三输出高温可调阈值温度指示薄膜及其制备方法与应用技术

本申请公开了三输出高温可调阈值温度指示薄膜及其制备方法与应用，由于可视化变色、发光颜色切换和高对比度的强度变化，有利于肉眼方便检测热变化；然而，化学开关很难在固态下实现，尤其是在高温区；本申请基于二氟硼β

Three output high temperature adjustable threshold temperature indicating film and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
三输出高温可调阈值温度指示薄膜及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于光学温度探针
，具体涉及三输出高温可调阈值温度指示薄膜及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]发光温度传感器因其具有监测运动物体、响应速度快、空间分辨率高、非侵入性强等优点而受到越来越多的关注。热致发光染料表现出不同的光物理性质，以响应环境温度刺激，例如荧光强度、比率荧光(有时伴随肉眼荧光颜色)或荧光寿命的变化。这些特性使热响应材料在阈值温度计、温度指示器、智能纺织品、电子皮肤等领域得到广泛应用。
[0003]在火灾或生产事故分析、易磨损或高速运行部件的实时监测、安全生产预警等领域，对高温传感器和指示器提出了很高的要求。迄今为止，已报道的可应用于高温地区的高性能温度计大多基于无机材料，包括团簇、配位聚合物和金属有机框架。然而，这些无机传感材料主要是昂贵的稀土配合物。此外，它们很难形成均匀柔性的大面积薄膜来实现梯度热成像。有机薄膜温度计为在大面积或不规则表面上为显示可逆温度变化或不可逆热历史提供了另一种可靠可行的方法。
[0004]为了实现可靠方便、高对比度发光开关或颜色变化的高温指示器对于环境大气中的肉眼检测至关重要。本专利技术展示了一系列高性能的比率高温(140
─
180℃)的阈值温度计，基于固体薄膜中的非侵入式分子内化学反应。这些薄膜温度计显示出肉眼可见的热致变色、荧光颜色和荧光强度三种信号，无需任何添加剂或额外的操作处理。这表明在低成本、稳定和室外热显示方面具有良好的潜力。
专利技术内容
[0005]解决的技术问题：为了克服现有技术中存在的不足，本申请提出三输出高温可调阈值温度指示薄膜及其制备方法与应用，以解决现有技术中信号单一、阈值温度低和颜色对比度低等问题。
[0006]技术方案：
[0007]一种三输出高温可调阈值温度指示薄膜，所述三输出高温可调阈值温度指示薄膜由易受热发生化学反应的有机热致变色化合物二氟硼β
‑
二酮类化合物和透明聚合物基质制备而成，所述二氟硼β
‑
二酮类化合物受热可发生表观颜色、荧光颜色和荧光强度三输出信号的温度依赖性变化，所述透明聚合物基质为PS(聚苯乙烯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)、PEG4000(聚乙二醇)、PVAc(醋酸乙烯树脂)、PVA(聚乙烯醇)、PVK(聚乙烯基咔唑)、PVP(聚乙烯吡咯烷酮)、PLA(聚乳酸)中的一种；所述二氟硼β
‑
二酮类化合物结构通式如下：
[0008][0009]式中R为共轭芳基类基团，所述共轭芳基类基团选自以下结构的一种：
[0010][0011]其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R
10
、R
11
、R
12
相同或不同，为氢、卤素、烷基、氧烷基、烯基、炔基、环烷基、芳香基或杂环基。
[0012]作为本申请的一种优选技术方案，所述二氟硼β
‑
二酮类化合物的合成途径如下：
[0013][0014]其中，R为共轭芳基类基团，所述共轭芳基类基团选自以下结构的一种：
[0015][0016]其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R
10
、R
11
、R
12
相同或不同，为氢、卤素、烷基、氧烷基、烯基、炔基、环烷基、芳香基或杂环基中的一种。
[0017]作为本申请的一种优选技术方案，所述二氟硼β
‑
二酮类化合物的制备方法包括如下步骤：
[0018]步骤a、将1当量的RBr(化合物1)加入1.2当量的1,1
‑
二氯甲醚与四氯化钛，得到RBr(CHO)(化合物2)；
[0019]步骤b、将1当量的RCOOEt(化合物3)和2当量的丙酮(化合物4)的混合物溶解在干燥的四氢呋喃溶液中，然后添加2当量的NaH；搅拌混合物，并在氮气气氛下回流；冷却至室温后去除溶剂，进一步用石油醚清洗3遍，收集得到黄色固体；然后将收集的固体溶解在CH2Cl2中；再加入1.5当量的三氟化硼二乙醚络合物，在室温氮气气氛下搅拌，反应时间为2
‑
4小时，得到化合物5；
[0020]步骤c、向甲苯或二甲基甲酰胺溶剂中加入1当量的化合物2和1.2当量的化合物5，再添加0.5当量的有机碱和0.5当量的有机酸，并在室温下搅拌混合物反应10小时得到化合物6，即为二氟硼β
‑
二酮类化合物。
[0021]三输出高温可调阈值温度指示薄膜的制备方法，包括如下步骤：
[0022]第一步：按质量份数配比二氟硼β
‑
二酮类化合物：透明聚合物基质＝1:100称取二氟硼β
‑
二酮类化合物和透明聚合物基质，并使用色谱纯的易挥发溶剂溶解，溶解浓度为30mg/mL，得到的混合溶液并进行超声半小时至完全溶解；
[0023]第二步：将上述混合溶液滴涂置石英片基底上，形成厚度80
‑
100nm均匀薄膜并挥发干；
[0024]第三步：将上述薄膜放入真空干燥箱烘干，烘箱温度：50℃；烘干时间：2小时，即得三输出高温可调阈值温度指示薄膜。
[0025]作为本申请的一种优选技术方案，所述有机碱为三甲胺、三乙胺、吡啶、氨基苯酚或哌啶；所述有机酸为甲酸、乙酸、丙酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、马来酸、酒石酸、苯甲酸、苯乙酸、邻苯二甲酸或对苯二甲酸。
[0026]作为本申请的一种优选技术方案：所述二氟硼β
‑
二酮类化合物热致变色反应如下：
[0027][0028]将化合物6添加到高沸点溶剂中，然后回流加热，除去溶剂后得到化合物7。
[0029]作为本申请的一种优选技术方案：所述高沸点溶剂为甲苯或二甲基甲酰胺。
[0030]本申请还公开了作为本申请的一种优选技术方案：所述易挥发溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷或乙醇。
[0031]本申请还公开了三输出高温可调阈值温度指示薄膜在三输出高温可调阈值温度指示薄膜阈值温度计中的应用：所述三输出高温可调阈值温度指示薄膜阈值温度计通过改变薄膜中具有不同玻璃化转变温度T
g
的透明聚合物基质与二氟硼β
‑
二酮类化合物共混掺杂时，制备表观颜色、荧光颜色和荧光强度变化实现高温阈值温度传感，并且与不同透明聚合物基质掺杂可实现不同阈值温度，该方法具有阈值温度可调性。
[0032]作为本申请的一种优选技术方案：所述三输出高温可调阈值温度指示薄膜可实现高温阈值指示，温度高达140℃—180℃，该薄膜表观颜色和发射颜色的热诱导变化都是不可逆的，实现永久和稳定的温度历史记录，薄膜在大气环境中无需避光和保持干燥环境，荧光和吸收光谱曲线可保持至少九个月；薄膜在水中浸泡一周，荧光光谱未发生明显变化；薄膜对400nm和500nm的光照9mW cm
‑2，照射1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.三输出高温可调阈值温度指示薄膜，其特征在于：所述三输出高温可调阈值温度指示薄膜由易受热发生化学反应的有机热致变色化合物二氟硼β
‑
二酮类化合物和透明聚合物基质制备而成，所述二氟硼β
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二酮类化合物受热可发生表观颜色、荧光颜色和荧光强度三输出信号的温度依赖性变化，所述透明聚合物基质为PS(聚苯乙烯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)、PEG4000(聚乙二醇)、PVAc(醋酸乙烯树脂)、PVA(聚乙烯醇)、PVK(聚乙烯基咔唑)、PVP(聚乙烯吡咯烷酮)、PLA(聚乳酸)中的一种；所述二氟硼β
‑
二酮类化合物结构通式如下：式中R为共轭芳基类基团，所述共轭芳基类基团选自以下结构的一种：其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R
10
、R
11
、R
12
相同或不同，为氢、卤素、烷基、氧烷基、烯基、炔基、环烷基、芳香基或杂环基。2.根据权利要求1所述三输出高温可调阈值温度指示薄膜，其特征在于，所述二氟硼β
‑
二酮类化合物的合成途径如下：其中，R为共轭芳基类基团，所述共轭芳基类基团选自以下结构的一种：
其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R
10
、R
11
、R
12
相同或不同，为氢、卤素、烷基、氧烷基、烯基、炔基、环烷基、芳香基或杂环基中的一种。3.根据权利要求2所述三输出高温可调阈值温度指示薄膜，其特征在于，所述二氟硼β
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二酮类化合物的制备方法具体包括如下步骤：步骤a、将1当量的RBr(化合物1)加入1.2当量的1,1
‑
二氯甲醚与四氯化钛，得到RBr(CHO)(化合物2)；步骤b、将1当量的RCOOEt(化合物3)和2当量的丙酮(化合物4)的混合物溶解在干燥的四氢呋喃溶液中，然后添加2当量的NaH；搅拌混合物，并在氮气气氛下回流；冷却至室温后去除溶剂，进一步用石油醚清洗3遍，收集得到黄色固体；然后将收集的固体溶解在CH2Cl2中；再加入1.5当量的三氟化硼二乙醚络合物，在室温氮气气氛下搅拌，反应时间为2
‑
4小时，得到化合物5；步骤c、向甲苯或二甲基甲酰胺溶剂中加入1当量的化合物2和1.2当量的化合物5，再添加0.5当量的有机碱和0.5当量的有机酸，并在室温下搅拌混合物反应10小时得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱妍，占艳慧，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：