高温诱导变色材料的制备方法及其应用

本发明涉及材料染色的，尤其涉及一种高温诱导变色材料的制备方法及其应用。

背景技术：

1、随着科学技术的发展，人们不断寻求具有新特性、新功能的智能材料，温敏变色材料已引起人们的注意。高温诱导变色是指由一种颜色以加热升温，变为另一种颜色的温敏变色材料，已广泛应用于传感、纺织、印刷、交通、日用装饰、化学防伪、科学研究等各个领域，显示出潜在的巨大经济效益和社会效益。

2、现有技术中制备的高温诱导变色材料以应用于工业生产，但现有的变色颜料不具有耐环境服役性；在高温下不具有变色能力；在极端的环境下如强腐蚀性体系中、强紫外辐射下易被破坏，失去其变色能力。

3、有鉴于此，有必要设计一种改进的温致变色材料的制备方法，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高温诱导变色材料的制备方法及其应用。

2、为实现上述发明目的，本发明提供了一种高温诱导变色材料的制备方法，包括如下步骤：

3、s1、将预先清洗过的耐温基材进行表面活化，得到预处理的耐温基材；

4、s2、将预定厚度的无定形薄膜通过预定的方法与步骤s1中所述的预处理的耐温基材通过化学键合结合，即制得高温诱导变色材料；所述无定形薄膜与所述耐温基材的折射率的差值不低于0.17。

5、进一步地，所述无定形薄膜的折射率大于所述耐温基材的折射率。

6、进一步地，所述步骤s2中所述的预处理的耐温基材的表面的每层所述无定形薄膜附着均匀；所述高温诱导变色材料上的所述无定形薄膜的总厚度为5～1000nm。

7、进一步地，所述无定形薄膜为：由预定元素中的一种或多种元素组成的单质、氮化物、磷化物、砷化物、氧化物、硫化物、碳化物、氟化物中的一种或多种；所述预定元素包括mg、ca、sr、ba、b、al、ga、in、si、ge、sn、sb、cu、ag、au、zn、cd、sc、y、la、ce、ti、zr、hf、v、nb、ta、cr、mo、w、fe、co、ni、ru、pd、os、ir、pt中的一种。

8、进一步地，所述耐温基材包括金属材料、无机非金属材料、由所述金属材料和所述无机非金属材料组成的复合材料中的一种。

9、进一步地，所述金属材料包括be、mg、al、ga、in、ge、sn、sb、cu、ag、au、zn、cd、sc、y、la、ce、ti、zr、hf、v、nb、ta、cr、mo、w、fe、co、ni、ru、pd、os、ir、pt中的一种或多种；所述无机非金属材料包括胶凝材料、陶瓷、铸石、碳素材料、非金属矿、半导体材料及其制成的块体、纤维、织物中的一种。

10、进一步地，步骤s1中，所述清洗的过程为：先用砂纸进行打磨、再在溶液中进行洗涤、最后干燥；所述溶液包括水、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、洗衣粉、洗洁精、肥皂、酸碱盐溶液中的一种或多种；所述洗涤方式包括浸泡、搓洗、超声洗涤、搅拌洗涤、漂洗中的一种或多种；所述表面活化的方式包括等离子体处理、超声处理、高能射线处理、超临界流体处理、金属离子络合、接枝、刻蚀中的一种。

11、进一步地，步骤s2中所述无定形薄膜制备的方法包括改进的旋转式原子层沉积法、分子层沉积、层层自组装、多光子电离、化学气相沉积、真空溅镀、磁控溅射、电镀、化学电镀和化学黏合中的一种。

12、进一步地，所述无定形薄膜的表面结构和粗糙程度与所述预处理的耐温基材均保持一致。

13、本发明还提供了一种用所述的制备方法制备的高温诱导变色材料的应用，将所述高温诱导变色材料置于400～1500℃下进行热处理后，所述高温诱导变色材料在不同温度下显示不同的颜色，可应用于极端恶劣环境下的高温温度检测。

14、本发明的有益效果是：

15、1、本发明提供的高温诱导变色材料的制备方法，通过使无定形薄膜与经过清洗、活化处理的耐温基材通过化学键合的方式结合，并控制无定形薄膜的折射率高于耐温基材的折射率，且两者的差值不低于0.17。通过上述方式制备出的高温诱导变色材料，在经过高温退火时，使无定形薄膜的晶相结构和电磁性能发生改变，进而改变其折射率，利用无定形薄膜的折射率和耐温基材的折射率的差异形成光程差，从而形成各种不同的颜色。

16、2、本发明提供的高温诱导变色材料的制备方法，通过在耐温基材的表面化学键合生长若干层惰性的无定形薄膜，还能增强耐温基材的耐腐蚀性、耐磨性，具备极佳的耐服役性，可在极端环境下如强腐蚀体系、强紫外照射下依旧具有稳定的色彩和变色效果，如此可广泛应用于极端恶劣环境下的高温温度检测。这种高温诱导变色材料应用于金属表面时，可改善其防腐、防海水侵蚀、抗氧化性能，此外，还能赋予其防伪特性；这种高温诱导变色材料应用于非金属材料表面时，可改善其耐温性能、防伪特性等。

技术特征：

1.一种高温诱导变色材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的高温诱导变色材料的制备方法，其特征在于：所述无定形薄膜的折射率大于所述耐温基材的折射率。

3.根据权利要求1所述的高温诱导变色材料的制备方法，其特征在于：步骤s2中所述的预处理的耐温基材的表面的每层所述无定形薄膜附着均匀；所述高温诱导变色材料上的所述无定形薄膜的总厚度为5～1000nm。

4.根据权利要求1所述的高温诱导变色材料的制备方法，其特征在于：所述无定形薄膜为：由预定元素中的一种或多种元素组成的单质、氮化物、磷化物、砷化物、氧化物、硫化物、碳化物、氟化物中的一种或多种；所述预定元素包括mg、ca、sr、ba、b、al、ga、in、si、ge、sn、sb、cu、ag、au、zn、cd、sc、y、la、ce、ti、zr、hf、v、nb、ta、cr、mo、w、fe、co、ni、ru、pd、os、ir、pt中的一种。

5.根据权利要求1所述的高温诱导变色材料的制备方法，其特征在于：所述耐温基材包括金属材料、无机非金属材料、由所述金属材料和所述无机非金属材料组成的复合材料中的一种。

6.根据权利要求5所述的高温诱导变色材料的制备方法，其特征在于：所述金属材料包括be、mg、al、ga、in、ge、sn、sb、cu、ag、au、zn、cd、sc、y、la、ce、ti、zr、hf、v、nb、ta、cr、mo、w、fe、co、ni、ru、pd、os、ir、pt中的一种或多种；所述无机非金属材料包括胶凝材料、陶瓷、铸石、碳素材料、非金属矿、半导体材料及其制成的块体、纤维、织物中的一种。

7.根据权利要求1所述的高温诱导变色材料的制备方法，其特征在于：步骤s1中，所述清洗的过程为：先用砂纸进行打磨、再在溶液中进行洗涤、最后干燥；所述溶液包括水、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、洗衣粉、洗洁精、肥皂、酸碱盐溶液中的一种或多种；所述洗涤方式包括浸泡、搓洗、超声洗涤、搅拌洗涤、漂洗中的一种或多种；所述表面活化的方式包括等离子体处理、高能射线处理、超临界流体处理、金属离子络合、接枝、刻蚀中的一种。

8.根据权利要求1所述的高温诱导变色材料的制备方法，其特征在于：步骤s2中所述无定形薄膜制备的方法包括改进的旋转式原子层沉积法、分子层沉积、层层自组装、多光子电离、化学气相沉积、真空溅镀、磁控溅射、电镀、化学电镀和化学黏合中的一种。

9.根据权利要求8所述的高温诱导变色材料的制备方法，其特征在于：所述无定形薄膜的表面结构和粗糙程度与所述预处理的耐温基材均保持一致。

10.根据权利要求1～9中任一所述的制备方法制备的高温诱导变色材料的应用，其特征在于：将所述高温诱导变色材料置于400～1500℃下进行热处理后，所述高温诱导变色材料在不同温度下显示不同的颜色，可应用于极端恶劣环境下的高温温度检测。

技术总结
本发明提供了一种高温诱导变色材料的制备方法及其应用，通过使无定形薄膜与经过清洗、活化处理的耐温基材表面的活性含氧基团通过化学键合的方式结合，并控制无定形薄膜的折射率高于耐温基材的折射率，且两者的差值不低于0.17，如此，在耐温基材表面形成致密且均匀的高温诱导变色涂层。通过上述方式制备出的高温诱导变色材料，在经过高温退火时，使无定形薄膜的晶相结构和电磁性能发生改变，进而改变其折射率，利用无定形薄膜的折射率和耐温基材的折射率的差异形成光程差，从而形成各种不同的颜色。

技术研发人员：陈凤翔,何安南,骆宇新,张玉,邢桐贺,王梦琦,史芷丞,乔思杰,童爱心,黄智宇,梁子辉,刘欣,徐卫林
受保护的技术使用者：武汉纺织大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16