基于具有光学可调折射率的基体的高温度范围和高应变范围的透明复合材料制造技术

本发明专利技术的名称是基于具有光学可调折射率的基体的高温度范围和高应变范围的透明复合材料。系统可包括复合材料结构和光源。复合材料结构可包括具有基体折射率的基体、嵌入基体中的多个纤维和基体中的光反应材料。光源可以能够发射活化波长的光，该活化波长的光诱导光反应材料中导致基体折射率改变的反应。

Transparent composite material with high temperature range and high strain range based on optical tunable refractive index

The invention relates to a transparent composite material based on a high temperature range and a high strain range of a substrate having an optically tunable refractive index. The system may include a composite structure and a light source. The composite structure may include a matrix having a refractive index of the substrate, a plurality of fibers embedded in the matrix, and a light responsive material in the matrix. The light source can emit light with active wavelength, and the reaction rate of the refractive index of the substrate is changed in the light induced reaction material in the activation wavelength.

【技术实现步骤摘要】

本公开一般地涉及复合材料并且，更特别地，涉及控制纤维增强的复合材料结构的透明度。
技术介绍
由于其出众的光学性能，在多种应用中玻璃被广泛地用作透明体。例如，玻璃的单片板一般用作玻璃窗材料或者用作建筑物的建筑材料。在多种车辆应用中单片玻璃板也一般地用作透明体。不幸地，玻璃是相对致密的材料并且也是相对易碎的，使得需要相对大的厚度以提供有足够强度的玻璃板以对抗负载下的破裂。在试图避免与单片玻璃板相关的重量不利中，透明体也可以由聚合材料制备。例如，单片板可以由透明聚合物形成，例如丙烯酸(例如，PlexiglasTM)，其没有玻璃致密并且具有良好的光学性能。不幸地，丙烯酸具有相对低的强度性能，使得其不适合用于其中需要高强度的应用。考虑到与单片玻璃板相关的重量不利以及与单片聚合板相关的强度限制，制造者已经用纤维增强的聚合材料制备了透明体以提高透明体的强度和耐冲击性。不幸地，某些环境因素可能对纤维增强的聚合材料的光学特性具有不良影响。例如，温度的改变可能减小纤维增强的聚合材料的光学性质。可见，本领域存在对用于控制随温度改变的纤维增强的透明体的光学性质的系统和方法的需要。
技术实现思路
具体地本公开解决并且缓和了与透明复合材料物件相关的以上所述需要，在实施方式中，本公开提供了可包括复合材料结构和光源的系统。复合材料结构可包括具有基体折射率的基体、嵌入基体中的多个纤维、和与基体和/或纤维一起包括的光反应材料。光源可以能够发射活化波长的光，该活化波长的光诱导光反应材料中的反应，导致基体折射率改变。在进一步的实施方式中，所公开的是包括复合材料板的系统，该复合材料板具有相对的外表面和侧边。复合材料板可包括基本上光学透明的具有基体折射率的基体，和多个基本上光学透明的嵌入基体中的纤维。纤维和/或基体可包括光敏发色团。光源可以配置为发射一个波长的光至侧边上或朝向侧边发射一个波长的光。该波长可以诱导发色团中的反应，导致基体折射率改变。在进一步的实施方式中，所公开的是调节复合材料结构基体折射率的方法。该方法可包括从光源朝向复合材料结构发射活化波长的光，该复合材料结构含有具有基体折射率的基体和嵌入基体并具有纤维折射率的多个纤维。基体和/或纤维可包括光反应材料。方法可包括响应于入射在光反应材料上的活化波长诱导光反应材料中的反应，并且响应于光反应材料中的反应改变基体折射率。可以在本公开不同的实施方式中独立地实现，或者可以在又其它的实施方式中结合已经讨论的特征、功能和优势，参考以下描述和下列附图，可以了解其进一步的细节。附图说明通过参考附图，本公开的这些和其他特征将变得更明显，其中相同的数字指代全文中相同的部件，并且其中：图1是系统的框图，该系统包括纤维增强的复合材料结构并且包括用于发射活化波长的光源，该纤维增强的复合材料结构含有包括在基体内和/或纤维内的光敏发色团，该活化波长诱导发色团中的反应，导致机体折射率改变；图2是复合材料结构的实例的透视图，该复合结构包括嵌入在机体内的多个增强纤维，并且包括示意性地表示为各个颗粒的发色团，并且其中基体具有基体折射率和纤维具有纤维折射率并且进一步图解了光源，该光源朝向复合材料结构的侧边发射光以诱导发色团中的反应；图3是图2的系统的剖面图并且图解了纤维、基体和发色团，并且进一步图解了温度传感器、应变传感器和/或透明度传感器，其任选地安装在复合材料结构上以反馈至光源用于调节由光源发射的光以调节复合材料结构的温度、机械应变和/或透明度水平的改变；图4是配置为偶氮苯分子的发色团的实例，该偶氮苯分子显示了未活化状态(左侧)和响应于入射在偶氮苯分子上的活化波长的活化状态(右侧)；图5是在指定波长的折射率对温度的图表并且图解了当发色团未被活化时随温度改变基体和纤维的折射率之间的失配，并且进一步图解当发色团被激活时更密切匹配的基体和纤维的折射率；图6是含有第一光源和第二光源的系统的剖面图，并且图解了第一光源，该第一光源朝向复合材料结构的侧边发射第一波长的光；图7是系统的剖面图，其图解了第二光源，该第二光源朝向复合材料结构的侧边发射第二波长的光；图8是系统的剖面图，该系统在复合材料结构的外表面上具有涂层以沿着复合材料结构内部的长度和/或宽度内部反射来自光源的光；图9是系统的剖面图，该系统在复合材料结构的外表面上具有滤波器以防止活化波长的环境光穿过复合材料结构并活化发色团；图10是调节复合材料结构基体折射率的方法的一种或多种操作的流程图的图示。具体实施方式现在参考附图，其中显示是为了图解本公开优选的和不同的实施方式的目的，图1中所显示的是系统100的框图，该系统100包括复合材料结构102和用于朝向复合材料结构102发射光182的光源180。复合材料结构102可以由聚合物基体114和嵌入在基体114中的多个增强纤维116组成。纤维116可以具有纤维折射率200。基体114可以具有基体折射率202。有利地，基体114和/或纤维116可以包括可对一种或多种波长的光182敏感的光反应材料148，光182可以由光源180发射以诱导光反应材料148中的反应，导致基体114的折射率改变。在一个实例中，基体114和/或纤维116可以包括可对一种或多种波长的光182敏感的光敏发色团150，光182可以由光源180发射以诱导发色团150中的反应，导致基体114的折射率改变。在本文公开的任意实施方式中，基体114和/或纤维116可以包括一种或多种类型的光反应材料148，和/或基体114和/或纤维116可包括一种或多种类型的发色团150。在一些实例中，基体114和/或纤维116可包括光反应材料148，并且可不包括发色团150。作为抵消或调节纤维折射率200中环境诱导的改变的手段，光源180可配置为发射光182，光182诱导光反应材料148和/或发色团150中的反应，导致基体114中折射率改变。例如，基体折射率202中光-诱导的改变可抵消纤维折射率200中热-诱导的改变，该热-诱导的改变可以因复合材料结构102的温度改变发生。在另一个实例中，基体折射率202中光-诱导的改变可抵消或调节纤维折射率200中机械-诱导的改变，该机械诱导的改变可以因静态和/或动态载荷下复合材料结构102的机械应变发生。系统100可任选地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，其包括：复合材料结构(102)，包括：具有基体折射率的基体(114)；嵌入所述基体中并且具有纤维折射率的多个纤维(116)；所述基体和/或所述纤维(116)中的光反应材料(148)；和能够发射活化波长的光的光源(180)，所述光诱导所述光反应材料(148)中导致所述基体折射率改变的反应。

【技术特征摘要】
2014.12.10 US 14/566,4401.一种系统，其包括：
复合材料结构(102)，包括：
具有基体折射率的基体(114)；
嵌入所述基体中并且具有纤维折射率的多个纤维(116)；
所述基体和/或所述纤维(116)中的光反应材料(148)；和
能够发射活化波长的光的光源(180)，所述光诱导所述光反应
材料(148)中导致所述基体折射率改变的反应。
2.权利要求1所述的系统，其中：
在红外光谱和/或可见光谱中所述基体(114)和所述纤维(116)
是基本上光学透明的。
3.权利要求1所述的系统，其中：
所述光源(180)配置为以在感兴趣的波段内维持所述基体折射
率在所述纤维折射率的大约3％内的方式发射一个或多个波长。
4.权利要求1所述的系统，其中：
所述光反应材料(148)和所述光源(180)配合以在所述纤维折
射率的环境诱导改变期间改变或维持所述基体的阿贝值的方式改变所
述基体折射率。
5.权利要求1所述的系统，进一步包括：
在所述复合材料结构(102)的外表面上的涂层(108)；和
所述涂层(108)具有折射率，其配置为内部反射从所述光源(180)
朝向所述复合材料结构(102)的侧边入射的光。
6.权利要求1所述的系统，进一步包括：
滤波器(110)，其在外表面上并且配置为防止所述活化波长的环
境光穿过所述外表面并进入所述复合材料结构(102)内部。
7.权利要求1所述的系统，其中：
所述光反应材料(148)是光敏发色团(150)。
8.权利要求0所述的系统，其中：
所述发色团(150)是以下之一：降冰片二烯、偶氮苯、香豆素、
和苯基、及其衍生物。
9.权利要求1所述的系统，其中：
所述光源(180)配置为发射活化波长和去活化波长；
所述活化波长诱导所述光反应材料(148)中的反应，导致所述
基体折射率在一个方向改变；并且
所述去活化波长诱导所述光反应材料(148)中的反应，导致所
述基体折射率在与所述活化波长诱导的所述改变相对的方向改变。
10.权利要求1所述的系统，其中：
所述波长诱导所述光反应材料(148)成为活化状态的反应，导致
所述基体折射率在一个方向改变；并且
当去除所述活化波长时，由于热运动，所述光反应材料(148)自
然地回复到未活化状态，并且导致所述基体折射率在与所述活化波长
诱导的所述改变相对的方向改变。
11.权利要求10所述的系统，其中：
当去除所述活化波长并且使所述复合材料结构(102)至高温时
所述光反应材料(148)自然地回复到所述未活化状态。
12.权利要求1所述的系统，其中：
传感器，其配置为感测所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·S·威伦斯基，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US