操控双稳态介质中的胶态颗粒的设备

摘要

一种用于操控双稳态介质中的胶态颗粒的装置，该装置包括：一个微控制器，该微控制器储存了用于一种双稳态介质的颜色和/或设计方案；以及一种机构，该机构用于将该双稳态介质从第一状态转换成第二状态。

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于操控双稳态介质内的胶态颗粒的方法、设备 和系统，从而引起颜色变化以便重新定向和操控一种双稳态介质内的胶态 颗粒，更具体地说，涉及一种利用磁性、电荷、电场、光、热和/或其任意 组合来操控一种双稳态介质内的胶态颗粒的方法、设备和系统。

发明背景

在特定材料中实现双稳性的方法例如PCT申请号US2010/001105 披露了一种固体介质内的磁性纳米颗粒。经磁或电调谐以及一种UV可逆 固化工艺的组合，通过将液态介质转化成固态可以对多种结构进行固定， 可以将其从固态转回液态来改变这种具有胶态颗粒的介质的颜色。

此外，一些涉及被设计用来操控一种双稳态材料和/或溶液的频率 的调谐设备的发明和/或方法已被人们所知悉，包括阴极射线管（CRT）。 例如，CRT使用高能电磁来向电子流供电并对其进行引导，从而使其冲击 电视屏并使电视屏发光。

使用磁性颗粒的交变磁场的使用首次被Gilchrist等人引入（1957 年）来引起瘤内加热。组织热来自这些磁性颗粒的磁摩擦。在上一个50 年中，在由磁摩擦引起的磁性纳米颗粒交变磁场热领域所取得进步就已经 很大了。这种现象有了大量科技应用，特别是在生物医药方面。近来，超 顺磁性已用于在恶性肿瘤内引起高温。许多不同的磁性和超顺磁性颗粒以 及纳米颗粒已在文献中得到确认。

典型磁场振幅具有小于150Oe的阶数，并且频率高，例如300kHz 。通过使用一种磁体来加热一种介质内的超顺磁性颗粒，该介质的加热可 通过颗粒收缩、振荡磁场的磁振幅和频率进行控制。参考文献：Gilchrist Ric  和Medal R Shorey SD等人，Ann外科手术1957：146:596；Jordan A Schulz  R,Wust P.，等人，J.磁性磁大师，1999：201:413；DeNardo GL和DeMardo  SJ癌症生物疗法和放射疗法，200:23:671

然而，令人希望是提供一种调谐设备，该调谐设备通过在双稳态 材料上应用一个或多个外在磁场或电场、电磁、一个电频率、光和/或压力 被设计用来操控一种双稳态介质内的胶态颗粒，以产生颜色变化和/或颜色 设计。

发明概述

根据一个示例性实施例，一种用于操控双稳态介质中的胶态颗粒 的装置，该装置包括：一个微控制器，该微控制器储存了用于双稳态介质 的一种颜色和/或设计方案；一种机构，该机构用于将该双稳态介质从第一 状态转换成第二状态。

根据另一个示例性实施例，一种用于操控双稳态介质中的胶态颗 粒的方法，包括以下步骤：提供一个调谐装置，该调谐装置具有用于一种 双稳态材料的至少一种颜色方案和/或设计方案的；以及为该双稳态材料固 定一种颜色方案和/设计方案。

根据第三个示例性实施例，一种用于操控双稳态介质中的胶态颗 粒的套件，该套件包括：一种双稳态材料；以及一个用于操控该双稳态介 质的调谐装置，该调谐装置包括：一个微控制器，该微控制器储存了用于 该双稳态介质的一种颜色和/或设计方案；以及一种机构，该机构用于将该 双稳态介质从第一状态转换成第二状态。

本披露的一个或多个实施例的详细内容在这些附图和以下描述中 列出。本发明的其他特征、目的以及优点通过本描述、附图以及权利要求 将会变得明显。

附图简要说明

这些附图被包括在内，以便进一步了解本发明，并结合在本说明 书内，并构成本说明书的一部分。这些附图展示了本发明的多个实施例， 并且与本描述一起用来解释本发明的原理。在附图中，

图1为根据一个示例性实施例的一个调谐装置和计算机装置的透 视图。

图2为根据一个示例性实施例的与一种双稳态材料一起使用的过 程中具有一个磁场源的调谐装置的透视图。

图3A为根据一个示例性实施例的一种第一固定状态下的基质或 介质上的双稳态材料的剖面图。

图3B为图3A中在调谐装置在该双稳态材料上的初始运动过程中 的双稳态材料的剖面图，该调谐装置具有一个LED源（或热源）和一个磁场 源。

图3C为图3A和3B中的双稳态材料的剖面图，其中，该调谐装 置开始进行将该双稳态材料内的胶态颗粒固定成第二状态的过程。

图3D为图3A至3C中的双稳态材料的剖面图，其中，该双稳态 材料的胶态颗粒被固定成第二状态。

图4A为根据一个示例性实施例的一种第一固定状态下的基质或 介质上的双稳态材料的剖面图。

图4B为图4A中在调谐装置在双稳态材料上的初始运动过程中的 双稳态材料的剖面图，该调谐装置具有一个磁场源。

图4C为图4A和4B中的双稳态材料的剖面图，其中，该调谐装 置开始进行将该双稳态材料内的胶态颗粒固定成第二状态的过程。

图4D为图4A至3C中的双稳态材料的剖面图，其中，该双稳态 材料的胶态颗粒被固定成第二状态。

图5为根据一个示例性实施例的磁源强度对颜色创造用胶态晶体 密度的图。

详细说明

根据一个示例性实施例，激活装置（或调谐装置）可以被配置成 接收表示不同颜色的可下载的软件，其使得使用者可以选择具体的颜色/ 设计，并且其中，该软件将该装置（或设备）和相应的磁频率调至希望的 双稳状态和/或层。

图1为展示了一个计算机应用和调谐装置组合的示例性实施例。 根据一个示例性实施例，该调谐装置可被配置成从一台计算机上下载编码 软件，该软件改变一种双稳态材料和/或层的颜色和/或设计方案。如图1 所示，该调谐装置可以被配置成可插入到一台计算机（或站）的USB端口 （即，通用串行总线端口）中从而下载一种颜色和/或设计方案。根据一个 示例性实施例，该颜色和/或设计方案优选地通过一个网站或其他合适的可 获得所希望的颜色和/或设计的机构购得。

根据一个示例性实施例，该计算机优选地是一台带一个图形用户 接口（GUI）或窗口的计算机或计算机站（即，个人计算机），其允许使 用者滚动通过从计算机或计算机站所下载的各种颜色和设计。图1所示该 调谐装置具有一个USB接头，该接头允许该调谐装置通过一个USB端口 轻易连接至大多数计算机。然而，这并是一个要求点。可以认识到任何将 信息输入该激活或调谐装置的合适方法，包括但不限于蓝牙、红外、射频 和/或标题为“自动配置充电装置相关的改进（Improvements Relating to  Automatically Configuring Rechargable Devices）”的WO2004/038887披露 的一个磁充电板。该调谐装置优选地包括一个开/关按钮或开关。该开/关 按钮或开关还可以允许使用者滚动通过储存在该调谐装置内的颜色/设计。 一个或多个LED灯可以指示电源、充电、充电故障、电池电量不足以及 USB连接等信息。

根据另一个示例性实施例，根据所用双稳态材料的类型，可以实 施各种激活该双稳态材料并改变双稳态材料的颜色的方法。例如，根据一 个示例性实施例，该调谐装置可以使用一个电磁场（或一个特殊场或磁场 应用于一种双稳态材料上）应用，来激活该材料并改变颜色。如此处所讨 论，“双稳”指的是该材料在两种不同状态（例如电压）下都稳定。例如， 根据一个示例性实施例，当在没有电荷施加至该材料时（即，第一状态）， 并且在第二状态过程中，例如当施加电压或磁频率时，该材料的状态保持 稳定。可以认识到该双稳态材料可以为化妆品，如指甲油、玩具成品和/ 或设计等、油漆、墙漆以及任意其他合适的应用，其中，该产品优选地具 有一种或多种颜色和/设计方案。

例如，该双稳态材料可以为PCT US2010/00528、PCT  US2010/001105和WO2009/017525A2中披露的超顺磁性氧化铁，其在聚 合物或其他一种或多种介质中。可以认识到应用某些磁场从而重新定向一 种双稳溶液内的分子以便创造颜色变化和/或颜色设计并以此改变该双稳 态材料或层是视觉感知的。可以认识到由于该超顺磁性氧化铁纳米颗粒通 常带负电荷，所以这些颗粒也可以用一个电场被重新定向。根据一个示例 性实施例，该调谐装置产生并向该双稳态材料施加磁或电量或影响，如电 流、电压或电磁波。

根据另一个示例性实施例，来自一个装置（如靠近该双稳态材料 的便携式电子装置（如带附件的移动电话、智能手机、个人数字助理、便 携式计算机等））的外在影响可以允许该双稳态材料响应于电、磁、电流 、电压和/或电磁波和/或场而改变颜色。例如，根据一个示例性实施例， 见图5，其示出了为磁源强度对颜色创造用胶态晶体密度的图。

根据一个示例性实施例，一个最小磁场强度导致低密度的胶态晶 体，从而产生红色，而一个强（或更强）磁场强度导致高密度，从而使改 颜色变为蓝色。例如，考虑由超顺磁性Fe3O4SiO2胶态颗粒、硅上氧化 铁（即，核壳氧化铁颗粒）组成的一种乳剂体系的同步磁组件和UV固化 过程，这些核壳氧化铁颗粒在UV硬化性树脂内自组成有序结构。根据另 一个示例性实施例，该调谐装置可以通过改变磁场强度来调谐和固定这些 超顺磁性颗粒的绕射波长，并且空间地图案化的紫外光使该光固化树脂聚 合并通过逐渐将磁场的强度由约130高斯（G）增加至700高斯（G）来固 定有序胶态晶体的位置。根据一个示例性实施例，该磁强度优选地由约50 高斯（G）变化至500高斯（G）。可以认识到该调谐装置可以包括一个决 定何时改变该磁场强度以改变这些颗粒的预编程时间列表。此外，该调谐 装置可以为一次性使用的装置，其可以用预定的颜色方案和/设计方案被预 编程。

根据一个示例性实施例，该调谐装置100为一个电磁调谐装置， 其在该调谐装置的远端包括多条电引线或磁极，便于接入该双稳态材料。 这些电引线（或磁极）连接允许来自该激活装置的指令被传至该颜色可变 双稳态材料。优选地，可以容易地接近这些该颜色可变双稳态材料的电引 线（或磁极），从而不引人注目。然而，这并是一个要求点。因此，所有 这些提供接口能力和电力从而执行颜色变化事件的电子元器件（或磁元器 件）和组件优选地为此处描述的本发明的一部分。

根据一个示例性实施例，该示例性实施例包括各种相互连接以便 支持本发明的主要和次要功能的元器件。该调谐装置提供所要求的信号和 控制来激活和改变该双稳态材料的颜色。到这些电引线（或磁极）的主输 入口从一个嵌入式微控制器引出。该嵌入式微控制器提供必要的控制和响 应，以便执行该使用者下达至该控制器的输入。根据一个示例性实施例， 一台主计算机与该微控制器通过I/O（输入/输出）端口接口进行通信。根 据一个示例性实施例，该I/O端口作为一个装置发挥作用。

根据一个示例性实施例，该调谐装置具有多个按钮（或开关）， 这些按钮（或开关）为该使用者提供向该微控制器输入信息的能力。根据 一个示例性实施例，该多个开关为输入定位式开关（即，一系列3个开关 或按钮）。通过这些开关，该使用者可以通过简单按住（例如瞬间地到大 约1到3秒）这些开关之一（如中间按钮）来打开本发明的调谐装置。可 以认识到可以用同样的或相似的方法关闭本发明。

根据一个示例性实施例，该调谐装置具有3个或更多个开关（或 按钮），并且该调谐装置的顶部和底部开关（或按钮）被用来滚动通过该 显示器上可用的调色盘。当该装置打开时，该微控制器的程序一直记录该 开关的状态。在打开状态过程中，简单按下该中间开关将会选择该使用者 希望的颜色。一旦选定后，该微控制器会通过一个模拟开关将来自该显示 器的输出切换至该连接接口。该调谐装置现在已准备好操控该双稳态材料 。

本发明的其他支持或次要功能包括一个电池、一个稳压器、一个 电池充电器和LED状态指示灯。此处，根据一个示例性实施例，该中间开 关以及该LED灯二者被组合作为一个单一的元件。该电池优选地是一个锂 聚合物电池。然而，可以认识到可以使用任何合适的电池或电源。例如， 为提供适当的充电，可以使用一个I/O兼容的锂电池充电器。该充电器优 选地包含所有必要的功能，以便在2小时内或更短的时间内安全地对本发 明的电池充电。该微控制器执行充电状态的充电和监视的启动。当该微控 制器检测到通过该I/O端口可使用一个所希望的电压（即，5伏），其将 会向主计算机发起一个请求，请求所要求的供电电流量。若该请求获得批 准，该微控制器将会开始一个充电循环。一旦发起了该充电循环，该微控 制器将会监视该充电调节器是否充电结束和是否出现充电故障。可能出现 的故障情况为温度过高、温度过低和电池电压不合适。此外，若在USB端 口上检测到该希望的电压（即，5伏），但未建立主机端口连接，该微控 制器将发起充电，假定该可用电压源自一个被动输入，如一个便携式壁挂 电源。为向本发明的电路提供一个稳定的电压，使用一个稳压器。根据一 个示例性实施例，该稳压器为一个低压差线性稳压器。该稳压器可提供一 个3.3V的稳定输出电压以及在其输入端处最小3.5V的电压。这将使得本 发明能够将该电池释放的可用能量最大化。该微控制器还将监视该电池电 压，以检测低电池电量状态并警告该使用者。若在低电池电量过程中，该 电池电压跌至一个规定值以下，该微控制器将关掉所有主功能并进入关闭 状态。这些LED（发光二极管）状态指示灯将向该使用者指示该调谐装置 的状态。可能出现的状态包括但不限于“开启（ON）”、“充电（Charge）” 、“充电故障（Charge Fault）”、“电池电量过低（Low Battery）”和“USB 连接（USB Connection）”。

根据一个示例性实施例，这些颜色和/或设计可以在互联网上（即， 在线颜色购买）购得。消費者可以选择他们想要的颜色和/或设计。预期各 种各样的颜色和设计将在一个经授权的网站或来源处可供下载。这些颜色 和设计可以直接下载到该调谐设备/装置或到另一个装置，如计算机、手机 或其他电子装置，并且然后再传至该激活装置。根据一个示例性实施例， 该调谐装置将重新定向一个双稳层，该双稳层将通过该激活装置和该双稳 态材料之间的直接接触完成，或在该双稳态材料上方被保持住/摇动，或直 接连接到该双稳层的电气引线上。

根据另一个示例性实施例，该调谐装置和该双稳态材料之间将不 再要求任何物理接触，如当该双稳态材料通过一个磁场激活时。该颜色变 化可以进行地很快，并且然后该激活装置被移除，剩下该带所希望的颜色 /设计的双稳态材料。该颜色/设计将保持下去直到再次使用该激活装置为 止。

根据另一个示例性实施例，该调谐装置可以被设计成使用局部热 源来加热该超顺磁性颗粒。局部热源（也称作“过高热”）的使用使用聚焦 热源来加热该带交变磁频率（AMF）的双稳态材料内的磁纳米颗粒。根据 一个示例性实施例，该调谐装置包括一个交变磁频率（AMF）线圈，可以 打开和关闭该线圈来选择性地加热该双稳态材料和其中的磁纳米颗粒。可 以认识到根据一个示例性实施例，该调谐装置具有一个带充足“电力”的交 变磁场，从而引起这些磁纳米颗粒发热。此外，引起这些磁颗粒变热的所 需足够的能产生热量的“电力”量取决于这些磁颗粒的浓度。

根据另一个示例性实施例，通过使用一种电磁体，交变和直流磁场 二者都可以被施加在一个样本上。若该样本为一张含有超顺磁性颗粒的薄 膜，则该交变高频磁场用于在数秒内快速加热该薄膜。通过关闭该交变 磁场并打开该直流磁场，在升高后的温度下，在该薄膜冷却的同时，这些 超顺磁性颗粒可以在该薄膜内重新定向。

根据一个示例性实施例，可以认识到使用一个AMF（或交变磁场）， 可以在一些导体内产生涡流，从而抵抗产生涡流的通量发生变化。当一个 导体暴露在一个正在变化的磁场下，由于该场源和该导体的相对运动或由 于该磁场随着时间的变化而引起上述现象。这能够在该导体体内引起电子 循环流或一个电流。根据楞次定律，这些循环电流涡流引起多个抵抗该源 磁场变化的感应磁场，从而在该导体和该磁体之间产生斥力或拖拽力。所 施加的磁场越强，或该导体的导电性越好，或者该导体所在的磁场变化越 快，则所产生的电流越大，且该反向场越强。此外，可以认识到涡流如所 有的电流产生热量和电磁力。

根据另一个示例性实施例，该用于将该双稳态介质从第一状态转 换成第二状态的机构可以为电离辐射（IR）装置。

如PCT US2010/000528、PCT US2010/001105和WO2009/017525 A2披露的，根据一个示例性实施例，为了与一种如超顺磁性氧化铁纳米颗 粒（如胶态颗粒）的双稳态材料一起使用，使用一种可逆聚合物，该调谐 装置加热这些磁颗粒，其反过来加热这些磁颗粒封装在其中的热可逆聚合 物。

根据另一个示例性实施例，该微控制器优选地包括：一个存储器， 用于储存被定向为改变一种双稳态材料和/或层的颜色方案的多个元器件； 一个处理器（或中央处理单元），用于处理与该双稳态材料和/或层相关的 数据；以及一个用户接口，用于显示与该双稳态材料和/或层相关的数据。

可以认识到该调谐装置可以在其存储器内具有多种颜色/设计，从 而允许该使用者可以根据他们的意愿改变这些颜色。例如，该使用者可向 该调谐装置/设备内下载5种不同的颜色，并且然后将该激活装置连带这些 颜色一起带到一项社会活动中。然后该使用者可自发决定将他们的双稳态 材料（如指甲油）的颜色改变成他们所下载的五种颜色中的一种，并且， 仅仅使用上述启动装置就可完成此行为。

根据一个示例性实施例，图3A为一种第一固定状态下的基质或介 质上的双稳态材料的剖面图。如图3B所示，图3A中的双稳态材料在调谐 装置在双稳态材料上的初始运动过程中暴露在该调谐装置下，该调谐装置 具有一个LED源（或热源）和一个磁场源。图3C中，该调谐装置开始进 行将该双稳态材料固定成第二状态的过程。图3D展示了一种第二固定状 态下的该双稳态材料。

根据一个示例性实施例，图4A为一种第一固定状态下的基质或介 质上的双稳态材料的剖面图。如图4B所示，图4A中的双稳态材料在调谐 装置在该双稳态材料上的初始运动过程中暴露在该调谐装置下，该调谐装 置具有一个磁场源。图4C中，该调谐装置开始进行将该双稳态材料内的 胶态颗粒固定成第二状态的过程。图4D展示了该双稳态材料内的一种第 二固定状态下的胶态颗粒。

应当理解的是所示的本发明的形式仅仅为一个优选实施例。可以 对某些部分的功能和安排进行各种改变；等效装置可以替换那些所展示和 描述的装置；并且在不背离以下权利要求所定义的本发明的精神和范围内， 可以独立于其他特征使用某些特征。