一种基于光子晶体结构的可视化热累积指示器及其制备与应用制造技术

本发明专利技术涉及一种基于光子晶体结构的可视化热累积指示器及其制备与应用。该指示器包括：复合层A和复合层B，其中，复合层A包括基底A，基底A的至少一面设有光子晶体层；复合层B包括基底B，基底B的至少一面设有粘弹性聚合物。当复合层A附着有光子晶体材料的一面与复合层B附着有粘弹性聚合物的一面贴合时，指示器即进入工作状态。本发明专利技术利用光子晶体结构色彩的削弱程度来反映出该反应开始后所经历的热累积过程，对需要低温保存、运输物体的热累积历程的监控具有重大意义。

A visible thermal accumulation indicator based on photonic crystal structure and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种基于光子晶体结构的可视化热累积指示器及其制备与应用
本专利技术涉及可视化热累积指示器，特别涉及一种基于光子晶体结构的可视化热累积指示器及其制备与应用。
技术介绍
光子晶体(PhotonicCrystal)是在1987年由S.John和E.Yablonovitch分别独立提出，是由不同介电常数的介质周期性排列而成的人工微结构。从材料结构上看，光子晶体是一类在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体。光子晶体的特殊周期性结构，使得其对特定波长或波段的光子具有禁阻作用，形成光子带隙，类似半导体中的电子能带，将光子晶体中的光子带隙称为光子禁带(PhotonicBand-Gap，简称为PBG)。和半导体材料一样，介电常数的周期性排列产生了一定的“势场”，当两种介质的介电常数相差足够大时，光在介质界面上会产生干涉和衍射，产生光子带隙，能量落在带隙处的光将不能传播，将以镜面形式反射出去，从而形成结构色。这种反射反射率高，光谱单一，形成的结构色彩明亮纯净，无法用常规的化学色素通过调色复现。光子晶体的结构色彩与材料在光学尺度上的周期性结构直接相关，如果结构遭到破坏，结构色彩随之减弱直至消退。如果选择一种材料介质，其折射率与光子晶体材料相近，将其填充入光子晶体材料周期结构的空隙处，就会降低光子晶体介质界面的介电常数差，降低光在介质界面干涉和衍射削弱结构色彩。进一步地，如果所选的填充介质可以与光子晶体材料发生反应或将其溶解，使得两种材料融合在一起，那么光子晶体结构将会被进一步破坏，结构色彩也会得到进一步的削弱，直至两种材料彻底融为一体，光子晶体结构被彻底破坏，结构色彩也将彻底消失。现在已知，光子晶体结构色彩的削弱程度和和光子晶体结构被破坏的程度相关。申请人研究发现，将这种对光子晶体结构产生破坏的反应的程度与反应的温度和反应的时间联系起来，就可以通过光子晶体结构色彩的削弱程度来反映出该反应开始后所经历的热累积过程。利用该原理制备出的基于光子晶体结构的可视化热累积指示器，可以指示其所依附的物体经历的累积热暴露时间，这对需要低温保存、运输物体的热累积历程的监控具有重大意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于光子晶体结构的可视化热累积指示器及其制备方法和应用。为实现本专利技术的目的之一，本专利技术提供一种基于光子晶体结构的可视化热累积指示器，其包括：复合层A和复合层B，上述复合层A包括基底A，基底A的至少一面设有光子晶体层；上述复合层B包括基底B，基底B的至少一面设有粘弹性聚合物。当所述复合层A附着有光子晶体层的一面与复合层B附着有粘弹性聚合物的一面贴合时，该指示器即进入工作状态。该指示器的工作原理如下：将复合层A附着有光子晶体层的一面与复合层B附着有粘弹性聚合物的一面贴合后，粘弹性聚合物将会进入到光子晶体材料的缝隙中，降低光子晶体材料与粘弹性聚合物的折射率差，削弱结构色彩；进一步地，随着时间的推移，光子晶体材料在粘弹性聚合物的作用下溶解融合，进一步降低光子晶体材料与粘弹性聚合物的折射率差，进一步削弱结构色彩，直至光子晶体材料的结构完全被破坏，光子晶体材料与粘弹性聚合物混合成为单一均相材料，结构色彩完全消失。上述两种材料互相渗透、融合的程度与反应温度及反应时间相关。温度越高，时间越久，光子晶体材料的结构破坏程度越大，由其结构所产生的结构色彩消退越严重，直至光子晶体材料完全被破坏，结构色彩也将完全消退。基于此原理，依据肉眼可见的结构色消退过程就可以指示该指示器所经历的热累积历程。上述光子晶体层具有光子禁带结构。优选地，光子晶体材料包括密堆积形式周期性紧密排布的单分散纳米微球；更优选地，该单分散纳米微球的密堆积形式为六方密堆积。单分散纳米微球的原料选自但不限于：聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸、二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、四氧化三铁、聚酰亚胺、硅树脂和酚醛树脂中的一种或两种以上的混合物。在本专利技术的一个实施例中，单分散纳米微球的原料为聚苯乙烯。单分散纳米微球的折射率为1.0-2.5(具体如1.0、1.5、2.0、2.5)。单分散纳米微球的多分散系数(PDI)小于5％(具体如小于5％、2％、1％、0.5％)。优选地，单分散纳米微球的多分散系数(PDI)小于0.5％。单分散纳米微球的粒径为80-1100nm(具体如80、100、120、200、300、400、800、1000、1100nm)。优选地，单分散纳米微球粒径为120-400nm。在本专利技术的一个实施例中，单分散纳米微球粒径为215nm。光子晶体材料的禁带波长为200-2000nm的红外光、可见光或紫外光。优选地，光子晶体材料的禁带波长为450-640nm的可见光。光子晶体层的厚度为1-50μm(具体如1、2、5、8、10、20、40、50μm)。在本专利技术的一个实施例中，光子晶体层的厚度为10μm。粘弹性聚合物选自但不限于：聚异戊二烯、无规立构聚丙烯、聚丁二烯、聚异丁烯、硅烷、醋酸乙烯酯、丙烯酸酯甲基丙烯酸酯和苯乙烯中的一种或两种以上的混合物或共聚物。在本专利技术的一个实施方式中，粘弹性聚合物为丙烯酸丁酯-苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物。具体地，上述丙烯酸丁酯-苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物中，丙烯酸丁酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯结构单元的含量分别为15-25％(具体如15％、16％、18％、20％、22％、24％、25％)、30-40％(具体如30％、32％、34％、35％、36％、38％、40％)、40-50％(具体如40％、42％、44％、45％、46％、48％、50％)。在本专利技术的一个实施例中，上述丙烯酸丁酯-苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物中，丙烯酸丁酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯结构单元的含量分别约为20％、35％、45％。粘弹性聚合物的折射率为1.2-1.8(具体如1.2、1.4、1.6、1.8)。粘弹性聚合物的厚度为1-50μm(具体如1、2、5、8、10、20、40、50μm)。粘弹性聚合物的分子量为500000-5000000(具体如500000、1000000、1500000、2000000、2500000、3000000、3500000、4000000、4500000、5000000)。在本专利技术的一个实施例中，粘弹性聚合物的厚度为10μm。基底A和B的原料独立地选自但不限于：塑料、纸张、皮革、金属、木材和陶瓷中的一种。进一步地，上述基底A是透明的。进一步地，上述基底B是透明的。在本专利技术的一个实施方式中，上述基底A为塑料，如PET塑料。在本专利技术的一个实施方式中，上述基底B为塑料，如PET塑料。进一步地，上述复合层A与复合层B之间设有阻隔层C。工作原理：阻隔层C用以避免复合层A与复合层B立刻发生反应，用以实现复合层A、复合层B在常规条件下长期保存的目的。待需要时只需移除阻隔层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热累积指示器，其包括：复合层A和复合层B，其中，/n所述复合层A包括基底A，所述基底A的至少一面设有光子晶体层；/n所述复合层B包括基底B，所述基底B的至少一面设有粘弹性聚合物。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种热累积指示器，其包括：复合层A和复合层B，其中，
所述复合层A包括基底A，所述基底A的至少一面设有光子晶体层；
所述复合层B包括基底B，所述基底B的至少一面设有粘弹性聚合物。


2.如权利要求1所述的热累积指示器，其特征在于，所述光子晶体材料由密堆积形式周期性紧密排布的单分散纳米微球构筑，优选六方密堆积；
所述单分散纳米微球的原料选自：聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸、二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、四氧化三铁、聚酰亚胺、硅树脂和酚醛树脂中的一种或两种以上的混合物。


3.如权利要求2所述的可视化热累积指示器，其特征在于，所述单分散纳米微球的折射率为1.0-2.5；和/或，所述粘弹性聚合物的折射率为1.2-1.8。


4.如权利要求2所述的热累积指示器，其特征在于，所述单分散纳米微球的多分散系数小于5％；和/或，所述单分散纳米微球粒径为80-1100nm。


5.如权利要求2所述的热累积指示器，其特征在于，所述单分散纳米微球的多分散系数小于0.5％；和/或，所述单分散纳米微球粒径为120-400nm。


6.如权利要求2所述的热累积指示器，其特征在于，所述光子晶体层的厚度为1-50μm；和/或，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶常青，郑世容，陈硕然，张卫，韩鹏举，宋延林，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32