本發(fā)明涉及變色材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種動力學(xué)可調(diào)節(jié)的變色材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著社會發(fā)展，變色材料的應(yīng)用也越來越廣泛。變色材料其性質(zhì)表為變色動力學(xué)可在大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。變色動力學(xué)，主要指兩個參數(shù)，即變色速率(或變色時間，兩者互為倒數(shù))和活化能，兩者皆可在大范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)的變色材料在使用和制備上存在如下問題：第一是，SensorMark的顯示技術(shù)采用染料擴(kuò)散過程，因而體積較大。第二是，OnVu的顯示技術(shù)采用染料褪色過程，其顏色變化較為單一；以上兩項技術(shù)的動力學(xué)可調(diào)節(jié)范圍相對較小，成本較高。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理、使用方便的一種動力學(xué)可調(diào)節(jié)的變色材料及其制備方法，它采用用自演化活性納米材料，顏色變化豐富，且體積較??；具有動力學(xué)可調(diào)節(jié)范圍大，可覆蓋大多數(shù)易變質(zhì)產(chǎn)品的變質(zhì)動力學(xué)參數(shù)，且成本較低；可針對各種易變質(zhì)產(chǎn)品的變質(zhì)動力學(xué)特性(即多個溫度下的變質(zhì)時間)，通過調(diào)節(jié)配方得到與其參數(shù)相匹配的變色材料，從而可跟蹤、模擬并指示易變質(zhì)產(chǎn)品生產(chǎn)、運輸、儲藏、銷售、消費整個過程中的質(zhì)量變化情況。
本發(fā)明所述的一種動力學(xué)可調(diào)節(jié)的變色材料及其制備方法，它采用如下的技術(shù)方案：
步驟一：以分散質(zhì)為表面暴露有單質(zhì)銀的納米顆粒、且含有膠體穩(wěn)定劑的膠體水溶液為為初始水溶液；
其中：納米顆粒包括(但不限于)銀納米球、納米棒、納米片，以及以單質(zhì)金、鈀等納米結(jié)構(gòu)為核、單質(zhì)銀為殼層的各種納米結(jié)構(gòu)；
其中：膠體穩(wěn)定劑為含鹵離子(包括氯離子、溴離子、碘離子)的陽離子型表面活性劑，包括(但不限于)十六烷基三甲基氯化銨(簡寫為CTAC)、十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基碘化銨；
該水溶液在380-850nm范圍內(nèi)最大消光不小于0.1cm-1，膠體穩(wěn)定劑的濃度不低于0.01mM。
步驟二：在步驟一的混合水溶液中，不分前后次序依次加入酸度調(diào)節(jié)劑、防凍劑、黏度調(diào)節(jié)劑、成膠劑，進(jìn)行充分混合，形成均一的膠體溶液；其中：酸度調(diào)節(jié)劑濃度不低于0.01mM；還原劑濃度最低為0，最高不超過總體質(zhì)量的50％；防凍劑、黏度調(diào)節(jié)劑、成膠劑濃度最低為0，最高不超過總體質(zhì)量的60％。
進(jìn)一步地，步驟二中的酸度調(diào)節(jié)劑為各種水溶性(且不與一價銀離子形成沉淀)的弱酸，包括(但不限于)甲酸、乙酸、草酸、乳酸、檸檬酸、葡萄糖酸。
進(jìn)一步地，步驟二中的還原劑為抗壞血酸、異抗壞血酸及其水溶性衍生物，包括(但不限于)(異)抗壞血酸的鈉鹽、鉀鹽、銨鹽、鹵代衍生物。
進(jìn)一步地，步驟二中的黏度調(diào)節(jié)劑為各種水溶性黏度調(diào)節(jié)劑，包括(但不限于)卡波姆、黃原膠。
進(jìn)一步地，步驟二中的成膠劑為各種水溶性成膠劑，包括(但不限于)瓊脂、明膠、阿拉伯膠。
采用上述結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明有益效果為：本發(fā)明所述的一種動力學(xué)可調(diào)節(jié)的變色材料及其制備方法，它采用自演化活性納米材料，顏色變化豐富，且體積較??；動力學(xué)可調(diào)節(jié)范圍大，可覆蓋大多數(shù)易變質(zhì)產(chǎn)品的變質(zhì)動力學(xué)參數(shù)，且成本較低；可針對各種易變質(zhì)產(chǎn)品的變質(zhì)動力學(xué)特性(即多個溫度下的變質(zhì)時間)，通過調(diào)節(jié)配方得到與其參數(shù)相匹配的變色材料，從而可跟蹤、模擬并指示易變質(zhì)產(chǎn)品生產(chǎn)、運輸、儲藏、銷售、消費整個過程中的質(zhì)量變化情況。
【附圖說明】
此處所說明的附圖是用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定，在附圖中：
圖1是本發(fā)明的變色過程的示意圖；
【具體實施方式】
下面以具體實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，其中的示意性實施例以及說明僅用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
本具體實施方式所述的一種動力學(xué)可調(diào)節(jié)的變色材料及其制備方法，它采用如下的技術(shù)方案：
步驟一：以分散質(zhì)為表面暴露有單質(zhì)銀的納米顆粒、且含有膠體穩(wěn)定劑的膠體水溶液為為初始水溶液；
其中：納米顆粒包括(但不限于)銀納米球、納米棒、納米片，以及以單質(zhì)金、鈀等納米結(jié)構(gòu)為核、單質(zhì)銀為殼層的各種納米結(jié)構(gòu)；
其中：膠體穩(wěn)定劑為含鹵離子(包括氯離子、溴離子、碘離子)的陽離子型表面活性劑，包括(但不限于)十六烷基三甲基氯化銨(簡寫為CTAC)、十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基碘化銨；
該水溶液在380-850nm范圍內(nèi)最大消光不小于0.1cm-1，膠體穩(wěn)定劑的濃度不低于0.01mM。
步驟二：在步驟一的混合水溶液中，不分前后次序依次加入酸度調(diào)節(jié)劑、防凍劑、黏度調(diào)節(jié)劑、成膠劑，進(jìn)行充分混合，形成均一的膠體溶液；其中：酸度調(diào)節(jié)劑濃度不低于0.01mM；還原劑濃度最低為0，最高不超過總體質(zhì)量的50％；防凍劑、黏度調(diào)節(jié)劑、成膠劑濃度最低為0，最高不超過總體質(zhì)量的60％。
進(jìn)一步地，步驟二中的酸度調(diào)節(jié)劑為各種水溶性(且不與一價銀離子形成沉淀)的弱酸，包括(但不限于)甲酸、乙酸、草酸、乳酸、檸檬酸、葡萄糖酸。
進(jìn)一步地，步驟二中的還原劑為抗壞血酸、異抗壞血酸及其水溶性衍生物，包括(但不限于)(異)抗壞血酸的鈉鹽、鉀鹽、銨鹽、鹵代衍生物。
進(jìn)一步地，步驟二中的黏度調(diào)節(jié)劑為各種水溶性黏度調(diào)節(jié)劑，包括(但不限于)卡波姆、黃原膠。
進(jìn)一步地，步驟二中的成膠劑為各種水溶性成膠劑，包括(但不限于)瓊脂、明膠、阿拉伯膠。
本發(fā)明中，以表面暴露有單質(zhì)銀的納米顆粒膠體水溶液為原料，包括(但不限于)銀納米球、納米棒、納米片，以及以單質(zhì)金、鈀等納米結(jié)構(gòu)為核、單質(zhì)銀為殼層的各種納米結(jié)構(gòu)，該溶液在380-850nm范圍內(nèi)最大消光不小于0.1cm-1。
其中：體系中的膠體穩(wěn)定劑為含鹵離子(包括氯離子、溴離子、碘離子)的陽離子型表面活性劑，包括(但不限于)十六烷基三甲基氯化銨(簡寫為CTAC)、十六烷基三甲基溴化銨(簡寫為CTAB)、十六烷基三甲基碘化銨(簡寫為CTAI)。
其中：引起變色過程的核心反應(yīng)為單質(zhì)銀在酸性條件下氧化溶解的反應(yīng)，其反應(yīng)方程式如下：
Ag+O2+4H++4X-→4AgX+2H2O
(其中X-為鹵素陰離子，如氯離子、溴離子、碘離子)
其中：體系中的酸度調(diào)節(jié)劑為各種水溶性(且不與一價銀離子形成沉淀)的弱酸，包括(但不限于)甲酸、乙酸、草酸、乳酸、檸檬酸、葡萄糖酸等。
其中：體系中的還原劑為抗壞血酸、異抗壞血酸及其水溶性衍生物，包括(但不限于)(異)抗壞血酸的鈉鹽、鉀鹽、銨鹽、鹵代衍生物等。
其中：體系中的防凍劑為各種水溶性防凍劑，包括(但不限于)乙二醇、丙二醇、丙三醇等。
其中：體系中的黏度調(diào)節(jié)劑為各種水溶性黏度調(diào)節(jié)劑，包括(但不限于)卡波姆、黃原膠等。
其中：體系中的成膠劑為各種水溶性成膠劑，包括(但不限于)瓊脂、明膠、阿拉伯膠等。
本發(fā)明的典型制備步驟如下：
向含有CTAC和納米顆粒的水溶液中加入酸度調(diào)節(jié)劑(如乳酸)、防凍劑(如丙二醇)，黏度調(diào)節(jié)劑(如黃原膠)，加入次序不限，充分混合，形成均一的膠體溶液。此膠體溶液即可發(fā)生自發(fā)變色過程。要說明的是：本發(fā)明中的還原劑、防凍劑、黏度調(diào)節(jié)劑、成膠劑可不加。
本發(fā)明的具體實施例如下：
如圖1所示變色材料在具體上的應(yīng)用：以“金核銀殼”的納米棒結(jié)構(gòu)為例，當(dāng)金納米棒核與銀殼的尺寸符合一定比例時，納米棒溶液呈綠色。向其中加入乳酸后，銀殼隨時間逐漸氧化溶解，溶液顏色漸變?yōu)闇\綠色、黃色、橙色；當(dāng)銀殼完全溶解后，只余金納米棒結(jié)構(gòu)，此時溶液呈粉紅色。
要說明的是：圖1的表中分針指向一點到四點之間為綠色；五點到八點是黃色，九點到十一點為橙色，十二點為粉紅色。
本發(fā)明的變色材料制備后，其顏色隨時間按預(yù)設(shè)的順序漸變。其變色速率可通過配方進(jìn)行調(diào)節(jié)，25℃下，其變色時間可在6小時至2年范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。其變色活化能可通過配方進(jìn)行調(diào)節(jié)，0至40℃范圍內(nèi)，其活化能可在50至250kJ/mol范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。該材料可用于時間-溫度指示，對易變質(zhì)產(chǎn)品的質(zhì)量變化進(jìn)行跟蹤、模擬和顯示，其工作溫度為-25至100℃。
本發(fā)明所述的一種動力學(xué)可調(diào)節(jié)的變色材料及其制備方法，它采用自演化活性納米材料，顏色變化豐富，且體積較?。粍恿W(xué)可調(diào)節(jié)范圍大，可覆蓋大多數(shù)易變質(zhì)產(chǎn)品的變質(zhì)動力學(xué)參數(shù)，且成本較低；可針對各種易變質(zhì)產(chǎn)品的變質(zhì)動力學(xué)特性(即多個溫度下的變質(zhì)時間)，通過調(diào)節(jié)配方得到與其參數(shù)相匹配的變色材料，從而可跟蹤、模擬并指示易變質(zhì)產(chǎn)品生產(chǎn)、運輸、儲藏、銷售、消費整個過程中的質(zhì)量變化情況。
以上所述僅是本發(fā)明的較佳實施方式，故凡依本發(fā)明專利申請范圍所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均包括于本發(fā)明專利申請范圍內(nèi)。