技术特征：
1.一种方法，其包括：向模拟系统的处理器提供一个或多个输入性质，其中所述一个或多个输入性质中的每个输入性质指示一个或多个纳米颗粒阵列的性质，并且其中所述纳米颗粒阵列中的每个纳米颗粒阵列包含在多个微球中的一个微球内，并且其中所述多个微球包含在基体材料内；向所述处理器提供用于光学模拟的一个或多个输入参数；由所述处理器根据所述输入参数通过应用所述纳米颗粒阵列的随机模型来执行所述光学模拟，其中所述光学模拟解释了施加到所述基体材料和其微球的光的性质；以及由所述处理器并且根据所述光学模拟来确定指示结构颜色的输出光学参数。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个输入性质包括所述一个或多个纳米颗粒阵列的结构性质和所述一个或多个纳米颗粒阵列的光学性质中的一者或多者。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述一个或多个纳米颗粒阵列的所述结构性质包括以下中的一者或多者：纳米颗粒粒径、纳米颗粒形状、纳米颗粒材料、纳米颗粒孔隙率、纳米颗粒的表面特征、多个纳米颗粒的晶格常数、介质中纳米颗粒的浓度、纳米颗粒的空隙大小、正向结构的性质、逆向结构的性质、有序结构的性质、无序结构的性质、所述纳米颗粒阵列的微球的大小、由至少一个纳米颗粒阵列构成的微粒的形状、纳米颗粒多分散性、壳厚度、壳材料、所述基体材料中微球的浓度以及所述基体材料的厚度。4.根据权利要求2所述的方法，其中所述一个或多个纳米颗粒阵列的所述光学参数包括以下中的一者或多者：实折射率、复折射率、吸收值、色散值、双折射率、偏振度、非线性系数。5.根据权利要求1所述的方法，其中一个或多个输出光学参数包括以下中的一者或多者：波长、波长范围、反射曲线、透射曲线、吸收曲线、散斑量、散射参数、角度依赖性以及角度独立性。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述随机模型包括蒙特卡罗模型。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述随机模型包括两层随机模型。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个输入性质包括一个或多个介质参数。9.根据权利要求7所述的方法，其中所述一个或多个介质参数包括以下中的一者或多者：材料、介质的复折射率、微球浓度、微球混合物、吸收剂的量、吸收剂浓度、所述纳米颗粒阵列的厚度或所述纳米颗粒阵列的有序程度。10.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括产生所述基体材料，其中所述基体材料包含包括所述一个或多个纳米颗粒阵列的染料、油漆或涂料中的至少一者。11.一种用于确定结构颜色的模拟系统，所述系统包括被配置成执行机器可读指令的处理器，所述机器可读指令使所述处理器：接收一个或多个输入性质，其中所述一个或多个输入性质中的每个输入性质指示纳米颗粒阵列的性质，所述纳米颗粒阵列是基体材料的一部分，所述基体材料包含至少一个微球，所述至少一个微球含有所述纳米颗粒阵列；接收用于光学模拟的一个或多个输入参数；根据所述输入参数通过应用所述纳米颗粒阵列的随机模型来执行所述光学模拟，其中所述光学模拟解释了施加到所述基体材料的光的性质；并且
根据所述光学模拟来确定指示结构颜色的输出光学参数。12.根据权利要求11所述的系统，其中所述一个或多个输入性质包括所述纳米颗粒阵列的结构性质和所述纳米颗粒阵列的光学性质中的一者或多者。13.根据权利要求12所述的系统，其中所述纳米颗粒阵列的所述结构性质包括以下中的一者或多者：纳米颗粒粒径、纳米颗粒形状、纳米颗粒材料、纳米颗粒孔隙率、纳米颗粒的表面特征、纳米颗粒阵列的晶格常数、介质中纳米颗粒的浓度、纳米颗粒的空隙大小、正向结构的性质、逆向结构的性质、有序结构的性质、无序结构的性质、纳米颗粒多分散性、壳厚度、壳材料、所述基体材料中微球的浓度以及所述基体材料的厚度。14.根据权利要求12所述的系统，其中所述纳米颗粒阵列的所述光学参数包括以下中的一者或多者：实折射率、复折射率、吸收值、色散值、双折射率、偏振度以及非线性系数。15.根据权利要求11所述的系统，其中一个或多个输出光学参数包括以下中的一者或多者：波长、波长范围、反射曲线、透射曲线、吸收曲线、散斑量、散射参数、角度依赖性以及角度独立性。16.根据权利要求11所述的系统，其中所述随机模型包括蒙特卡罗模型。17.根据权利要求11所述的系统，其中所述一个或多个输入性质包括一个或多个介质参数。18.根据权利要求17所述的系统，其中所述一个或多个介质参数包括以下中的一者或多者：材料、介质的复折射率、微球浓度、微球混合物、吸收剂的量、吸收剂浓度、所述纳米颗粒阵列的厚度或所述纳米颗粒阵列的有序程度。19.根据权利要求11所述的系统，其进一步包括制造装置，所述制造装置被配置成产生所述基体材料，其中所述基体材料包含包括所述纳米颗粒阵列的染料、油漆或涂料中的至少一者。20.一种方法，其包括：向处理器提供一个或多个目标性质，其中所述一个或多个目标性质中的每个目标性质指示纳米颗粒阵列的期望光学性质，所述纳米颗粒阵列是基体材料的一部分，其中所述基体材料包含至少一个微粒，所述至少一个微粒含有所述纳米颗粒阵列；向所述处理器提供用于光学模拟的一个或多个输入参数；由所述处理器根据输入性质和输入参数执行进化算法，其中所述进化算法采用所述纳米颗粒阵列的光学模拟，并且其中所述光学模拟解释了施加到所述基体材料的光的性质；以及由所述处理器并且根据所述进化算法来确定指示所述纳米颗粒阵列的一个或多个性质的输出设计参数。21.根据权利要求20所述的方法，其中所述纳米颗粒阵列的所述一个或多个性质包括以下中的一者或多者：纳米颗粒粒径、纳米颗粒形状、纳米颗粒材料、纳米颗粒孔隙率、纳米颗粒的表面特征、纳米颗粒阵列的晶格常数、介质中纳米颗粒的浓度、纳米颗粒多分散性、壳厚度、壳材料、所述基体材料中微球的浓度以及所述基体材料的厚度。22.根据权利要求20所述的方法，其中指示期望光学性质的所述一个或多个目标性质包括以下中的一者或多者：波长、波长范围、反射曲线、透射曲线、吸收曲线、散斑量、散射参数、目标传输长度、结构颜色、角度依赖性以及角度独立性。
23.根据权利要求20所述的方法，其进一步包括产生所述基体材料，其中所述基体材料包含包括具有所述输出结构设计参数的所述纳米颗粒阵列的染料、油漆或涂料中的至少一者。24.根据权利要求20所述的方法，其中所述进化算法包括以下中的一种：最大似然优化、差分进化算法、贝叶斯优化、遗传算法、协方差矩阵自适应进化策略、粒子群优化和模拟退火。25.根据权利要求20所述的方法，其中所述一个或多个输入参数包括介质参数，所述介质参数包含以下中的一者或多者：介质的类型、所述介质的复折射率、微球浓度、微球混合物、吸收剂的量、吸收剂浓度、所述吸收剂的性质、所述纳米颗粒阵列的厚度、纳米颗粒阵列、由微球构成的基体材料的厚度或所述纳米颗粒阵列的有序程度。26.根据权利要求20所述的方法，其中所述一个或多个输入参数包括制造参数或介质参数，所述制造参数包含对所述纳米颗粒阵列的包含一个或多个性质、所述纳米颗粒阵列的结构性质、所述纳米颗粒阵列的光学性质中的一者或多者的至少一个参数的限制。27.根据权利要求20所述的方法，其中所述进化算法进一步将框约束和软约束中的一者或多者应用于所述输入性质或所述输入参数之一。28.根据权利要求20所述的方法，其中确定所述输出设计参数进一步包括：在满足停止条件时，由所述处理器停止所述进化算法；以及由所述处理器将所述输出设计参数存储在非暂时性存储器中。29.根据权利要求28所述的方法，其中所述停止条件包括以下之一：执行预定次数的迭代、经过预定量的时间、目标函数的变化率的预定义阈值、确定所述目标函数在预定义次数的迭代内的停滞以及所述目标函数的阈值。30.一种优化系统，其包括被配置成执行机器可读指令的处理器，所述机器可读指令使所述处理器：接收一个或多个目标性质，其中所述一个或多个目标性质中的每个目标性质指示纳米颗粒阵列的期望光学性质，所述纳米颗粒阵列是基体材料的一部分，其中所述基体材料包含微球，所述微球含有所述纳米颗粒阵列；接收用于光学模拟的一个或多个输入参数；根据输入性质和输入参数执行进化算法，其中所述进化算法采用所述纳米颗粒阵列的光学模拟，并且其中所述光学模拟解释了施加到所述基体材料的光的性质；并且根据所述进化算法确定输出设计参数，所述输出设计参数指示所述纳米颗粒阵列的一个或多个性质。31.根据权利要求30所述的优化系统，其中所述纳米颗粒阵列的所述一个或多个性质包括以下中的一者或多者：纳米颗粒粒径、纳米颗粒形状、纳米颗粒材料、纳米颗粒孔隙率、纳米颗粒的表面特征、所述纳米颗粒阵列的晶格常数、介质中纳米颗粒的浓度、纳米颗粒多分散性、壳厚度、壳材料、所述基体材料中微球的浓度以及所述基体材料的厚度。32.根据权利要求30所述的优化系统，其中指示期望光学性质的所述一个或多个目标性质包括以下中的一者或多者：波长、波长范围、反射曲线、透射曲线、吸收曲线、散斑量、散射参数、目标传输长度、结构颜色、角度依赖性以及角度独立性。33.根据权利要求30所述的优化系统，其进一步包括制造装置，所述制造装置被配置成
产生所述基体材料，其中所述基体材料包含包括所述纳米颗粒阵列的染料、油漆或涂料中的至少一者。34.根据权利要求30所述的优化系统，其中所述进化算法包括以下中的一种：最大似然优化、差分进化算法、贝叶斯优化、遗传算法、协方差矩阵自适应进化策略、粒子群优化和模拟退火。35.根据权利要求30所述的优化系统，其中所述一个或多个输入参数包括介质参数，所述介质参数包含以下中的一者或多者：介质的类型、所述介质的复折射率、微球浓度、微球混合物、吸收剂的量、吸收剂浓度、所述吸收剂的性质、所述纳米颗粒阵列的厚度、纳米颗粒阵列、由微球构成的基体材料的厚度或所述纳米颗粒阵列的有序程度。36.根据权利要求30所述的优化系统，其中所述一个或多个输入参数包括制造参数或介质参数，所述制造参数包含对所述纳米颗粒阵列的至少一个参数的限制，所述至少一个参数包含所述纳米颗粒阵列的结构性质、所述纳米颗粒阵列的光学性质中的一者或多者。37.根据权利要求30所述的优化系统，其中所述进化算法进一步将框约束和软约束中的一者或多者应用于所述输入性质或所述输入参数之一。38.根据权利要求30所述的优化系统，其中为了确定所述输出设计参数，所述机器可读指令进一步使所述处理器：在满足停止条件时停止所述进化算法；并且将所述输出设计参数存储在非暂时性存储器中。39.根据权利要求38所述的优化系统，其中所述停止条件包括以下之一：执行预定次数的迭代、经过预定量的时间、目标函数的变化率的预定义阈值、确定所述目标函数在预定义次数的迭代内的停滞以及所述目标函数的阈值。
技术总结
示例性实施例涉及用于根据纳米颗粒阵列的参数确定结构颜色的技术。所述技术包含输入结构参数和光学参数并执行概率模拟以确定所述结构颜色。可以执行进化优化以根据结构颜色的期望性质确定所述纳米颗粒阵列的参数。所述进化优化可以采用所述概率模拟并进一步调整所述阵列的一个或多个参数以近似所述结构颜色的所述期望性质。基于应用所述概率模拟，所述技术可以生成描述所述纳米颗粒阵列的所述一个或多个参数的值或值范围的输出，所述一个或多个参数被选择为近似所述结构颜色的所述期望性质。期望性质。期望性质。
技术研发人员：K
受保护的技术使用者：哈佛学院董事会
技术研发日：2021.03.02
技术公布日：2023/3/7