生产功能化粉末颗粒的方法

摘要

本公开内容提供了功能化粉末颗粒和形成功能化粉末颗粒的方法。通过在粉末颗粒上形成一级结构和/或二级结构来获得功能化。可以控制功能化以引起广泛的物理性质和/或化学性质的变化。

说明书

本申请要求于2018年9月7日提交的美国临时申请号62/728,570的权益，该临时申请通过引用整体并入本文。

背景技术

硅是地壳中丰度第二高的元素，在商业上用于建筑、炼钢和电子工业。纯硅是本征半导体，但导电率太低，无法在不掺杂少量浓度其他元素以提高其电导率的情况下用于电子器件。硅的单晶同素异形体尤其用于生产半导体工业中使用的硅晶片。最近的研究关注在硅晶片上形成纳米线，以应用于光伏和电池。硅纳米线的合成方法包括激光束烧蚀、离子束蚀刻、化学气相沉积和气液固生长，其中目前的研究关注于在特定取向上控制纳米线的形成。

发明内容

先前的纳米线制造方法通常需要昂贵的高温和高真空环境，这限制了处理过的基板的尺寸、可扩展性和生产量。另外，先前的纳米线制造方法通常需要高纯度的单晶硅晶片，该高纯度的单晶硅晶片由于其平坦、刚性的形状，生产成本高且潜在应用受限。仍然非常需要用于在半导体粉末、颗粒或晶粒(例如，晶体型、多晶型、半晶态或非晶态)上生产包括纳米结构诸如纳米线的结构的方法。本公开内容解决了该需求并且还提供了相关的优点。

在一些方面，本公开内容提供了一种在(例如，粉末)颗粒(例如，微粒)上形成结构的方法，所述方法包括：(a)提供一种或多种(例如，晶体型、多晶型、半晶态或非晶态)半导体或绝缘体粉末颗粒；(b)(例如，任选地)从所述一种或多种粉末颗粒中除去表面污染物；(c)(例如，任选地)从所述一种或多种粉末颗粒中除去氧化物；(d)在所述一种或多种粉末颗粒上形成(例如，第一类型的)结构，从而形成一种或多种均功能化粉末颗粒；以及(e)(例如，任选地)，在所述一种或多种均功能化粉末颗粒上形成(例如，第二类型的)结构，从而形成一种或多种杂功能化粉末颗粒。在一些实施方案中，所述第一和/或第二类型的结构(例如，任选地)选自孔(pore)、凹陷(pit)、凹坑(crater)、纳米线(nanowire)、锥体(cone)、尖顶(pinnacle)、石林(hoodoo)、珊瑚(coral)、绳索(cord)、壁(wall)、沟槽(trench)、鳍片(fin)、脊(ridge)、峭壁(crag)、金字塔(pyramid)和倒金字塔(inverted pyramid)。在一些实施方案中，所述(例如，晶体型、多晶型、半晶态或非晶态)粉末颗粒是(例如，元素或化合物晶体型、多晶型、半晶态或非晶态)粉末颗粒，其包括IVA族元素、IV-VI族化合物、II-IVB族化合物、I-VII族化合物、II-VI族化合物、III-V族化合物、IV-IV族化合物、过渡金属氧化物以及由三种或更多种元素组成的化合物。粉末颗粒可包含一种或多种晶粒，或者粉末颗粒可由单一晶粒组成。

在实践任何主题方法中，该方法可以包括(b)从所述一种或多种粉末颗粒中去除表面污染物。在一些实施方案中，该方法包括(c)从所述一种或多种粉末颗粒中去除氧化物。在一些实施方案中，该方法包括(e)在所述一种或多种均功能化粉末颗粒上形成(例如，第二类型的)结构，从而形成一种或多种杂功能化粉末颗粒。(d)的形成可包括在粉末颗粒的表面上或孔内形成(例如，第一类型的)结构。(e)的形成可包括在粉末颗粒的表面上或孔内形成(例如，第二类型的)结构。(d)和(e)的形成中的至少一个可以包括光刻。在一些实施方案中，(d)和(e)的形成中的每个独立地包括选自金属辅助化学蚀刻和化学蚀刻的工艺。(d)和(e)的形成中的至少一个可包括金属辅助化学蚀刻，其中所述金属辅助化学蚀刻包括将金属离子沉积在所述粉末颗粒的表面上以及通过将所述金属离子暴露于蚀刻剂来蚀刻所述粉末颗粒。金属离子可以选自的金属，包括但不限于(例如，贵金属(noble metal)和贵重金属(precious metal))。在一些实施方案中，蚀刻剂是等离子体、气体或溶液。蚀刻剂可以是包含蚀刻剂和氧化剂的溶液。第一类型的结构可以是亚毫结构(submillistructure)，诸如微结构或纳米结构。在一些实施方案中，第二类型的结构是亚毫结构，诸如微结构或纳米结构。本文所述的方法还可包括对所述一种或多种功能化粉末颗粒进行选自膜涂覆、电镀、化学功能化、掺杂、纳米颗粒修饰、光刻及其组合的工艺。第一和第二类型的结构可以选自孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、沟槽、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔。

在一些方面，本公开内容提供了一种表面，所述表面包含一种或多种功能化的(例如，晶体型、多晶型、半晶态或非晶态)(例如，半导体或绝缘体)粉末颗粒，其中所述粉末颗粒(例如，任选地)包含一种或多种选自孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、沟槽、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔的结构，并且其中所述粉末颗粒的直径在0.01μm至10,000μm之间。所述(例如，晶体型、多晶型、半晶态或非晶态)粉末颗粒可以是(例如，元素或化合物晶体型、多晶型、半晶态或非晶态)粉末颗粒，其选自IVA族元素、IV-VI族化合物、II-IVB族化合物、I-VII族化合物、II-VI族化合物、III-V族化合物、IV-IV族化合物、过渡金属氧化物以及由三种或更多种元素组成的化合物。在一些实施方案中，粉末颗粒包含一种或多种晶粒，诸如单一晶粒。粉末颗粒的直径可以在0.1μm至1,000μm之间。在一些实施方案中，粉末颗粒包含两种或多种选自孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、沟槽、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔的结构。一种或多种结构可以是亚毫结构，诸如微结构或纳米结构。在一些实施方案中，最小的30％的粉末颗粒的平均直径比最大的10％的粉末颗粒的平均直径小200％。本文所述的表面还可包含将粉末颗粒与大气隔离的膜。所述表面可以是抗反射的、反射的、吸收的、吸附的、粘合的、折射的、粗糙的、导电的、绝缘的、化学反应性的、化学惰性的、发光的、抗菌的、裂解细胞的、全憎的(omniphobic)、疏水的、亲水的、防污的、不粘的、防滑的、抗静电的或其组合。在一些实施方案中，粉末颗粒包含一种或多种选自孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、沟槽、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔的结构。在一些方面，本公开内容提供了一种转印或复制物品的表面结构的方法，所述方法包括使用包括一种或多种本文所述的功能化(例如，晶体型、多晶型、半晶态或非晶态半导体或绝缘体)粉末颗粒的表面作为模板或模具。

在一些方面，本公开内容提供了一种杂功能化的(例如，晶体、多晶或半晶态半导体或绝缘体)粉末颗粒，其中所述粉末颗粒包含两种或多种类型的亚毫结构。在一些方面，本公开内容提供了一种功能化的(例如，晶体型、多晶型、半晶态或非晶态半导体或绝缘体)粉末颗粒，其中所述粉末颗粒包含亚毫结构，并且还包含膜涂层、电镀、化学功能化、掺杂剂、纳米颗粒修饰或表面终端化。在一些方面，本公开内容提供了一种均功能化的(例如，晶体型、多晶型、半晶态或非晶态半导体或绝缘体)粉末颗粒，其中所述粉末颗粒包含选自凹陷、凹坑、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、沟槽、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔的结构。在一些方面，本公开内容提供了一种均功能化的(例如，晶体型、多晶型、半晶态或非晶态半导体或绝缘体)粉末颗粒，其中所述粉末颗粒包含选自孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、沟槽、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔的结构，并且其中所述粉末颗粒不是元素硅颗粒。本文所述的粉末颗粒的直径可以在0.01μm至10,000μm之间。在一些实施方案中，颗粒的直径在0.1μm至1,000μm之间。所述颗粒可以是元素或化合物(例如，晶体型、多晶型、半晶态或非晶态)粉末颗粒，其选自IVA族元素、IV-VI族化合物、II-IVB族化合物、I-VII族化合物、II-VI族化合物、III-V族化合物、IV-IV族化合物、过渡金属氧化物和由三种或更多种元素组成的化合物。在一些实施方案中，颗粒包含一种或多种晶粒。颗粒可以由单一晶粒组成。两种或更多种类型的亚毫结构可以选自孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、沟槽、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔。在一些实施方案中，两种或更多种类型的结构选自微结构和纳米结构。

本文所述的颗粒可以反射波长在10nm至1mm之间的所有电磁辐射(例如，镜面反射和/或漫射)的至多10％。在一些实施方案中，颗粒反射波长在10nm至400nm之间的所有电磁辐射(例如，镜面反射和/或漫射)的至多10％。在一些实施方案中，颗粒反射波长在300nm至1,000nm之间的所有电磁辐射(例如，镜面反射和/或漫射)的至多10％。在一些实施方案中，颗粒反射波长在700nm至1mm之间的所有电磁辐射(例如，镜面反射和/或漫射)的至多10％。该颗粒可以包含两个或更多个交叠的结构。颗粒的形状可以是规则的或不规则的。本文所述的颗粒还可以包含膜涂层、电镀、化学功能化、掺杂剂、纳米颗粒修饰或表面终端化。在一些实施方案中，所述颗粒表现出抗菌特性。

在一些方面，本公开内容提供了一种使细胞膜破裂的方法，所述方法包括使细胞与本文所述的(例如，晶体型、多晶型、半晶态或非晶态半导体或绝缘体)粉末颗粒接触，其中所述粉末颗粒在物理上或化学上与细胞膜相互作用，从而使细胞膜破裂。

在一些方面，本公开内容提供了一种改变物品的特性的方法，所述方法包括将一种或多种功能化的(例如，晶体型、多晶型、半晶态或非晶态)(例如，半导体或绝缘体)粉末颗粒掺入到所述物品中，其中粉末颗粒包含一种或多种亚毫结构，并且其中粉末颗粒的直径在0.01μm至10,000μm之间。所述(例如，晶体型、多晶型、半晶态或非晶态)粉末颗粒可以是元素或化合物(例如，晶体型、多晶型、半晶态或非晶态)粉末颗粒，其选自IVA族元素、IV-VI族化合物、II-IVB族化合物、I-VII族化合物、II-VI族化合物、III-V族化合物、IV-IV族化合物、过渡金属氧化物和由三种或更多种元素组成的化合物。粉末颗粒可包含一种或多种晶粒。例如，粉末颗粒可以由单一晶粒组成。粉末颗粒的直径可以在0.1至1,000μm之间。所述粉末颗粒可包含两种或多种选自孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、沟槽、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔的结构。在一些实施方案中，一种或多种亚毫结构选自孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、沟槽、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔。一种或多种结构可以选自微结构和纳米结构。在一些示例中，所述物品选自医疗器械、炊具、电器、工作台面、交通工具、船和飞机。所述物品可以选自办公用品、办公设备、电子设备、容器、厨房用具、炊具、家用器皿、纺织品、硬件、消费品、车辆和船舶、过滤器、泵、水上设备、表面、家具、电器、设备、建筑材料、军事设备、工具、太阳能电池、货币、医疗用品、医疗器械、纸制品、制造设备、食品加工设备和光学设备。在一些实施方案中，物品包括橡胶、塑料、金属、玻璃或陶瓷。所述改变可包括降低可见光吸光度、增加可见光吸光度、降低光反射率、增加抗菌活性、增加防污活性、增加疏水性、增加亲水性、增加导电性、增加电阻率、增加光致发光、增加表面能、降低表面能、增加摩擦系数和降低所述物品的摩擦系数中的一种或多种。所述掺入可包括用所述粉末颗粒涂覆所述物品或将所述粉末颗粒包埋在所述物品中。本文所述的方法还可包括对所述物品进行选自膜涂覆、电镀、化学功能化、掺杂、纳米颗粒修饰、光刻及其组合的工艺。

在本文的具体实施方案中，提供了一种(例如，物理和/或非化学地)裂解细胞(或其群体)的方法，所述方法包括使细胞(或其群体)与功能化的(例如，晶体型、多晶型、半晶态或非晶态)粉末颗粒接触，其中粉末颗粒包含一种或多种亚毫结构(例如，如本文任何合适的实施方案中所述的结构)，并且其中粉末颗粒的直径在0.01至10,000微米之间。在具体实施方案中，功能化颗粒被配置在物品的表面中。在其他具体实施方案中，所述功能化颗粒不以诸如散粉形式包埋在另一材料或其表面内。在一些实施方案中，全部或部分细胞被物理裂解，诸如其中至少30％的细胞被裂解(例如，其中至少50％的细胞被裂解)。任选地使用本文提供的任何合适的颗粒。

本文的一些具体实施方案中提供了一种低反射表面(例如，物品的低反射表面)，其包含一种或多种功能化的晶体型、多晶型、半晶态或非晶态(例如，半导体或绝缘体)粉末颗粒(例如，所述表面包含配置在其所述表面上的一种或多种颗粒和/或包埋在其所述表面中的一种或多种颗粒)，其中所述粉末颗粒(例如，任选地)包含一种或多种选自孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔的结构，并且其中所述粉末颗粒的直径在0.01至10,000微米之间。在一些实施方案中，与没有所述一种或多种粉末颗粒的其他方面相同的表面相比，(例如，镜面反射光和/或漫射光)的所述反射率为约25％或更低(例如，约15％或更低、约10％或更低等)(例如，在特定波长，诸如IR、可见光和/或UV波长(诸如本文所示的示例和附图中所述的任何一种或多种波长的光)下)。在更具体的实施方案中，所述表面的(例如，镜面反射光和/或漫射光)的所述反射率小于5％(例如，小于4％、小于3％、小于2％、小于1％、小于0.5％、小于0.2％等)(例如，在特定波长，诸如IR、可见光和/或UV波长下)。在一些实施方案中，所述表面包括在其上和/或其中掺入了一种或多种粉末颗粒的(例如，本体)材料，并且所述材料是硅或一氧化硅。在一些实施方案中，粉末颗粒是根据前述权利要求中任一项所述的任何颗粒。任选地使用本文提供的任何合适的颗粒。

本文的其他实施方案中提供了一种改变物品的光反射率的方法，所述方法包括将一种或多种功能化的晶体型、多晶型、半晶态或非晶态半导体或绝缘体粉末颗粒掺入到所述物品(例如，其表面和/或本体材料)中，其中所述粉末颗粒包含一种或多种亚毫结构，并且其中所述粉末颗粒的直径在0.01至10,000微米之间。在一些实施方案中，所述晶体型、多晶型、半晶态或非晶态粉末颗粒是元素或化合物晶体型、多晶型、半晶态或非晶态粉末颗粒，其选自IVA族元素、IV-VI族化合物、II-IVB族化合物、I-VII族化合物、II-VI族化合物、III-V族化合物、IV-IV族化合物、过渡金属氧化物和包含三种或更多种元素的化合物。在一些实施方案中，一种或多种亚毫结构选自孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔。在一些实施方案中，与没有所述一种或多种粉末颗粒的其他方面相同的表面相比，所述(例如，镜面反射光和/或漫射光)反射率为约25％或更低(例如，约15％或更低、约10％或更低等)(例如，在特定波长，诸如IR、可见光和/或UV波长下)。在一些实施方案中，所述表面的(例如，镜面反射光和/或漫射光)的所述反射率小于5％(例如，小于4％、小于3％、小于2％、小于1％、小于0.5％、小于0.2％等)(例如，在特定波长，诸如IR、可见光和/或UV波长下)。任选地使用本文提供的任何合适的颗粒。

本文的一些实施方案中提供了一种包括一种或多种功能化的晶体型、多晶型、半晶态或非晶态(例如，半导体或绝缘体)粉末颗粒的耐褪色颜料(或包含掺入其中或掺入其表面的所述颜料的物品)，其中所述粉末颗粒(例如，任选地)包含一种或多种选自孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔的结构，并且其中所述粉末颗粒的直径在0.01至10,000微米之间。在一些实施方案中，粉末颗粒是根据前述权利要求中任一项所述的任何颗粒。任选地使用本文提供的任何合适的颗粒。

在一些实施方案中，本文提供了一种形成耐褪色物品的方法，所述方法包括将一种或多种耐曝光褪色的功能化的晶体型、多晶型、半晶态或非晶态(例如，半导体或绝缘体)粉末颗粒掺入到所述物品(例如，其表面或材料的本体)中，其中所述粉末颗粒包含一种或多种选自孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔的结构，并且其中所述粉末颗粒的直径在0.01至10,000微米之间。任选地使用本文提供的任何合适的颗粒。

在一些实施方案中，本文提供了一种功能化的晶体型、多晶型、半晶态或非晶态(例如，半导体或绝缘体)颗粒，其中所述颗粒包含一种或多种选自孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔的结构(例如，在其表面上)，其中所述粉末颗粒的直径在0.01至10,000微米之间，并且其中所述颗粒晶格的至少一部分相对于未被所述一种或多种结构功能化的其他方面相同的颗粒发生改变。在一些实施方案中，所述颗粒晶格的至少一部分各向同性地膨胀和/或收缩。在一些实施方案中，所述颗粒晶格的至少一部分各向异性地膨胀和/或收缩。在一些实施方案中，相对于没有被所述一种或多种结构功能化的其他方面相同的颗粒，所述颗粒晶格沿<111>和/或<311>结晶方向各向异性地膨胀和/或收缩至少0.1％。在一些实施方案中，相对于未被所述一种或多种结构功能化的其他方面相同的颗粒，能带结构(band structure)对于所述颗粒的至少一部分发生改变。任选地使用本文提供的任何合适的颗粒。

本文的一些实施方案中提供了一种改变颗粒的至少一部分的能带结构的方法，所述方法包括提供一种或多种选自孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔(例如，在其所述表面上)的结构到所述颗粒的所述表面(例如，根据权利要求中任一项所述的方法)，其中所述粉末颗粒的直径在0.01至10,000微米之间，并且其中所述颗粒晶格的至少一部分相对于未被所述一种或多种结构功能化的其他方面相同的颗粒各向同性地或各向异性地膨胀和/或收缩。在一些实施方案中，相对于没有被所述一种或多种结构功能化的其他方面相同的颗粒，所述颗粒晶格沿<111>和/或<311>结晶方向各向异性地膨胀和/或收缩至少0.1％。任选地使用本文提供的任何合适的颗粒。

本文的一些实施方案中提供了一种试剂盒(例如，用于裂解其腔室内的一种或多种细胞)，其包括容器和一种或多种功能化的晶体型、多晶型、半晶态或非晶态半导体或绝缘体粉末颗粒，其中所述粉末颗粒(例如，任选地)包含一种或多种选自孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔的结构，并且其中所述粉末颗粒的直径在0.01至10,000μm之间，所述容器包括腔室，所述一种或多种功能化颗粒被配置在所述腔室内。在一些实施方案中，本文提供了一种包括腔室的容器(例如，用于裂解其腔室内的一种或多种细胞)，所述腔室包括内表面或另一个功能性表面，所述容器包括(例如，包埋)在其表面中或上的一种或多种功能化的晶体型、多晶型、半晶态或非晶态半导体或绝缘体粉末颗粒，其中所述粉末颗粒(例如，任选地)包含一种或多种选自孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔的结构，并且其中所述粉末颗粒的直径在0.01至10,000μm之间。在一些实施方案中，所述晶体型、多晶型、半晶态或非晶态粉末颗粒是元素或化合物晶体型、多晶型、半晶态或非晶态粉末颗粒，其选自IVA族元素、IV-VI族化合物、II-IVB族化合物、I-VII族化合物、II-VI族化合物、III-V族化合物、IV-IV族化合物、过渡金属氧化物和包含三种或更多种元素的化合物。在一些实施方案中，所述颗粒还包含膜涂层、化学功能化、掺杂剂、纳米颗粒修饰或表面终端化。在一些实施方案中，功能化颗粒被配置在容器的表面中。在一些实施方案中，所述功能化颗粒不以诸如散粉形式包埋在另一材料或其表面内。在一些实施方案中，功能化颗粒与元素、化合物、分子和颗粒机械结合、化学结合、相互作用或反应。在一些实施方案中，所述功能化颗粒从流体或气体中提取污染物、催化或增强化学反应、裂解细胞、从流体或气体中去除微生物或其任何组合。

在一些实施方案中，本文提供了一种包含一种或多种功能化的晶体型、多晶型、半晶态或非晶态半导体或绝缘体粉末颗粒的本体复合材料(例如，物品的本体复合材料)(例如，包含一种或多种颗粒的所述本体被配置在其所述表面之下)，其中所述粉末颗粒任选地包含一种或多种选自孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔的结构，并且其中所述粉末颗粒的直径在0.01至10,000μm之间。在一些实施方案中，所述晶体型、多晶型、半晶态或非晶态粉末颗粒是元素或化合物晶体型、多晶型、半晶态或非晶态粉末颗粒，其选自IVA族元素、IV-VI族化合物、II-IVB族化合物、I-VII族化合物、II-VI族化合物、III-V族化合物、IV-IV族化合物、过渡金属氧化物和包含三种或更多种元素的化合物。在一些实施方案中，粉末颗粒包含一种或多种晶粒。在一些实施方案中，粉末颗粒由单一晶粒组成。在一些实施方案中，粉末颗粒的直径在0.1至1,000μm之间。在一些实施方案中，所述粉末颗粒包含两种或多种选自孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔的结构。在一些实施方案中，一种或多种颗粒结构是亚毫结构。在一些实施方案中，一种或多种颗粒结构选自微结构和纳米结构。在一些实施方案中，最小的30％的粉末颗粒的平均直径比最大的10％的粉末颗粒的平均直径小200％。在一些实施方案中，其表面是抗反射的、反射的、吸附的、导电的、绝缘的、抗静电的、发光的、抗菌的、全憎的、疏水的、亲水的、防污的、不粘的、防滑的或其任何组合。在一些实施方案中，所述本体是抗静电的、吸光的、反射光的、抗菌的、导电的、绝缘的、电阻的、光致发光的或其任何组合。在一些实施方案中，本体材料的至少一部分被去除以暴露出一种或多种功能化颗粒的至少一部分(例如，或者本体中的功能化颗粒以其他方式暴露于本体材料的表面或在其表面上)。

在一些实施方案中，本文提供的任何亚毫结构的尺寸小于500μm、小于200μm、小于150μm、小于100μm、小于50μm等；并且例如，具有至少1nm、至少2nm、至少5nm、至少25nm、至少50nm、至少100nm等的尺寸。

本说明书中提到的所有出版物、专利和专利申请均通过引用并入本文，其程度如同特别地且单独地指出每一个单独的出版物、专利或专利申请均通过引用而并入。

附图说明

本发明的新颖性特征在所附的权利要求书中具体阐述。通过参考以下对利用了本发明原理的说明性实施方案加以阐述的详细描述和附图，将会获得对本发明的特征和优点的更好的理解，在这些附图中：

图1提供了可以修饰功能化粉末颗粒的结构的说明性图形横截面图示，包括纳米线/柱、锥体、金字塔、倒金字塔、凹坑、孔以及包括金字塔和纳米线的混合结构。结构和颗粒未按比例绘制，并且不限于这些示例。

图2描绘了包含凹坑和孔的杂功能化粉末颗粒的扫描电子显微镜(SEM)图像。通过经由实施例2中讨论的方法(Si晶体颗粒的Ag金属辅助化学蚀刻(MACE))来制备颗粒。图像(a)示出了杂功能化颗粒的俯视图，而(b)是图像(a)的放大图。图像(c)示出了(b)中所示的凹陷的放大视图，并示出了凹陷内的孔结构。

图3描绘了多孔功能化粉末的SEM图像。经由Si晶体颗粒的Ag-MACE制备该颗粒。图像(b)是图像(a)的放大图。

图4示出了包含纳米线的形态的SEM图像。经由Si晶体颗粒的Ag-MACE制备该颗粒。当Ag-MACE期间的蚀刻溶液为静态时，形成纳米线。颗粒的一部分缺失纳米线，因为它们在正常处理过程中被折断。

图5示出了包含石林纳米结构的功能化粉末颗粒。经由Si晶体颗粒的Ag-MACE制备该颗粒。图像(a)示出了通过SEM成像的功能化粉末颗粒。图像(b)示出了通过SEM成像的功能化粉末颗粒的放大图。可以看到石林的不规则的互连结构。图像(c)示出了通过SEM成像的不规则互连的石林结构的放大俯视图。图像(d)示出了在表面上包含石林纳米结构的功能化粉末颗粒的横截面图。在前景的结构上可以看到薄的Pt涂层。

图6描绘了杂功能化的纳米线的说明性横截面图。左侧是多孔纳米线，右侧是其中较小的二级纳米线从一级纳米线向外延伸的纳米线。结构和特征未按比例绘制。

图7示出了晶片或基板上的纳米结构化的几何形状的横截面图。纳米线和晶片未按比例绘制。

图8示出了复合材料的横截面图，该复合材料包含包埋入塑料或其他介质中的一些功能化粉末颗粒。颗粒和纳米结构化未按比例绘制。所示的结构是全向的。

图9描绘了用于将功能化粉末颗粒整合到涂层或复合材料中的多种可能构型的横截面图。图示(a)示出了基板或本体介质上粘结剂或粘合剂表面上的功能化粉末颗粒。图示(b)描绘了完全包埋入基板或本体介质中的功能化粉末颗粒。图示(c)示出了包埋入基板或本体介质表面以及位于其表面上的功能化粉末颗粒。结构和特征未按比例绘制。构造不是限制性的。

图10示出了包埋在纤维内的功能化粉末颗粒的图示。结构和特征未按比例绘制。

图11示出了利用功能化粉末颗粒和施加的交流电压的压电装置的示例。装置的设计不限于该描述。特征和结构未按比例绘制。

图12示出了在沉积和用DI-H

图13示出了修饰功能化粉末颗粒表面的纳米颗粒的SEM图像。图像(a)示出了修饰通过Si结晶颗粒的Ag-MACE制备的功能化粉末颗粒的凹陷表面的Ag纳米颗粒的SEM图像。图像(b)示出了包含孔和Ag纳米颗粒的Si粉末颗粒的SEM图像。图像(c)示出了包含孔和Ag纳米颗粒的Si粉末颗粒的SEM图像。在(c)中看到的孔比在(b)中小，并且在(c)中的Ag纳米颗粒比在(b)中大。

图14描绘了用于合成和应用功能化粉末颗粒的提出的工艺示意图。

图15：示出了用铜纳米颗粒修饰的包含凹陷和孔的功能化颗粒的SEM图像。经由Si晶体颗粒的Cu-MACE制备该颗粒。

图16：示出了包含珊瑚结构的形态的SEM图像。经由Si晶体颗粒的Ag-MACE合成该颗粒。这些形态已被证明具有抗菌特性。图像(a)示出了包含珊瑚结构的颗粒，(b)示出了在(a)中看到的珊瑚结构的放大俯视图，并且(c)示出了在(b)中看到的珊瑚结构的边缘视图。观察角度示出了粗糙而复杂的珊瑚结构。图像示出了复杂的珊瑚结构和形成的互连结构。

图17：示出了包含珊瑚结构的形态的SEM图像。经由Si晶体颗粒的Ag-MACE合成该颗粒。图像(a)示出了不规则的珊瑚结构，(b)示出了在(a)中看到的珊瑚结构的横截面图。

图18：示出了杂功能化形态的SEM图像，其包含通过依次蚀刻Si颗粒而制备的金字塔结构和珊瑚结构。如图21所示，首先通过KOH蚀刻形成金字塔结构来合成颗粒，然后通过Ag-MACE将其进一步功能化。

图19：示出了包含孔和凹陷纳米结构的杂功能化颗粒形态的示例的SEM图像。图像(a)示出了包含三角孔口凹陷和孔的形态。通过Ag-MACE并随后进行硝酸蚀刻来合成功能化的Si晶体颗粒。图像(b)示出了凹陷中的方孔口孔。通过Cu-MACE制备该形态。图像(c)示出了具有三角形孔口倒金字塔的多细孔表面。通过Cu-MACE合成该形态。

图20：示出了包含倒金字塔结构的形态的SEM图像。这些形态是通过Si颗粒的Cu-MACE制备的。图像(a)示出了在凹陷表面上包含三角形孔口倒金字塔的形态。图像(b)示出了包含微米级倒金字塔结构和纳米级倒金字塔结构的形态。图像(c)示出了包含由相交的倒金字塔结构形成的凸结构的形态。

图21：示出了包含通过用35％(wt/wt)KOH蚀刻Si颗粒制备的直立的金字塔结构的形态的SEM图像。

图22：示出了包含通过包含5％(wt/wt)NaOH的CE蚀刻制备的直立的金字塔结构的形态的SEM图像。图像(a)示出了形态的侧视图，图像(b)示出了金字塔结构的放大俯视图。

图23：示出了包括通过杂功能化产生的相交脊形态的杂功能化Si颗粒的SEM图像，杂功能化包括依次蚀刻，先用1％(wt/wt)KOH进行蚀刻，然后进行Ag-MACE。

图24：示出了功能化SiC颗粒(平均直径为40μm)的表面的SEM图像，该功能化SiC颗粒通过包含HF和HNO

图25:(a)示出了使用Rigaku Ultima IV 3kW X射线衍射仪系统测量的、来自非功能化和功能化的晶体Si粉末的X射线(Cu Kα

图26：示出了使用Rigaku Ultima IV 3kW X射线衍射仪系统测量的、包含α晶型和β晶型两者的非功能化SiC粉末(平均直径为40μm)的X射线(Cu Kα

图27：示出了通过附着的功能化的Si颗粒、功能化的SiO颗粒、非功能化的Si颗粒而功能化的ABS塑料基板的接触角测量。为了进行比较，示出了抛光的Si晶片和裸露的ABS基板。DI-H

图28：示出了用Nicolet iS50 FT-IR光谱仪测量的(A)非功能化的Si粉、(B)化学功能化的Si粉、(C)结构功能化的Si粉以及(D)化学功能化和结构功能化的Si粉的对称和不对称振动C-H模式的衰减全反射红外光谱图。

图29：示出了在通过实施例16中讨论的方法制备的ABS塑料基板上的纳米结构抗菌表面涂层上的大肠杆菌的示例活/死荧光显微镜复合Z-堆栈图像。在背景中可见抗菌的功能化颗粒，而棒状特征即为染色的大肠杆菌。在纳米结构上于37℃下生长1小时后，89±6％的细胞被鉴定为死亡。

图30：图示了使用功能化粉末裂解细胞的方法。图示(a)示出了包含功能化颗粒的容器，(b)示出了添加到来自(a)的容器中的包含细胞的溶液，并且(c)示出了包含细胞和功能化颗粒的溶液的搅拌。通过与功能化颗粒的相互作用来溶解溶液中的细胞。图示(d)示出了含有细胞成分的溶液的提取。该方法的设计不限于该描述。特征和结构未按比例绘制。

图31：示出了根据实施例25中所述的裂解方案，通过标准板计数的活细菌细胞的减少百分比。处理(A)和(B)包含结构功能化粉末颗粒，(C)包含非功能化的Si粉末颗粒(平均直径为45μm)，并且(D)不包含粉末，作为对照。最初的细菌培养种群为5.3×10

图32：示出了对于不同的蚀刻持续时间和搅拌速度，通过Ag-MACE制备的功能化颗粒的蚀刻深度的表。蚀刻深度是通过聚焦离子束(FIB)横切和SEM确定的。数据表明搅拌速度和蚀刻时间对通过其他方面相同条件制备的功能化Si颗粒蚀刻深度的影响。

图33：示出了使用Ag-MACE在非晶态SiO颗粒上产生的功能化表面的SEM图像。图像(a)示出了珊瑚结构，(b)是(a)所示结构的放大图，(c)示出了石林结构，(d)是(c)所示结构的放大图。

图34：示出了使用Rigaku Ultima IV 3kW X射线衍射仪系统测量的，通过实施例13中描述的方法制备的非功能化和功能化(样品A)非晶态SiO粉末(粒径在38-45μm之间)的X射线(Cu Kα1)粉末衍射数据。中心在24°和50°2θ附近的宽峰表明，SiO颗粒的晶体结构是非晶态的。

图35：示出了通过实施例15中描述的方法制备的Ge颗粒上包含绳索结构的功能化表面的SEM图像。

图36：示出了通过实施例15中描述的方法制备的Ge颗粒上包含绳索结构和三角形孔口凹陷结构的杂功能化表面的SEM图像。图像(b)示出了(a)中所示结构的放大图。

图37：示出了使用Shimadzu UV-2401UV-VIS分光光度计在45°入射角下测量的多个表面的镜面UV-VIS反射率数据。为了比较，样品(A)是抛光的Si晶片，样品(B)是裸露的ABS塑料基板。样品(C)、(D)、(E)、(F)是通过实施例16中所述的方法制备的功能化基板。样品(C)是涂覆有通过实施例11中所述的方法制备的功能化Si颗粒的ABS塑料基板。样品(D)是涂覆有通过实施例13所述的方法制备的功能化非晶态SiO颗粒的ABS塑料基板。样品(E)是涂覆有通过实施例2中所述的方法制备的包含凹陷和孔的杂功能化的Si颗粒的ABS塑料基板。样品(F)是涂覆有非功能化的Si颗粒(平均直径为45μm)的ABS塑料基板。样品(C)、(E)和(F)的颗粒表面具有与样品(A)相同的化学组成和晶体结构。不同的表面形态导致不同的光反射光谱。

图38：示出了多个样品表面的光学照片。(A)是裸露的ABS塑料基板，(B)、(C)、(D)是通过实施例16中所述的方法制备的经涂覆的ABS塑料基板。样品(B)涂覆有通过实施例2中所述的方法制备的包含凹陷和孔的杂功能化Si颗粒。样品(C)涂覆有通过实施例13中所述的方法制备的功能化非晶态SiO颗粒。样品(D)涂覆有通过实施例11中所述的方法制备的功能化Si颗粒。

具体实施方式

使颗粒功能化的方法

在一些方面，本公开内容提供了一种在粉末颗粒上形成结构的方法。图14提供了在粉末颗粒上形成结构的示例性方法的概念示意图。在一些实施方案中，该方法包括(a)提供一种或多种(例如，晶体型、多晶型、半晶态或非晶态)(例如，半导体或绝缘体)粉末颗粒；(b)(例如，任选地)从所述一种或多种粉末颗粒中除去表面污染物；(c)(例如，任选地)从所述一种或多种粉末颗粒中除去氧化物；(d)在所述一种或多种粉末颗粒上形成(例如，第一类型的)结构，从而形成一种或多种均功能化粉末颗粒；以及(e)(例如，任选地)，在所述一种或多种均功能化粉末颗粒上形成(例如，第二类型的)结构，从而形成一种或多种杂功能化粉末颗粒；其中所述第一和第二类型的结构选自(例如，任选地)孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、沟槽、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔。

在一些方面，本公开内容提供了一种在粉末颗粒上形成结构的方法，该方法包括提供一种或多种(例如，晶体型、多晶型、半晶态或非晶态)(例如，半导体或绝缘体)粉末颗粒；以及在所述一种或多种粉末颗粒上形成(例如，第一类型的)结构，从而形成一种或多种均功能化粉末颗粒。(例如，第一类型的)结构可以选自孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、沟槽、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔。

在一些方面，本公开内容提供了一种在粉末颗粒上形成结构的方法，该方法包括(a)提供一种或多种(例如，晶体型、多晶型、半晶态或非晶态)(例如，半导体或绝缘体)粉末颗粒；(b)从所述一种或多种粉末颗粒中除去表面污染物；(c)(例如，任选地)从所述一种或多种粉末颗粒中除去氧化物；(d)在所述一种或多种粉末颗粒上形成(例如，第一类型的)结构，从而形成一种或多种均功能化粉末颗粒；以及(e)在所述一种或多种均功能化粉末颗粒上形成(例如，第二类型的)结构，从而形成一种或多种杂功能化粉末颗粒；其中所述第一和/或第二类型的结构(例如，任选地)选自孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、沟槽、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔。

本文所述的粉末处理方法与用于使晶片或其他基板功能化的典型方法实质上不同。粉末相对于其他基板的表面积增加可以改变反应特性，包括反应速率以及功能化反应的化学和颗粒动力学。在一些示例中，由于反应放热和快速动力学，用于在粉末颗粒的表面上产生纳米结构的化学反应可增加溶液温度，这可改变反应速率。相反，由于晶片的低表面积，晶片上的相同反应可产生可忽略不计的溶液温度变化。暴露的晶体学平面或结可影响功能化过程和所得的形态。在一些示例中，与晶片相比，粒型系数提供了更多数量的暴露晶体平面或结和暴露晶体平面或结的多样选择。搅拌或搅动反应溶液对粉末和晶片之间的化学反应产生不同的影响，并可能导致不同的功能化。在一些示例中，粉末在溶液中运动，这可以改变催化剂纳米颗粒在粉末颗粒内的迁移和/或材料从粉末中溶出。由于粉末颗粒和晶片之间的运动差异而导致的催化剂动力学差异，可以形成不同的形态。

本文描述的方法可以在室温和大气压下进行。在一些实施方案中，可以调节压力和温度以改变存在于粉末颗粒表面上的结构和形态。本文所述的反应可以在开放或封闭的反应容器中进行。

粉末颗粒

本公开内容的粉末颗粒可以是晶体型、多晶型、半晶态或非晶态。优选地，粉末颗粒是晶体型或非晶态。该颗粒可以是固体或其可以包含孔，并且其形状可以是规则的或不规则的。粉末颗粒可以是元素或化合物晶体颗粒。优选地，粉末颗粒选自IVA族元素、IV-VI族化合物、II-IVB族化合物、I-VII族化合物、II-VI族化合物、III-V族化合物、IV-IV族化合物、过渡金属氧化物和由三种或更多种元素组成的化合物。粉末颗粒可以由半导体或绝缘元素或化合物组成，诸如Si、Ge、Sn、CuCl、CaO、MgO、GaAs、GaN、BN、BP、AlN、InN、InP、SiO和SiC。

本公开内容的粉末颗粒可以包含一种或多种晶粒。任选地，颗粒由单一晶粒组成。粉末颗粒也可以由保持紧密物理接触的2、3、4种或更多种晶粒组成。粉末颗粒可以具有不规则形状，但是将具有基于颗粒的最长和最短方面的平均有效直径。颗粒的平均有效直径可以在0.01μm至10,000μm之间，诸如在0.1μm至10,000μm之间或在0.1μm至1,000μm之间。颗粒的平均有效直径可以为至少约0.01μm、0.1μm、1μm、10μm、100μm、1,000μm、10,000μm或更大。颗粒的平均有效直径可以不大于约10,000μm、1,000μm、100μm、10μm、1μm、0.1μm、0.01μm或更小。任选地，粉末颗粒的平均有效直径可以在0.1μm至100μm、0.1μm至10μm、1μm至10,000μm、1μm至1,000μm、1μm至100μm、10μm至10,000μm、10μm至1,000μm或100μm至10,000μm之间。粉末粒径的平均有效直径和分散度可以根据改性颗粒的用途和所需特性进行选择。

一组粉末颗粒可以具有特征性的尺寸分散度。尺寸分散度可以是单峰、双峰、三峰或多峰的。可以基于粉末颗粒的特征尺寸例如平均直径来确定尺寸分散度。可以通过粉末颗粒的筛选定尺寸来确定粉末尺寸分散度。可以确定粉末颗粒的尺寸分散度，使得约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或95％的颗粒在颗粒平均尺寸的50％以内。可以确定颗粒的尺寸分散度，使得至少约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或95％或更多的颗粒在颗粒平均尺寸的50％以内。可以确定颗粒的尺寸分散度，使得不超过约95％、90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％或10％的颗粒在颗粒平均尺寸的50％以内。特定的特征性颗粒尺寸分散度可以与功能化粉末材料的某些物理性质相关。

蚀刻前准备

在粉末颗粒上形成结构之前，从一种或多种粉末颗粒上去除表面污染物可以是有利的。表面污染物可包括位于粉末颗粒表面上的除所需材料以外的任何有机或无机气体、液体或固体。可以将粉末颗粒置于一系列含有一种或多种溶剂的浴液或溶液中。任选地，将一种或多种粉末颗粒置于溶剂浴例如丙酮浴中至少10分钟。可以将粉末颗粒进一步置于第二溶剂浴，例如甲醇或乙醇浴中至少10分钟。从粉末颗粒去除表面污染物可以包括超声处理。在一些实施方案中，可以通过将粉末浸入酸浴或用氧化剂增强的酸浴中来进行表面清洁，这可以在室温或升高的温度下进行。每个浸浴可包括另外连续的处理。例如，丙酮或乙醇浴可涉及至少10分钟的搅拌，然后进行至少10分钟的超声处理。在一些实施方案中，可将粉末颗粒置于同时进行搅拌和超声处理的溶剂溶液中，以使粉末悬浮至少10分钟。在一些实施方案中，也可以通过在超过20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃或更高的温度下延长加热来从一种或多种粉末颗粒中去除表面污染物。加热可在一种或多种不同的气体环境下进行。在一些实施方案中，可以在真空下以低于100mbar的压力加热一种或多种粉末颗粒。还可以在包含空气、N

本公开内容的方法还可以包括从一种或多种粉末颗粒中去除氧化物。可以在酸性或碱性溶液中洗涤一种或多种粉末颗粒。例如，可以在包含HF(>1M)和去离子H

蚀刻方法

本文所述的方法通常包括在一种或多种粉末颗粒上形成第一类型的结构，从而形成一种或多种均功能化粉末颗粒。在一些实施方案中，方法还可以包括在一种或多种均功能化粉末颗粒上形成第二类型的结构，从而形成一种或多种杂功能化粉末颗粒。形成可包括在粉末颗粒的表面上或孔内形成结构。可以基于所需的粉末的本体结构和表面形态来选择形成方法。特定的结构修饰可以涉及通过等离子体、气体或溶液方法进行的单步或多步蚀刻。例如，产生功能化粉末颗粒的方法可以包括以下的重复序列：金属辅助化学蚀刻(MACE)，然后是化学蚀刻(CE)。任选地，可以在没有任何CE的情况下连续进行多次MACE。任选地，可以执行CE，然后执行MACE。可以改变各种蚀刻方法的顺序以产生不同的表面结构形态。在任何蚀刻方法之后，可以在漂洗剂(例如，DI-H

金属辅助化学蚀刻(MACE)通常涉及两个主要步骤：1)在粉末表面上沉积金属纳米颗粒，以及2)在酸性或碱性浴中进行蚀刻。这两个步骤可以同时进行，任选地在单个容器中进行。任选地，可以单独执行沉积和蚀刻工艺。当分开时，金属纳米颗粒的沉积可以在蚀刻之前进行一次或多次。蚀刻可以执行一次或多次。任选地，可以通过使用磁力搅拌棒、高架搅拌器、循环泵、叶轮或其他混合或搅拌设备来搅拌或搅动溶液。

对于MACE工艺，金属纳米颗粒在粉末颗粒上的沉积可以发生在包含酸或碱、DI-H

或者，可以在包含酸或碱、氧化性物质和DI-H

在实践任何主题方法中，可以在金属辅助化学蚀刻之前、之后或之后进行一种或多种粉末颗粒的化学蚀刻(CE)。CE通常包括使用主要的化学非机械方法用于选择性去除表面材料的任何方法。在本主题方法中，CE步骤可以执行一次或多次。CE方法可涉及酸或碱溶液与处理过的粉末颗粒。例如，CE浴可包含KOH和DI-H

附加处理

在一种或多种粉末颗粒上形成一种或多种结构后，可以对所得的均官能或杂功能化粉末颗粒进行一种或多种附加的处理。可以以任何顺序执行以下描述的任选附加处理的任何组合，并将其重复任意次数。在一些示例中，在将功能化粉末颗粒掺入物品中之前进行任何附加处理。或者，可以在将功能化粉末颗粒掺入物品中之后进行任何附加处理。

附加处理方法可以包括对一种或多种粉末颗粒进行膜涂覆或电镀的方法。膜涂覆或电镀方法可以包括导致粉末材料的整个表面或表面的一部分上均匀地、半均匀地、非均匀地或图案化地沉积材料薄层的任何工艺。例如，可以使用气相沉积来沉积薄膜。在一些实施方案中，可以使用化学浴、电化学方法、旋涂、浸涂、喷涂、卷对卷涂布或光刻法。

另一种附加的处理方法可以包括对一种或多种粉末颗粒的表面进行化学功能化的方法。化学功能化可以包括在一种或多种粉末颗粒的表面上产生反应性或非反应性位点的任何过程。例如，可以使粉末颗粒的表面与活性抗菌化学物质诸如氯己定二葡萄糖酸盐或(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷结合。或者，可以通过与功能化化合物(例如，硅烷化合物)反应来对颗粒表面进行功能化，以包括但不限于十八烷基三氯硅烷或1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷以产生高度疏水的表面，该表面也可改善颗粒与基板的结合。在一些实施方案中，可以用分散剂或肽对表面进行功能化。在一些实施方案中，可以将颗粒的表面功能化以帮助颗粒结合或粘附至物品或介质。例如，二乙氧基二苯基硅烷、烯丙基三氯硅烷、三乙氧基-对甲苯基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或其他衍生硅烷可用于通过共价或非共价相互作用将颗粒结合在聚合物介质中。还可以用多于一种的化学种类对粉末颗粒表面进行功能化，这取决于所选用途所需的材料特性。化学功能化可以包括用于改变性质的方法，性质诸如表面能、表面积、表面粗糙度、密度分布、折射率、光学常数、静电荷、带隙、剪切模量、塑性、比重、摩擦系数、声学性质、热性质、光学性质、电学性质、化学性质、非共价相互作用、光致发光、光吸收、疏水性和亲水性。

另一种附加的处理方法可以包括通过中子辐射来掺杂一种或多种粉末颗粒的方法。粉末颗粒暴露于中子辐射可以改变其电子特性、能带结构或其带隙。通过诸如MACE的方法制造的亚毫结构可以对半导体颗粒的掺杂敏感。在一些示例中，在形成纳米结构之后进行中子辐射可以允许特定的结构和形态得到增强，以具有所需的电子特性。

另一种附加的处理方法可以包括用纳米颗粒修饰一种或多种粉末颗粒，如图12、图13和图15所示。可以通过任何纳米颗粒合成方法将纳米颗粒沉积或分散在功能化粉末颗粒的表面上。例如，可以在化学浴中沉积纳米颗粒。在一些实施方案中，可以通过气相沉积来沉积纳米颗粒。纳米颗粒修饰可用于改变和增强粉末颗粒的物理或化学性质。纳米颗粒可用于增强粉末颗粒的抗菌特性。例如，为了其抗菌活性，可以将Ag、Cu或ZnO纳米颗粒添加到一种或多种粉末颗粒中。诸如Ag、Au和Cu的纳米颗粒可以增强粉末颗粒的电学和光学性质。纳米颗粒可以修饰粉末颗粒表面以增强UV光吸收。例如，Al

结构

本公开内容提供了包含结构的粉末颗粒、形成这些结构的方法以及包含该粉末颗粒的组合物。本文公开的任何结构可以指亚毫结构，诸如微结构或纳米结构。适用于本方法和组合物的结构类型的具体示例包括但不限于孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔。可以修饰功能化粉末颗粒的纳米结构的实施例如图1所示。

凹陷、凹坑、孔是指粉末颗粒上的凹口。凹陷和凹坑的深径比可能小于2。术语孔用于表示深径比为2或更大的任何凹口。孔可具有两个开口端，但这不是必需的。凹陷、凹坑和孔可具有几何或有机形状的孔口。颗粒表面上的凹陷和孔的示例图像如图2、图3和图19所示。

术语纳米线、尖顶和柱可互换使用，是指从粉末颗粒向外延伸的长形结构。纳米线或柱可以具有2、3、4、5、6、7、8、9、10或更大的高径比。纳米线或柱可以具有圆形横截面，但这不是必需的。纳米线或柱可以具有相似的平均横截面面积或可变的横截面面积。粉末颗粒表面上的纳米线和纳米柱的示例如图4所示。术语锥体是指一种柱状结构，其横截面面积从基部到尖端连续减小。

术语金字塔是指从粉末颗粒向外延伸的任何结构，其横截面积从基部到尖端减小，并具有三个或更多的面。金字塔结构可以具有锋利的边缘或平坦的侧面，但这不是必需的。金字塔结构可以被截断或具有平坦的尖端，但这不是必需的。粉末颗粒表面上的金字塔结构示例如图21和图22所示。

倒金字塔是指延伸到颗粒中的任何凹陷的金字塔结构，其横截面积从基部到尖端减小，并具有三个或更多的面。倒金字塔结构可以具有平坦的侧面、尖角或截断或平坦的尖端，但这不是必需的。粉末颗粒表面上的倒金字塔结构的示例如图20所示。

术语脊或峭壁是指沿其长度的凸出的、相交的结构，其在FWHM(半高处的全宽度)处的横截面宽度为亚微米且小于其长度。脊或峭壁沿其长度可以包括弯曲或笔直的部分。脊或峭壁可以形成一个封闭的、凹陷区域，但这不是必需的。粉末颗粒表面上的脊或峭壁的示例如图23所示。

术语壁是指其长度大于其高度或横截面宽度并且沿其长度具有相似的宽高比的突出结构。壁从基部到顶部可以具有恒定的横截面宽度，但这不是必需的。粉末颗粒表面上的壁的示例如图24(b)所示。

术语鳍片是指其长度大于其高度或横截面宽度并且沿其长度具有不同高度的突出结构。鳍片的横截面积可以从基部到顶部减小，但这不是必需的。粉末颗粒表面上的鳍片的示例如图24(a)所示。

术语绳索是指高度不超过基部宽度的长形凸结构。绳索可以具有半圆形的横截面形状，但这不是必需的。绳索可以与其他绳索平行，但这不是必需的。粉末颗粒表面上的绳索的示例如图35所示。

术语石林是指横向互连或互相连接的横截面面积或横截面形状可变的突出的柱状结构。图5、图33(c)和图33(d)描绘了可以被分类为石林的一些横向互连的纳米柱。

术语珊瑚是指形态不规则或形状不是几何形状的任何延伸结构。例如，其方向沿其长度变化并且其横截面积或横截面形状可变的长形结构可以被称为珊瑚。珊瑚可具有互连或互相连接的特征，但这不是必需的。不能容易地在其他类别的结构之中分类的任何纳米或微结构都可以被视为珊瑚。图16、图17、图33(a)和图33(b)描绘了可以被归类为珊瑚的不规则形状的纳米级形成。

单个粉末颗粒可包含两种或更多种类型的结构。在一些实施方案中，结构被层叠在彼此之上，如图6所示。例如，粉末颗粒可以在金字塔的表面上包含纳米线。纳米线可以修饰金字塔、倒金字塔、凹坑、锥体、石林、珊瑚、绳索、壁、鳍片、脊、峭壁或其他纳米线的表面。凹陷和孔可修饰纳米线、凹坑、锥体、金字塔、倒金字塔、珊瑚、绳索、壁、鳍片、脊、峭壁或石林或其他凹陷和孔的表面。单个粉末颗粒可包含一级结构和二级结构的任何组合。例如，图18描绘了具有杂功能化形态的颗粒，其包含金字塔和珊瑚结构。例如，图2描绘了具有交叠结构的颗粒，其包含凹陷和孔。例如，图36描绘了具有杂功能化形态的颗粒，其包含绳索和三角孔口凹陷。

可以通过特征尺寸来表征在粉末颗粒上形成的结构，包括一级结构和二级结构。特征尺寸可以包括诸如长度、宽度、高度、直径和周长的性质。在粉末颗粒上形成的结构的特征尺寸可以是均匀的或者可以在结构的主体上变化。例如，金字塔或椎体结构的特征可以在于具有从金字塔的基部到顶端减小的周长。在粉末颗粒上形成的结构可以具有多个特征尺寸，例如，长度和半径。特定的特征尺寸或特征尺寸范围可以与功能化粉末材料的某些物理性质相关。特定结构的特征尺寸可以在单个颗粒上变化，也可以在颗粒之间变化。

在粉末颗粒上形成的结构可以具有约1nm、10nm、25nm、50nm、75nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1μm、10μm、100μm或1000μm的特征尺寸。在粉末颗粒上形成的结构可以具有至少约1nm、10nm、25nm、50nm、75nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1μm、10μm、100μm或1000μm或更大的特征尺寸。在粉末颗粒上形成的结构可以具有不超过约1000μm、100μm、10μm、1μm、900nm、800nm、700nm、600nm、500nm、400nm、300nm、200nm、100nm、75nm、50nm、25nm、10nm、1nm或更小的特征尺寸。

在粉末颗粒上形成的结构的两个特征尺寸可以具有特定的纵横比。例如，纵横比可以包括特定结构的长度与宽度之比。可以基于特征尺寸的平均值来计算纵横比。例如，具有可变直径的结构可以具有基于结构长度上的平均直径的纵横比。特定的特征纵横比或纵横比的范围可以与功能化粉末材料的某些物理性质相关。特定结构的纵横比可在单个粉末颗粒上或在两个不同粉末颗粒之间变化。

在一些情况下，在粉末颗粒上形成的结构可以通过多于一个特征或特征尺寸来表征。特征性或特征尺寸可包括宽度、高度、深度、间距、直径、尖端直径、孔口宽度、尖端到尖端的距离、基部直径和峰部宽度。在一些情况下，特征性或特征尺寸可以具有特征性值或范围。范围可以由结构尺寸的最小和/或最大尺寸定义。下表I突出示出了本发明各种结构的一些近似特征性尺寸。实际观察到的特征尺寸可超出或低于所指定特征尺寸范围约5％、10％、15％、20％、25％或更多。

表I.结构的特征性尺寸

功能化粉末颗粒上的一种结构或一组结构的特征可以在于具有约1：1000、1：100、1：10、1：5、1：2、1：1、2：1、5：1、10：1、100：1或约1000：1的平均纵横比。功能化粉末颗粒上的一种结构或一组结构的特征可以在于具有至少约1：1000、1：100、1：10、1：5、1：2、1：1、2：1、5：1、10：1、100：1或约1000：1或更大的平均纵横比。功能化粉末颗粒上的一种结构或一组结构的特征可以在于具有不超过约1000：1、100：1、10：1、5：1、2：1、1：1、1：2、1：5、1：10、1：100或1：1000或更小的平均纵横比。

粉末颗粒上的结构可能具有特征性的尺寸分散度。尺寸分散度可以是单峰、双峰、三峰或多峰的。可以针对结构的任何特征性尺寸确定尺寸分散度。例如，用柱功能化粉末颗粒可以具有围绕柱长度平均值的单峰柱长度分散度。可以确定结构的尺寸分散度，使得约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或95％的结构在结构平均尺寸的50％以内。可以确定结构的尺寸分散度，使得至少约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或95％或更多的结构在结构平均尺寸的50％以内。可以确定结构的尺寸分散度，使得不超过约95％、90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％或10％的结构在结构平均尺寸的50％以内。特定的特征性结构尺寸分散度可以与功能化粉末材料的某些物理性质相关。特定结构的尺寸分散度可以在单个粉末颗粒的区域之间或在两个不同粉末颗粒之间变化。

颗粒上的结构可以具有特征性的表面密度。表面密度可以定义为每单位面积的独特结构的数量。可以针对单一类型的结构(例如，柱)计算表面密度，或者可以包括两种或更多种类型的结构的密度(例如，粉末颗粒上所有结构的总表面密度)。特定的特征性表面密度可以与功能化粉末材料的某些物理性质相关。特定结构的表面密度可以在单个粉末颗粒的区域之间或在两个不同粉末颗粒之间变化。

粉末颗粒的结构表面密度可以为至少约1个结构/μm

功能化颗粒

在一些方面，本公开内容提供了一种均功能化的(例如，晶体型、多晶型、半晶态或非晶态)(例如，半导体或绝缘体)粉末颗粒，其中所述粉末颗粒包含一种类型的选自孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔的结构。在一些方面，本公开内容提供了一种均功能化的(例如，晶体型、多晶型、半晶态或非晶态)(例如，半导体或绝缘体)粉末颗粒，其中所述粉末颗粒包含选自凹陷、凹坑、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔的结构。在一些方面，本公开内容提供了一种均功能化的(例如，晶体型、多晶型、半晶态或非晶态)(例如，半导体)粉末颗粒，其中所述粉末颗粒包含一种类型的选自孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔的结构，并且其中所述粉末颗粒不是元素硅颗粒。在一些方面，本公开内容提供了一种功能化的(例如，晶体型、多晶型、半晶态或非晶态)(例如，半导体或绝缘体)粉末颗粒，其中所述粉末颗粒包含亚毫结构，并且还包含膜涂层、电镀、化学功能化、掺杂剂、纳米颗粒修饰或表面终端化。在其他方面，本公开内容提供了一种杂功能化的(例如，晶体型、多晶型、半晶态或非晶态)(例如，半导体或绝缘体)粉末颗粒，其中所述粉末颗粒包含两种或更多种类型的结构。两种或更多种类型的结构可以选自孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔。

功能化粉末颗粒的平均有效直径可以在0.01至10,000μm之间，诸如在0.1至10,000μm之间或0.1至1,000μm之间。任选地，粉末颗粒的平均有效直径可以在0.1至100μm、0.1至10μm、1至10,000μm、1至1,000μm、1至100μm、10至10,000μm、10至1,000μm或100至10,000μm之间。

功能化粉末颗粒可包含两个或更多个交叠的结构，诸如金字塔表面上的纳米线。在一些实施方案中，纳米线可以修饰金字塔、倒金字塔、锥体、石林、珊瑚、绳索、壁、鳍片、脊、峭壁或其他纳米线的表面，并且凹陷和孔可以修饰纳米线、锥体、金字塔、倒金字塔、珊瑚、绳索、壁、鳍片或石林或其他凹陷和孔的表面。单个粉末颗粒可包含一级结构和二级结构的任何组合。

在一些示例中，颗粒反射波长在10nm至1,050nm之间的所有电磁辐射(例如，镜面反射和/或漫射)的至多平均0.1％。在一些实施方案中，颗粒可以反射在10nm至400nm之间的所有电磁辐射(例如，镜面反射和/或漫射)的至多平均0.01％、在300nm至1,050nm之间的所有电磁辐射(例如，镜面反射和/或漫射)的至多平均0.1％或在700nm至1,050nm之间的所有电磁辐射(例如，镜面反射和/或漫射)的至多平均0.1％。在一些示例中，如图37所示，颗粒反射波长在190nm和900nm之间的以45°入射角的所有镜面反射电磁辐射的至多平均0.03％。在一些示例中，颗粒反射波长在180nm和380nm之间的以45°入射角的镜面反射电磁辐射的至多0.046％，以及波长在380nm和740nm之间的镜面反射电磁辐射的至多0.026％。在一些示例中，颗粒反射波长在300nm至1,050nm之间的所有电磁辐射(例如，镜面反射和/或漫射)的至多1％。在一些实施方案中，颗粒可以反射在10nm至400nm之间的所有电磁辐射(例如，镜面反射和/或漫射)的至多1％、在300nm至1,050nm之间的所有电磁辐射(例如，镜面反射和/或漫射)的1％、或在700nm至1,050nm之间的所有电磁辐射(例如，镜面反射和/或漫射)的1％。在一些示例中，颗粒反射波长在10nm至1,050nm之间的所有电磁辐射(例如，镜面反射和/或漫射)的至多平均10％。在一些实施方案中，颗粒可以反射在10nm至400nm之间的所有电磁辐射(例如，镜面反射和/或漫射)的至多10％、在190nm至900nm之间的所有电磁辐射(例如，镜面反射和/或漫射)的10％、或在700nm至1,050nm之间的所有电磁辐射(例如，镜面反射和/或漫射)的10％。在一些示例中，颗粒反射波长在300nm至1,050nm之间的所有电磁辐射(例如，镜面反射和/或漫射)的至多25％。在一些实施方案中，颗粒可以反射在10nm至400nm之间的所有电磁辐射(例如，镜面反射和/或漫射)的至多25％、在190nm至900nm之间的所有电磁辐射(例如，镜面反射和/或漫射)的25％、或在700nm至1,050nm之间的所有电磁辐射(例如，镜面反射和/或漫射)的25％。

功能化颗粒的物理和化学性质

功能化粉末颗粒的结构和纹理可以改变颗粒的至少一部分的物理和/或化学性质。该性质可以径向和/或成角度地变化。可以由于结构和纹理而改变的粉末颗粒性质和特性的示例包括但不限于表面能、表面积、表面粗糙度、密度分布、折射率、光学常数、静电性、能带结构、带隙、剪切模量、塑性、摩擦系数、比重、声学性质、热性质、光学性质、电学性质、化学性质、非共价相互作用、光致发光、光吸收、细胞裂解、全憎性、疏水性和亲水性。

功能化粉末颗粒可以比类似地结构上功能化的普通基板更容易显示出改变的材料性质。与在非颗粒型基板(诸如Si晶片)上的类似结构化相比，在结构上使粉末颗粒功能化将产生更大复杂性。功能化粉末颗粒具有高的表面积与体积之比(或表面积与质量之比)，并且小于非粉末颗粒形式，因此功能化程度更高的粉末颗粒的质量或体积由亚毫结构组成。由于整个粉末表面的功能化，(例如，晶体型、多晶型、半晶态或非晶态)粉末颗粒上的亚毫结构可以显示出比非颗粒基板上的结构更大的方向范围。全向结构可以增强用于三维应用的功能化粉末颗粒的材料特性。功能化粉末颗粒可以具有比非颗粒基板更宽范围的物理长度尺度。更宽范围的长度尺度可以在功能化粉末颗粒中提供更宽范围的材料特性。

功能化的(例如，晶体型、多晶型和半晶态)粉末颗粒可能比非功能化颗粒或非功能化的基板具有改变的晶体晶格结构和能带结构。例如，图25示出了来自非功能化晶体Si粉末和通过实施例7中所述的方法蚀刻90分钟之后制备的功能化晶体Si粉末的X射线(Cu Kα

功能化粉末颗粒可以具有改变的热特性。热膨胀和收缩可以已经减小了对纳米结构的影响。可以减少功能化粉末颗粒中的破裂和其他机械破坏。

多种功能化颗粒

功能化颗粒可以形成相似颗粒的均质混合物的一部分或两种或更多种颗粒变体的异质混合物的一部分。一种变体可以在至少一种物理或化学性质上与另一种不同，所述物理或化学性质诸如化学组成、尺寸、形状、表面改性、表面上的结构类型、表面下的结构类型、化学功能化、纳米颗粒修饰、表面终端化或掺杂。

在一些实施方案中，将两种或更多种功能化颗粒变体混合在一起以获得所需的物理性质。例如，包含不同元素或化合物种类(诸如Si或Ge)的功能化颗粒的混合物可用于提供具有优选光学性质的混合物。可以通过混合具有不同尺寸的功能化颗粒来增加颗粒的堆积密度，使得较小的颗粒占据或填充较大的颗粒之间的空隙。可以通过混合不同尺寸的颗粒来形成质量密度梯度。也可以通过混合不同尺寸的颗粒来形成梯度光学折射率。可以形成颗粒的混合物，其中一些颗粒具有持久的或易碎的特征。例如，可以将具有倒金字塔结构的大颗粒与覆盖在纳米线中的小颗粒混合。小颗粒可以占据较大颗粒之间的空隙，从而保护更易碎的纳米线免受机械或其他破坏。

这种均质或异质的混合物可用于多种应用中。示例包括过滤器，诸如流体或气体过滤器，其包括包含一种或多种功能化颗粒的容器。在该示例中，当流体或气体流过过滤器时，功能化颗粒可以与元素、化合物、分子、颗粒或细胞机械或化学结合、相互作用或反应。这种过滤器的应用将包括从流体或气体中提取污染物、催化或增强某些化学反应、裂解细胞以进行细胞内分析和收集细胞成分以及从流体中去除不需要的微生物。功能化颗粒的这种高表面积允许每个颗粒比非功能化颗粒包埋或修饰更多量的化学物质。在一些实施方案中，可以在分析柱中利用功能化粉末颗粒。在一些实施方案中，可以用官能团诸如风味或气味化合物对功能化粉末颗粒进行改性。在一些实施方案中，可以将包含风味或气味化合物的纳米颗粒包埋或修饰在功能化粉末颗粒的表面上。功能化粉末颗粒可用于在其他材料上转印或复制纳米结构。例如，具有纳米线的粉末颗粒可以用作模具、印模或模板，以在较软的材料表面中创建结构。

功能化颗粒的复合材料

在一些方面，本公开内容提供了一种表面，所述表面包含一种或多种功能化的(例如，晶体型、多晶型、半晶态或非晶态)(例如，半导体或绝缘体)粉末颗粒，其中该粉末颗粒任选地包含一种或多种选自孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔的结构，并且其中所述粉末颗粒的直径在0.01μm至10,000μm之间。最小的30％的粉末颗粒的平均直径可以比最大的10％的粉末颗粒的平均直径小200％。任选地，最小的10％的粉末颗粒的平均直径可以比最大的10％的最大直径的平均直径小200％，或者最小的1％的粉末颗粒的平均直径可以比最大的10％的最大直径的平均直径小200％，或者最小的30％的粉末颗粒的平均直径可以比最大的10％的最大直径的平均直径小100％，或者最小的10％的粉末颗粒的平均直径可以比最大的10％的最大直径的平均直径小50％。该表面还可以包含将粉末颗粒与大气隔离的膜。该表面可以是抗反射的、反射的、抗菌的、疏水的、亲水的、防污的、不粘的或具有所选应用所需的任何物理性质或物理性质的组合。

本文所述的一种或多种功能化颗粒可用作本体材料、纤维、表面或表面涂层中的组分或添加剂，例如，如图9所示。对于给定的应用，可以分别确定功能化颗粒的浓度、分布(例如，面外和面内定位)和取向。当与非功能化颗粒相比时，由于功能化粉末颗粒的表面积增加，其与基质或介质的相互作用可以发生改变。例如，与非功能化颗粒相比，功能化粉末颗粒可具有增加的化学或键合位点。功能化粉末颗粒可用于配制更持久的复合材料。当与诸如半导体晶片的基板相比时，纳米结构的较小的长度尺度可以抑制断裂扩展。在一些示例中，当与非功能化颗粒相比时，功能化颗粒的降低的质量密度可以降低复合材料的质量。

在一些示例中，一种或多种功能化颗粒被包埋入表面中，使得至少一种粉末颗粒暴露于大气。在这种布置中，包埋的功能化颗粒的结构在基质、介质、纤维、粘结剂或粘合剂的表面上至少部分地暴露。任选地，一种或多种功能化颗粒可以粘附到基质、介质、纤维、粘结剂或粘合剂上，从而使颗粒完全暴露。暴露的颗粒的高度可以变化，并且颗粒相对于彼此的高度可以是均匀的或不均匀的。而且，暴露的颗粒的体积可以变化，并且颗粒相对于彼此的体积可以是均匀的或不均匀的。任选地，一种或多种功能化颗粒可以粘附到基质、介质、纤维、粘结剂或粘合剂上，使得颗粒完全浸入。

在一些示例中，与纳米结构的晶片或基板相比，复合材料表面处的一种或多种功能化粉末颗粒可以在复合材料表面处赋予更宽范围的长度尺度，从而改变材料的物理特性，如图7和8所示。例如，由于纳米级和微米级特征的存在，由功能化粉末颗粒在树脂中组成的复合材料可以吸收比诸如半导体晶片的非微粒基板更宽的电磁辐射范围。

在一些示例中，一种或多种部分暴露的功能化粉末颗粒可以改变复合材料的机械特性。可以保护复合材料表面处的暴露的纳米结构不受颗粒核或其相对于宏观表面的取向的损害。

在一些示例中，复合材料表面处的一种或多种功能化粉末颗粒可增加复合材料表面的表面积。复合材料的表面积可以超过非微粒基板(诸如半导体晶片)的表面积。当掺入具有足够的表面堆积密度的粉末颗粒时，包含一种或多种暴露的功能化粉末颗粒的复合材料可以具有更大的功能密度(每颗粒占空面积的功能性表面积)。

改变表面特性的方法

在一些方面，本公开内容提供了一种改变物品的特性的方法，所述方法包括将一种或多种功能化的(例如，晶体型、多晶型、半晶态或非晶态)(例如，半导体或绝缘体)粉末颗粒掺入到所述物品中，其中所述粉末颗粒包含一种或多种任选地选自孔、凹陷、凹坑、纳米线、锥体、尖顶、石林、珊瑚、绳索、壁、鳍片、脊、峭壁、金字塔和倒金字塔的亚毫结构，其中所述粉末颗粒的直径在0.01μm至10,000μm之间。所述物品可以是本文所述的任何物品，诸如医疗器械、炊具、电器、工作台面、交通工具、船和飞机。所述物品可以选自办公用品、办公设备、电子设备、容器、厨房用具、炊具、家用器皿、纺织品、硬件、消费品、车辆和船舶、过滤器、泵、水上设备、表面、家具、电器、装置、建筑材料、军事设备、工具、太阳能电池、货币、医疗用品、医疗器械、纸制品、制造设备、食品加工设备和光学设备。在一些实施方案中，物品包括橡胶、塑料、金属、玻璃或陶瓷。在一些实施方案中，改变包括降低可见光吸光度、增加可见光吸光度、增加光反射率、降低光反射率、增加抗菌活性、增加防污活性、增加疏水性、增加亲水性、增加导电性、增加电阻率、增加发光性、增加表面能、降低表面能、增加摩擦系数和降低物品的摩擦系数中的一种或多种。所述掺入可包括用所述粉末颗粒涂覆所述物品或将所述粉末颗粒包埋在所述物品中。

抗菌应用

本公开内容的功能化颗粒可以用于形成抗菌表面。抗菌作用方式可以是物理的或化学的，包括紫外线辐射、微波辐射和加热。本文所述的抗菌功能化颗粒可表现出一种或多种抗菌作用方式。在一些示例中，可以提供抗菌活性的纳米结构可以包括纳米线、尖顶、锥体、孔、石林、珊瑚、绳索、壁、鳍片、脊、峭壁、金字塔、倒金字塔和混合结构。用于抗菌活性的纳米线的高度可以落在10nm至5μm的范围内。在一些实施方案中，用于抗菌活性的纳米线的高度可以落在10nm至200nm、50nm至500nm、100nm至1μm、250nm至2μm或500nm至5μm的范围内。用于抗菌活性的纳米线的直径可以落在10nm至1000nm的范围内。在一些实施方案中，其可以具有10nm至100nm、50nm至250nm、100nm至500nm或250nm至1000nm的直径。用于抗菌活性的锥体、孔、石林、珊瑚、绳索、壁、鳍片、脊、峭壁、金字塔、倒金字塔和混合结构的延伸或凸出的竖直组分可以落在1nm至5μm的范围内。在一些实施方案中，用于抗菌活性的椎体、孔、石林、珊瑚、沟槽、鳍片、脊、峭壁、金字塔、倒金字塔和混合结构的延伸或凸出的竖直组分可以落在1nm至200nm、50nm至500nm、100nm至1μm、250nm至2μm或500nm至5μm的范围内。用于抗菌活性的锥体、孔、石林、珊瑚、沟槽、鳍片、脊、峭壁、金字塔、倒金字塔和混合结构的延伸或凸出组分的横截面的狭窄尺寸的宽度可以落在1nm至10,000nm的范围内。在一些实施方案中，其可以具有1nm至100nm、50nm至250nm、100nm至500nm或250nm至1000nm的尺寸。

物理作用方式：细胞膜和功能化颗粒表面之间的物理相互作用可以杀死或裂解细胞。抗菌活性和功效可以取决于与细胞膜接触的颗粒上结构的特定类型。不希望受到任何特定理论的束缚，当功能化颗粒与细胞膜之间的粘附力大于细胞膜的内聚力时，细胞可以被杀死。在一些示例中，病毒可以通过病毒与功能化颗粒表面之间的相互作用而被捕获、固定或灭活。

在一些示例中，当细胞吸附到功能化粉末颗粒的表面上时，细胞可以被杀死。细胞死亡的物理模式可以根据表面是疏水的还是亲水的而变化。例如，具有疏水性表面的功能化粉末颗粒可以吸引细胞膜中的脂质的疏水性尾部，从而导致将脂质分子从膜中提取出来。如果提取足够量的脂质，膜可以破裂，导致细胞死亡。在一些实施方案中，具有亲水性表面的功能化粉末颗粒可以吸附膜脂质的亲水性头部，从而导致膜自身在纳米结构表面上散布。随着膜扩散的增加，膜可变得拉紧至失效，从而导致细胞死亡。对于这两个示例，细胞死亡的物理原因可以不与任何纳米结构刺穿细胞膜有关。在一些示例中，可以通过用功能性化合物进一步功能化颗粒来改变或增强疏水性或亲水性。

在一些示例中，可通过对抗菌功能化粉末颗粒进行机械过程来增加细胞杀死率(每次杀死的细胞)或细胞裂解率(每次裂解的细胞)。可以选择任何机械过程，使得其对细胞施加额外的力，这可能导致功能化粉末与细胞膜之间的吸引力增加，进而可导致膜失效。例如，可以对一种或多种功能化颗粒进行机械振动以使细胞破裂。在一些实施方案中，可以对一种或多种功能化颗粒进行机械变形以使细胞破裂。在一些示例中，可以通过热循环或压电变形来实现功能化粉末颗粒的机械变形。

化学作用方式：在一些示例中，可以对一种或多种功能化粉末颗粒进行一种或多种另外的添加活性抗菌化学组分的方法。与非功能化颗粒、晶片或基板相比，通过增加功能化颗粒的表面积量可以帮助这种表面功能化。例如，用Ag或Cu纳米颗粒修饰的一种或多种功能化颗粒可以包括具有抗菌特性的复合材料。在一些示例中，可从MACE工艺残留金属纳米颗粒。在一些示例中，可以将活性抗菌化学品添加到功能化颗粒中。在一些实施方案中，可以将活性化学组分添加到不具有抗菌特性的结构功能化颗粒中。在一些实施方案中，功能化颗粒可用作将化学品整合到复合材料中的媒介物。

其他物理作用方式：在一些示例中，如果一种或多种功能化粉末颗粒的化学组成和晶体结构允许发射紫外(UV)光，则该粉末颗粒可以是抗菌的。可以通过施加电场或其他方法来促使发射紫外光。例如，功能化颗粒可以包含InGaN，其是一种发射UV的半导体材料。在一些实施方案中，可以选择InGaN、金刚石碳、BN、AlN、AlGaN或AlGaInN作为用于抗菌功能化粉末颗粒的UV发射材料。

在一些示例中，功能化粉末颗粒在微波辐射的存在下可以具有增强的抗菌特性。足够强度的微波辐射能够杀死细胞。在较低的强度下，微波辐射可以对细胞产生重大损害。在存在一种或多种抗菌功能化颗粒的情况下，微波辐射可以杀死细胞，这是由于两种或多种细胞损害机制协同作用的结果。这样的实施方案可以降低杀死细胞所必需的微波辐射的强度。

在一些示例中，可以设计一种或多种功能化粉末颗粒以有效地吸收光，从而增强材料的抗菌特性。高效的光吸收剂可以将光能转化为热，从而导致与材料接触的细胞的细胞受损或死亡。在一些示例中，可以设计一种或多种功能化粉末颗粒以有效地发射红外辐射，从而增强材料的抗菌特性。通过红外光照射细胞可以促进足够的加热以损害或杀死微生物。例如，由于材料的增强的红外(IR)发射光谱，可以选择GaAs粉末作为待功能化颗粒。在一些实施方案中，可以选择AlGaAs作为红外发射半导体颗粒。

在一些示例中，可以选择功能化粉末颗粒，使得功能化粉末颗粒的表面防止细胞粘附。这样的表面可以抑制或阻止与复合材料表面接触的细胞的生长和繁殖。

其他示例性应用

疏水和亲水表面：可将本文所述的一种或多种功能化颗粒掺入到物品的表面中，以改变表面的疏水性或亲水性。功能化颗粒的表面能、表面化学、纳米结构和微纹理均影响水与宏观表面之间的相互作用。可以为给定的应用选择合适的功能化颗粒。例如，图27示出了功能化ABS塑料基板的DI-H

抗反射的表面：可以设计一种或多种功能化粉末颗粒以产生抗反射表面。由于材料和空气的折射率差异，通常会在给定表面的突变表面/空气界面反射大量的光。可以设计具有多向微结构和纳米结构的功能化颗粒，以增强材料的广角抗反射特性。图37示出了在45°入射角(190-900nm波长)下的镜面反射光谱的示例，该镜面反射光谱来自通过实施例2(样品E)、实施例11(样品D)和实施例13(样品C)中描述的方法，用功能化粉末颗粒通过实施例16中描述的方法涂覆的ABS塑料基板。作为参考，示出了通过实施例16中描述的方法涂覆有非功能化的Si颗粒的ABS塑料基板(样品F)、裸露的ABS基板和抛光的Si晶片。图37所示的样品E的平均反射率对于在190-900nm之间的光为0.026％、对于在190-380nm之间的光为0.029％、对于在380-740nm之间的光为0.021％以及对于在740-900nm之间的光为0.033％。图37所示的样品D的平均反射率对于在190-900nm之间的光为0.035％、对于在190-380nm之间的光为0.046％、对于在380-740nm之间的光为0.024％以及对于在740-900nm之间的光为0.045％。图37所示的样品C的平均反射率对于在190-900nm之间的光为0.077％、对于在190-380nm之间的光为0.13％、对于在380-740nm之间的光为0.055％以及对于在740-900nm之间的光为0.062％。图37所示的样品F的平均反射率对于在380-900nm之间的光为0.085％、对于在380-740nm之间的光为0.081％以及对于在740-900nm之间的光为0.095％。在宽的波长范围内，包含非功能化Si粉末颗粒的表面(样品F)和包含功能化颗粒的表面(样品C、D和E)之间的反射率降低是明显的。例如，样品F在380-740nm之间的平均反射率大约是样品E的四倍。如图2所示，样品E的杂功能化颗粒形态包括凹陷和孔，有助于实现宽波长的抗反射特性。此外，这些功能化颗粒表面复合材料由于具有纳米级和微米级的形态，因此在宽角度范围内均具有抗反射性。

光吸收表面：可以设计一种或多种功能化粉末颗粒以产生光吸收表面。可以将本文所述的一种或多种功能化颗粒包埋在表面中以形成材料密度梯度，这可以导致在空气与本体材料之间平滑过渡的折射率梯度。这样的梯度可以是宽带光吸收体。在一些实施方案中，由于多次光散射事件增加了光子与功能化粉末颗粒之间的相互作用的次数，所以抗反射材料可以具有增强的光吸收特性。在一些实施方案中，杂功能化形态的组合可有助于宽带光吸收。例如，如图37所示的样品E(其包含具有包含凹陷和孔(如图2所示)的表面的杂功能化颗粒)的宽带抗反射特性所见。

纤维：例如，如图10所描绘，可以将一种或多种功能化粉末颗粒包埋在合成纤维或天然纤维中。这样的纤维可以用于织物、复合材料或其他材料中。可以选择功能化粉末以赋予纤维各种特性。这样的应用可以包括但不限于使纤维具有抗菌性、疏水性、亲水性、抗反射性、吸光性、抗静电性以及增加的持久性。

压电装置：一种或多种功能化粉末颗粒可包括在压电装置中，例如，如图11所示。在一些示例中，将功能化的半导体粉末颗粒包埋在绝缘材料中，同时与绝缘体任一侧上的导电材料进行物理接触。在装置上施加电场可以导致功能化粉末颗粒发生机械变化。任选地，该装置可以允许检测由于跨过该装置的电场的变化而作用在颗粒或装置上的机械力。任选地，颗粒的结构功能化可以改变颗粒的晶格结构并因此改变其能带结构，并且可以帮助利用其压电特性。

抗静电应用：可以使用一种或多种功能化粉末颗粒来减少电荷的积累。由于所选择的半导体的电子特性，一种或多种包埋在介质中的功能化颗粒可以降低复合材料的整体电阻率。例如，可以将一种或多种功能化粉末颗粒包埋在塑料内以减少塑料中电荷的积累。通过掺入功能化粉末颗粒而使得抗静电的材料可能更耐灰尘堆积，并且较不可能产生电击。任选地，可以将一种或更多种功能化粉末颗粒附着至物品的表面上，然后用导电材料进行修饰、涂覆或电镀。微米级和纳米级的结构将增加每占空面积的电容。微米和纳米级的几何形状和突出的结构可以增加表面放电。图5(d)示出了Pt涂覆的石林结构的示例截面SEM图像。

分离的纳米结构：可以通过机械分离或其他方式从一种或多种功能化粉末颗粒的表面收获制备的纳米结构。在一些示例中，当半导体或绝缘体的纳米级特性优于具有更宽范围的纳米级和微米级物理行为的功能化粉末颗粒的特性时，可以将分离的纳米结构分散在本体介质中。在一些示例中，可以使用逐层生长方法在一种或多种功能化粉末颗粒和另一种介质之间形成界面，其中纳米结构包埋在界面中。在这样的示例中，可将粉末颗粒核与纳米结构分离，得到具有在表面处包埋有半导体或绝缘体纳米颗粒的介质。包埋的纳米结构可以用作在介质表面上生长其他结构的催化剂。

光伏器件：可以将一种或多种功能化粉末颗粒用作光伏器件的添加剂或组分。例如，一种或多种p型功能化粉末颗粒可以用n型半导体涂覆以产生应用于光伏器件中的材料。功能化粉末颗粒纳米结构的尺寸和几何形状可以改变其能带结构或带隙，这可归因于量子限制。因此，功能化粉末颗粒的设计可以允许将带隙改变为对于光伏器件是最佳的。由于增加的光散射事件以及由粉末表面上的纳米结构和微结构形成的折射率梯度，颗粒表面处的纳米结构可以增加光吸收。由于功能化粉末颗粒的表面形态和结构，其可以在更宽的带宽和更大的角度范围内吸收光。增加的光吸收效率不是任何特定的纳米结构所独有的，而是可以由功能化粉末颗粒的多种变体引起。

光检测装置：在一些示例中，一种或多种功能化粉末颗粒可以用作光检测装置的添加剂或组分。由于增加的光散射事件以及由粉末表面上的纳米结构和微结构形成的折射率梯度，颗粒表面的纳米结构可以增加光吸收。由于其表面纹理和结构，功能化粉末颗粒可以在更宽的带宽和更大的角度范围内吸收光。增加的光吸收效率不是任何特定的纳米结构所独有的，而是可以由功能化粉末颗粒的多种变体引起。

发光器件：在一些示例中，一种或多种功能化粉末颗粒可以用作发光器件中的添加剂或组分。例如，功能化粉末的一种或多种晶粒可以包括在发光二极管(LED)装置中。因为发光材料与空气之间的较大折射率差异会导致高的内部反射，所以光提取是LED效率的重要方面。由于颗粒表面处的材料密度梯度，功能化粉末颗粒表面上的纳米结构可提供折射率梯度，从而减少了LED材料与空气界面之间的内部反射量。例如，粉末表面上的多孔金字塔结构将提供材料密度梯度。宽范围的表面纳米结构和微结构可以用于LED应用，并且不限于上述结构。

非限制性示例：本公开内容的一种或多种功能化颗粒可以掺入许多物品中，包括但不限于键盘、计算机、计算机外围设备、计算机鼠标、具有压敏粘合剂背衬的膜、容器、瓶子、器皿、炊具、厨具、窗帘、饮料分配器、购物车、水合包、气囊、阀、管道和袋子、流体管、污水管、气体管、鞋类、电话和外围设备、视频游戏控制台和控制器、载人和无人驾驶车辆、轮胎、按钮、通风口、扶手、火车、百叶窗、切割板、晾晒架、流体箱、排水管、导管、过滤器、诱捕器、网、水上器具、海洋船舶和水陆两用交通工具、冰箱、冰柜、生物识别阅读器和扫描仪(诸如指纹和掌纹阅读器)，螺旋桨、加湿器、除湿器、淋浴垫、运动器材、健身房用品和瑜伽垫、运动设备、液体分配器、把手和旋钮、自动柜员机、信用卡和其他塑料卡、垃圾箱、宠物碗、宠物载运器、公共交通工具、电子产品、瓷砖、淋浴器、厕所、垃圾和回收容器、轨道、地板、天花板、墙壁、椅套、桌子、柜台、椅子、橱柜、开关和开关板、食物准备表面、食品包装、毛发修整工具和设备(诸如梳子、刷子、剃刀和剪刀)、水槽、流体龙头、盥洗台、工作台、架子、加工和包装装置和机器、食品和饮料加工和生产设备、屠宰场、服装、眼镜、袋子、水上和海上设施(诸如防波堤、码头和浮桥支柱、海运和水上管道和线缆)的表面、石油和天然气设施、飞机、军用车辆、军事设备和装备、壁板、建筑材料、混凝土、纺织品/织物、火器、油漆、表面涂层、潜水服、水上设备、照明用具、太阳能电池、HVAC、望远镜、照相机和透镜、光学装置、光电探测器、工具、面罩、把手、手表、冷却器、双向无线电、储物柜、储存箱、大型垃圾箱、包装用品、橡胶滚轴、底座、货币、乐器和设备、纺织设备、捕鱼设备、珠宝、餐具、锁、洗衣机和烘干机、烤箱、洗碗机、炉灶、电视、地毯和地毯料、毯子、战术装备、钢笔、铅笔、其他书写工具、办公用品、家具、艺术品、屋顶、汽车、医疗设备和装置、牙科设备和装置、绷带、婴儿床、安抚奶嘴、托盘、玩具、婴儿奶瓶和配件、温度计、可调桌和桌套、高脚椅、吸奶器、燃油泵、充电站、绳索、自行车、摩托车、遥控器、床垫、水池和外围设备、助行器/手杖、学习用品、游乐场设备、自助餐厅设备、软管、帐篷、雨蝇和防水布、雨伞、排水沟、烤架、吸烟器、吸烟器具、橡胶物品、塑料物品、电器、扬声器、避孕套、牙刷架、海绵、毛巾、泵、绳子、生物分析仪、生物细胞成分提取/收集装置、手套、建筑部件、办公设备、包装用品、传送带、制造设备、踏板车、无人机、箱子、金属物品、玻璃物品、陶瓷物品、书籍、餐厅菜单、纸和纸制品、公用线缆、餐垫、防护罩和标牌。所述物品可以选自办公用品、办公设备、电子设备、容器、厨具、炊具、家用器皿、纺织品、硬件、消费品、车辆和船舶、过滤器、泵、水上设备、表面、家具、电器、装置、建筑材料、军事设备、工具、太阳能电池、货币、医疗用品、医疗器械、纸制品、制造设备、食品加工设备和光学设备。任选地，物品包括橡胶、塑料、金属、玻璃或陶瓷。

制造复合材料物品的方法

可以使用常规技术来用一种或多种本公开内容的功能化颗粒涂覆物品。例如，可以使用粘合剂、粘结剂或类似材料将至少一种功能化颗粒附着到物品上。功能化粉末颗粒可以完全暴露、部分暴露或完全包埋在物品表面上的粘附介质中。

用于在热塑性塑料中包埋功能化颗粒的方法：可以将一种或多种功能化粉末颗粒添加到热塑性塑料中。在一些示例中，可将一种或多种加热的功能化粉末颗粒添加至加热的热塑性塑料的表面。热塑性塑料和功能化颗粒的高温使热塑性塑料吸附到颗粒表面上。任选地，热塑性塑料可在本体中包含功能化粉末颗粒。使热塑性塑料固化，以使颗粒被部分吸附或完全吸收到塑料介质中。任选地，可以使用塑料溶剂来暂时液化或熔化塑料。任选地，可以使用粉末涂覆、静电喷涂或卷对卷方法将功能化颗粒添加到热塑性塑料中。将功能化颗粒添加到热塑性塑料中的方法不限于上述方法。

用于在模制材料中包埋功能化颗粒的方法：在一些示例中，将一种或多种功能化粉末颗粒临时固定至模具或模板的内表面。模具或模板填充有液体或柔韧性材料，包括玻璃、陶瓷、混凝土、弹性体或金属。使模制或模板化的材料固化，然后移开模具或模板。在一些示例中，模制或模板化的材料将保留一种或多种包埋在材料表面上的功能化粉末颗粒。任选地，模制或模板化的材料可以不保留颗粒，但是将保留一种或多种功能化粉末颗粒的表面纳米结构的印模。在其他示例中，模制或模板化的材料将保留一种或多种功能化粉末颗粒的纳米结构部分，而原始模具或模板将保留粉末颗粒的本体部分。

实施例

实施例1：通过搅拌，使10.0g纯度为99.995％、粒度范围在10μm至150μm之间、平均粒度为28μm的晶体Si粉末在丙酮浴中悬浮10分钟。然后将丙酮浴超声处理10分钟。过滤丙酮/Si粉末混合物，并将Si粉末转移至甲醇浴中。通过搅拌将晶体Si粉末在甲醇浴中悬浮10分钟。然后将甲醇浴超声处理10分钟。过滤甲醇/Si粉末混合物，并用DI-H

实施例2：通过实施例1中所述的方法制备功能化的Si粉末。然后将功能化的Si颗粒置于7M HNO

实施例3：通过搅拌，使10.0g纯度为99.995％、粒度范围在10μm至150μm之间、平均粒度为28μm的晶体Si粉末在丙酮浴中悬浮10分钟。然后将丙酮浴超声处理10分钟。过滤丙酮/Si粉末混合物，并将Si粉末转移至甲醇浴中。通过搅拌将晶体Si粉末在甲醇浴中悬浮10分钟。然后将甲醇浴超声处理10分钟。过滤甲醇/Si粉末混合物，并用DI-H

然后对Si粉进行下一轮的MACE。通过搅拌将Si粉末悬浮在0.15M HF、0.035MAgNO

实施例4：通过实施例3中所述的方法制备功能化的Si粉末。然后将功能化的Si颗粒置于7.85M HNO

实施例5：通过搅拌，使粒度范围在10μm至200μm之间的晶体Si粉末在丙酮浴中悬浮10分钟。然后将丙酮浴超声处理10分钟。过滤丙酮/Si粉末混合物，然后将Si粉末转移到甲醇浴中。通过搅拌将晶体Si粉末在甲醇浴中悬浮10分钟。然后将甲醇浴超声处理10分钟。过滤甲醇/Si粉末混合物，然后将粉末移入真空烘箱中，将其在真空烘箱中在80℃下加热至少1小时。然后对Si粉进行化学蚀刻(CE)。将Si粉末在1.0M KOH和DI-H

然后将Si粉末进行MACE。通过搅拌使Si粉末在0.20M HF、0.05M AgNO

实施例6：将10.0g纯度为99.995％、粒度范围在10μm至150μm之间、平均粒度为28μm的晶体Si粉末超声处理并通过搅拌使其在丙酮浴中并然后在甲醇浴中各自悬浮15分钟以去除有机污染物。将清洁的Si粉末过滤并用DI-H

实施例7：将10.0g纯度为99.995％、粒度范围在10μm至150μm之间、平均粒度为28μm的晶体Si粉末进行超声处理并通过搅拌使其在丙酮浴中并然后在甲醇浴中各自悬浮15分钟以去除有机污染物。将清洁的Si粉末过滤并用DI-H

蚀刻溶液的运动对所得的纳米结构具有重大影响。例如，图4和图16所示的纳米结构是根据实施例6及以上(实施例7)中所述的程序制造的。除了不搅拌(实施例6)和搅拌(实施例7)蚀刻液之外，蚀刻条件和持续时间相同。然而，图4示出了包含纳米线的形态，而图16示出了包含珊瑚结构的形态。此外，对于相同的持续时间，当蚀刻溶液为静态时，所产生的蚀刻深度(未蚀刻的固体颗粒核的表面与外边缘之间的距离)为以250rpm搅拌蚀刻溶液时的蚀刻深度的10倍，如图32所示。因此，当蚀刻溶液为静态时，蚀刻深度速率(蚀刻深度/时间)为以250rpm搅拌蚀刻溶液时的蚀刻深度速率的约10倍。在静态情况下，Ag纳米颗粒沿着相对笔直的路径从Si颗粒的表面向颗粒核心迁移，这形成了图4所示的高纵横比的纳米线。然而，蚀刻过程中的搅动和运动在Ag纳米颗粒迁移到Si颗粒的过程中在Ag纳米颗粒上引入了额外的力，这可以改变迁移和所得的蚀刻结构。如图16所示，搅拌可以导致低纵横比的不规则珊瑚结构。

通过实施例6中描述的方法形成的纳米线结构比通过实施例7中描述的方法形成的结构更易碎。例如，在溶液中以250rpm的速度单独搅拌颗粒5分钟，导致实施例6颗粒的纳米线明显受损和损失。而在实施例7中发现的互连结构由于在溶液中搅拌或由于正常处理而没有显示出明显的降解。此外，图4示出了未进行额外搅拌的颗粒，然而，颗粒表面的部分缺少纳米线(功能结构)，这些纳米线是从正常处理中断掉的。在结构中发现的互相连接的结构特征(例如但不限于石林和珊瑚)提供了机械耐久性。

图25示出了经过90分钟蚀刻后来自功能化粉末颗粒以及用于比较的非功能化Si颗粒的X射线衍射数据。对于功能化粉末，Si(111)和Si(311)峰的峰位置发生了位移，这分别表示沿<111>方向的0.194％晶格膨胀和沿<311>方向的0.143％收缩。而Si(220)、Si(400)和Si(331)峰的位置保持不变。该X射线数据表明，由于颗粒的结构功能化，晶体晶胞是各向异性变形的。

实施例8：通过实施例7中所述的方法制备功能化的Si粉末，其中蚀刻持续时间为90分钟。将粉末添加到H

实施例9：将10.0g纯度为99.995％、粒度范围在10μm至150μm之间、平均粒度为45μm的晶体Si粉末进行超声处理并通过搅拌使其在丙酮浴中并然后在甲醇浴中各自悬浮15分钟以去除有机污染物。将清洁的Si粉末过滤并用DI-H

实施例10：将10.0g纯度为99.995％、粒度范围在10μm至150μm之间、平均粒度为45μm的晶体Si粉末进行超声处理并通过搅拌使其在丙酮浴中并然后在甲醇浴中各自悬浮15分钟以去除有机污染物。将清洁的Si粉末过滤并用DI-H

实施例11：将10.0g纯度为99.995％、粒度在75至150μm之间的晶体Si粉末进行超声处理并通过搅拌使其在丙酮浴中并然后在甲醇浴中各自悬浮15分钟以去除有机污染物。将清洁的Si粉末过滤并用DI-H

实施例12：将10.0g纯度为99.995％、粒度在75至150μm之间的晶体Si粉末进行超声处理并通过搅拌在丙酮浴中并然后在甲醇浴中各自悬浮15分钟以去除有机污染物。将清洁的Si粉末过滤并用DI-H

实施例13：将10.0g纯度为99％、粒度范围为38至45μm的非晶态SiO粉末转移到过滤反应器容器中。然后对SiO粉末进行MACE。通过以400rpm搅拌将SiO粉末悬浮在0.15M HF、0.035M AgNO

实施例14：将由如图26中X射线衍射所示的α-和β-相组成的纯度为99％的3.0g晶体SiC粉末(平均粒径为40μm)转移到包含48％w/w HF和HNO

实施例15：将3.3g纯度为99.999％、粒度小于150μm的晶体Ge粉末转移到反应容器中，并通过以400rpm搅拌将其在DI-H

实施例16：通过实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15中所述的方法制备功能化粉末。通过用化学溶剂暂时液化塑料来将功能化粉末附着到塑料上。塑料溶剂的示例包括但不限于二氯甲烷、苯、甲苯、正己烷、己烷、石油醚、丙酮、乙醛、甲醇、苯胺、四氯化碳、环己烷、乙醚、二甲苯、甲基乙基酮、乙酸甲酯、三氯乙烯、甲基丙烯酸甲酯单体。溶剂和功能化粉末可以以任何顺序或同时应用于塑料。然后使溶剂蒸发，并使塑料固化。如图9(b)和图9(c)所示，所得的复合材料由附着至塑料表面和/或本体内的功能化粉末组成，其可具有复杂的几何形状或形状(相比之下，结构功能化的刚性晶片将不能够符合复杂的表面形状)。可以在塑料/大气界面处部分暴露功能化粉末表面。图38示出了示例性功能化表面，其包括已经通过塑料溶剂涂覆有功能化颗粒的ABS塑料基板。任选地，可以将粉末静电地施加于塑料的表面上。

实施例17：通过实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15中所述的方法制备功能化粉末。加热塑料，使塑料暂时熔化。随后沉积功能化粉末，并使塑料固化，从而将粉末附着至物品上和/或物品中。如图9(b)和图9(c)所示，所得的本体和/或表面复合材料由附着至塑料表面和/或本体内的功能化粉末组成。可以在塑料/大气界面处部分暴露功能化粉末表面。任选地，可以将粉末静电地施加于塑料的表面上。

实施例18：通过实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15中所述的方法制备功能化粉末。将粘结剂介质施加于物品的表面。粘结剂可以通过喷涂、滚压、涂覆、刷涂、冲压或任何其他沉积技术来施加。将功能化粉末沉积在粘结剂介质上，得到可在表面/大气界面处部分暴露功能化粉末颗粒的经涂覆物品，如图9(a)所示。任选地，涂料可用作粘结剂介质。

实施例19：通过实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15中所述的方法制备功能化粉末。将丙烯酸涂料或另一种聚合物涂料(或涂层)施加于物品表面上。随后，通过用化学溶剂暂时液化涂料来将功能化粉末附着至涂料化的表面上。塑料溶剂的示例包括但不限于二氯甲烷、苯、甲苯、己烷、己烷、石油醚、丙酮、乙醛、甲醇、苯胺、四氯化碳、环己烷、乙醚、二甲苯、甲基乙基酮、乙酸甲酯、三氯乙烯、甲基丙烯酸甲酯单体。溶剂和功能化粉末可以以任何顺序或同时施加于涂料化的表面上。然后使溶剂蒸发，并使涂料固化。所得的复合材料由附着至涂料化的表面上的功能化粉末组成。如图9(a)所示，可以在涂料/大气界面处部分暴露功能化粉末的表面。任选地，可以将粉末静电地施加于涂料的表面上。

实施例20：通过实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15中所述的方法制备功能化粉末。通过搅拌将功能化粉末悬浮在粘附金属的涂料中。将该涂料以薄层施加于一套医疗器械或设备的工作表面上。如图9(a)所示，使涂料干燥，得到具有在涂料/大气界面处暴露的部分暴露的功能化粉末颗粒的涂料化金属表面。

实施例21：通过实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15中所述的方法制备功能化粉末。将功能化粉末临时固定到用于铸造物品(诸如医疗器械或设备)的模具的内表面上。用液体塑料填充模具，然后使塑料固化。将功能化粉末颗粒包埋在塑料表面中，其中纳米结构可以部分暴露于大气中。

实施例22：通过实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15中所述的方法制备功能化粉末。通过搅拌将粉末悬浮在粘附金属的涂料中。将涂料以薄层施加于船只的外表面。使涂料干燥，得到具有在涂料/大气界面处暴露的部分暴露的功能化粉末颗粒的涂料化金属表面。由于在船只表面处存在纳米结构和微结构，因此船体可具有防污和疏水特性，其可用于防止水生生物附着在船只表面并用于减少阻力。

实施例23：通过实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15中所述的方法制备功能化粉末。使用传统的粉末涂覆技术，通过静电荷将热固性聚合物颗粒施加于表面上。随后将功能化粉末施加于表面上。任选地，可以通过静电荷将功能化粉末施加于表面上。然后将物品在加热下固化以将功能化颗粒附着至物品表面。热固性聚合物充当基板和功能化颗粒之间的粘结剂。可以在涂料/大气界面处部分暴露功能化粉末的表面。

实施例24：通过实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15中所述的方法制备功能化粉末。将金属物品的至少一部分通过加热暂时熔化。随后将功能化粉末施加于熔化的金属上。使金属固化，从而将功能化颗粒附着至金属物品上。

实施例25：通过实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15中所述的方法制备功能化粉末。将预定量的无菌功能化粉末添加到无菌容器中或将无菌功能化粉末附着至无菌容器的内表面上。将水溶液(例如，500μL)诸如营养液体培养基(或另一种溶液诸如NaCl(例如，0.14M))中的细胞(诸如大肠杆菌或白色念珠菌)添加到包含功能化颗粒的容器中。然后封闭容器，并搅动/涡旋整个系统(例如，持续30秒)。任选地，在搅动/涡旋之后，使容器静置(例如，长达1小时)，以使内容物沉降或将容器离心以帮助内容物分离。图30示出了该方法的示例说明性图示。功能化颗粒可以增加细胞裂解速率并允许细胞内成分提取，例如但不限于DNA、RNA、大分子、蛋白质、细胞器和代谢物。然后可以将这些细胞内成分用于下游测定、实验方案或测试中。任选地，也可以将功能化颗粒进行化学功能化以帮助裂解和/或细胞内成分提取。

与功能化颗粒相比，用非功能化颗粒(例如，珠磨(bead beating))进行细胞裂解可需要更长的搅动/涡旋时间，因为细胞裂解依赖于非功能化颗粒与细胞之间的弹道相互作用。这可以导致容器和对温度敏感的内容物变热。然而，用功能化颗粒进行细胞裂解还涉及与颗粒表面结构的相互作用，因此可能有助于裂解过程。功能化颗粒可需要较少的机械能来裂解细胞，因此可以导致容器及其内容物上的较低的热负荷或热传递(导致对细胞内成分的损害较小)。

在一个示例中，通过实施例7中所述的方法制备功能化颗粒，其中蚀刻持续时间为60分钟，并且除去了残留的Ag。将这些功能化颗粒灭菌，并与500μL LB液体培养基(OD6001.1)中的大肠杆菌一起添加到无菌容器中。将容器涡旋30秒并使其在37℃下静置1小时。与使用非功能化的Si颗粒相比，功能化的Si颗粒显示裂解的大肠杆菌增加了533％，如图31所示。非功能化的Si颗粒通过弹道相互作用裂解了9％的细胞。而功能化的Si颗粒通过附加的机制，通过功能化的表面结构与细胞膜之间的相互作用，裂解了57％的细胞。任选地，其他类型的细胞可以用这种方法裂解。溶液体积、持续时间和搅动强度可针对应用而改变。

实施例26：通过实施例16、17、18、19、23或24中描述的方法制备物品的表面。功能化颗粒的暴露纹理可以具有抗菌特性，该抗菌特性将物理上破坏定殖或杀死微生物。图29示出了通过实施例16中所述的方法在ABS塑料基板上制备的表面的示例Z-堆栈组成荧光显微镜图像，该表面具有通过实施例7中所述的方法制备的功能化颗粒，其中蚀刻时间为60分钟，并且去除了残留的Ag。使用BacLight Live/Dead荧光试剂盒(L7012，由碘化丙啶和SYTO9成分组成)用制造商推荐的方法测量细胞活力。通过在三个功能化表面的显微照片上进行平均，在最佳生长条件(37℃)下接触1小时后，杀死了89±6％的大肠杆菌(调整至OD

实施例27：通过实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15中所述的方法制备功能化粉末颗粒。在许多长度尺度上，功能化颗粒的表面粗糙度大于其非功能化的对应物，并且可用于研磨或抛光其他材料。例如，磨料功能化颗粒可以在喷砂或滚磨中用作磨料。

实施例28：通过实施例16、17、18、19、23或24中描述的方法制备复合材料物品。在许多长度尺度上，功能化颗粒的表面粗糙度大于其非功能化的对应物，并且可用于研磨或抛光其他材料。针对功能化颗粒的研磨或抛光特性，选择功能化颗粒及其应用。该物品可用于研磨或抛光其他材料或物品。

实施例29：通过在实施例16、17、18、19、23或24中描述的方法中描述的方法制备抗反射表面。例如，图37示出了入射角为45°时来自多个表面的镜面反射率(190-900nm波长)数据。样品包括通过实施例16中描述的方法用实施例2(样品E)、实施例11(样品D)和实施例13(样品C)中描述的方法制备的功能化粉末颗粒以及非功能化的Si粉末颗粒(样品F)涂覆的ABS塑料基板。示出了裸露的ABS基板(样品B)和抛光的Si晶片(样品A)作为参考。图37所示的样品E的平均反射率对于在190-900nm之间的光为0.026％、对于在190-380nm之间的光为0.029％、对于在380-740nm之间的光为0.021％以及对于在740-900nm之间的光为0.033％。样品D的平均反射率对于在190-900nm之间的光为0.035％、对于在190-380nm之间的光为0.046％、对于在380-740nm之间的光为0.024％以及对于在740-900nm之间的光为0.045％。样品C的平均反射率对于在190-900nm之间的光为0.077％、对于在190-380nm之间的光为0.13％、对于在380-740nm之间的光为0.055％以及对于在740-900nm之间的光为0.062％。样品F的平均反射率对于在380-900nm之间的光为0.085％、对于在380-740nm之间的光为0.081％以及对于在740-900nm之间的光为0.095％。在宽的波长范围内，包含非功能化Si粉末颗粒的表面(样品F)和包含功能化颗粒的表面(样品C、D和E)之间的反射率降低是明显的。例如，样品F在380-740nm之间的平均反射率大约是样品E的四倍。此外，这些功能化颗粒表面复合材料由于具有纳米级和微米级的形态，因此在宽角度范围内均具有抗反射性。

实施例30：通过实施例16、17、18、19、23或24中描述的方法制备防污或疏水表面。通过功能化颗粒在表面上形成的微米级和纳米级纹理改变了物品的表面能。例如，图27示出了通过附着的功能化Si颗粒、功能化SiO颗粒、非功能化Si颗粒而功能化ABS塑料基板的接触角测量。为了进行比较，示出了抛光的Si晶片和裸露的ABS基板。通过实施例16中所述的方法制备功能化的ABS塑料基板，并且在所检查的表面上具有100％的覆盖率。Si晶片和样品1、2、3、4和5上的颗粒包含其天然氧化物。样品1、2、3和4包含功能化颗粒，且具有大于90°的接触角，表明这些表面是疏水性的。裸露的ABS基板、抛光的Si晶片和样品5具有小于90°的接触角，表明这些表面是亲水性的。当比较抛光的Si晶片、样品1、样品2、样品3和样品5(它们都具有相同的Si化学组成)的接触角时，可以看出表面能的变化。与Si晶片相比，由非功能化的Si颗粒表面(样品5)形成的微米级纹理显示出接触角的增加。样品1、2和3由于其功能化的表面结构而显示出更大的接触角增加。低表面能、疏水性和一些功能化颗粒的抗菌特性的结合可以导致防污活性。任选地，化学功能化可以增加涂层的疏水性或防污性。

实施例31：通过实施例16、17、18、19、23或24中描述的方法制备表面。随后，通过传统技术将导电材料施加于暴露的功能化颗粒上，以形成表面积至少为占空两倍的导电表面。微米级和纳米级的结构将增加每占空面积的电容。微米级和纳米级的几何形状可以增加表面放电。图5(d)示出了Pt涂覆的石林结构的示例横截面SEM图像。

实施例32：通过实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15中所述的方法制备功能化粉末颗粒，改变了粉末颗粒的能带结构。结构功能化可导致晶格的各向异性膨胀和收缩，这可导致颗粒的能带结构改变。各向异性晶格改变可以位于结构上功能化的颗粒的一部分上(即，径向依赖性地)，或者可以改变整个颗粒(即，径向独立性地)。该方法可以改变能带结构而不改变颗粒的化学组成。例如，图25示出了来自非功能化Si颗粒和通过实施例7中所述的方法制备的功能化粉末颗粒(其中蚀刻90分钟)的X射线衍射数据。对于功能化粉末，Si(111)和Si(311)峰的峰位置发生了位移，这分别表示沿<111>方向的0.194％晶格膨胀和沿<311>方向的0.143％收缩。而Si(220)、Si(400)和Si(331)峰的位置保持不变。该X射线数据表明，由于表面的结构功能化(厚度为1.5μm)，晶体晶胞对于整个颗粒(平均直径为45μm)是各向异性变形的。径向依赖性的晶格变化会导致多组分布拉格峰(由于来自颗粒核心和功能化区域的X射线散射贡献)，但这在X射线数据中不存在。在不改变化学组成的情况下，通过使颗粒的相对较小的部分结构化功能化改变了整个颗粒的晶格。

实施例33：通过实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15中所述的方法制备耐褪色不透明颜料。一些对于其颜色依赖发色团的颜料由于高能辐射(例如紫外光)暴露而褪色，这损害了负责颜色的分子。功能化颗粒的光学性质取决于本体材料性质及其颗粒表面结构。例如，图37中的样品A、C、E和F具有相同的本体组成和晶体结构，但是具有不同的表面形态。不同的表面结构对光反射率和表面外观有重大影响。样品E的亚光黑色外观是由于在结构上吸收光的颗粒的功能化结构所致。用作颜料的结构功能化颗粒可具有更好的耐褪色性，因为它们对于其颜色并不仅仅依赖于分子结构。

虽然本文已经示出和描述了本发明的优选实施方案，但对于本领域技术人员明显的是，这样的实施方案只是以示例的方式提供的。在不偏离本发明的情况下，本领域技术人员现将想到许多变化、改变和替代。应当理解，本文所述的本发明实施方案的各种替代方案可用于实施本发明。旨在以下述权利要求限定本发明的范围，并由此涵盖这些权利要求范围内的方法和结构及其等同方案。