，而本申请只需要喷枪、流平材料，基板修复所需要的设备也由繁变简，更重要的是，本申请修复的基板光洁度更高，可达镜面效果。由此，不需要频繁更换基板，能够解决生产成本过高的问题。
参阅图7，图7是本申请纳米结构色晶体的生产系统一实施例的第二结构示意图。镀膜装置10包括真空室71和电阻蒸发舟72，电阻蒸发舟72设置于真空室71的底部。电阻蒸发舟72用于装载脱模剂，并加热脱膜剂，将脱膜剂蒸镀至基板的流平层上，以形成牺牲层。
具体的，该镀膜装置10还可以包括有真空度测量系统73，真空度测量系统73是用来测量真空室71内的真空度。在达到预定的预设阈值后停止抽真空。其中，预设阈值可以为5.0×10-3Pa。
参阅图8，图8是本申请纳米结构色晶体的生产系统一实施例的第三结构示意图。镀膜装置10包括电子枪81、多个电子枪坩埚82以及坩埚转动器83，坩埚转动器83与多个电子枪坩埚82连接，多个电子枪坩埚82设置于真空室的底部。多个电子枪坩埚82用于装载光学介质材料，坩埚转动器用于驱动电子枪坩埚82转动，以使装载有光学介质材料的电子枪坩埚82旋转至电子枪81的加热位，电子枪用于将光学介质材料蒸镀至牺牲层上，以形成光学薄膜。
本申请提供一种纳米结构色晶体，纳米结构色晶体采用上述的纳米结构色晶体的制备方法制备，纳米结构色晶体为光学薄膜的碎片，每一纳米结构色晶体的总层数与光学薄膜的总层数相同，每一纳米结构色晶体的多层光学介质层的光学性质与光学薄膜的多层光学介质层的光学性质相同。
进一步地，该纳米结构色晶体可以按照预设质量比与粘性溶液进行物理混合，搅拌均匀，即可以得到含有纳米结构色晶体的涂料，由于纳米结构色晶体变为涂料的形式，所以其具有在任意曲面随形附着的特性。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
