一种高温可逆热致变色智能材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术一种高温可逆热致变色智能材料及其制备方法和应用，所述高温可逆热致变色智能材料化学式为LaCr1‑

【技术实现步骤摘要】
一种高温可逆热致变色智能材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及功能材料
，具体涉及一种高温可逆热致变色智能材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]可逆热致变色材料是一类材料颜色和光学性质随环境温度变化的材料，具有智能示温效果，在热指示等方面具有广阔应用前景。面对高温、高压、高转速、狭小空间等极端环境条件，传统的温度检测技术难以适用，使用可逆热致变色材料在高温下进行高精度的非接触测温至关重要。
[0003]在智能示温领域，高温可逆热致变色涂层可以实现航空发动机、航天发动机、空天核反应堆、工业炉膛以及民用燃气轮机等高温热端部件处的表面温度热指示。例如，航空发动机叶片、燃烧室、喷嘴处高温部件温度普遍超过500℃，用高温可逆变色涂料测量发动机在高速旋转的高温部件的表面温度，可以获得所测试部件的温度场分布，具有直观形象的全域温度场颜色显示。而采用常规测量技术要得到这样的结果几乎是不可能的。
[0004]目前已报道的热致变色材料主要是酯类、苯类、苯胺类、聚二乙炔类等有机物和矾氧化物(VO2、V2O5等)、稀土石榴石结构氧化物(Er3Ga5O
12
、Sm3Fe5O
12
)、MoO3、Bi2O3等无机金属化合物。有机物类材料颜色鲜艳，但变色温域主要在室温(RT)到200℃之间，热稳定性差，在较高温度下容易分解。无机物类材料中V2O5和MoO3基材料主要在300℃以下变色。Liu等(Chem.Mater.2019,31,1048
‑
1056)报道的Er3Ga5O
12
可以在室温到460℃范围内变色，在不同温度下的可见光谱几乎完全重合，颜色变化小且颜色与温度对应关系并不明确。Yuan等(J.Mater.Chem.C,2022,10,11354)报道Fe/Cr
‑
(co)掺杂的α
‑
Al2O3的色度值参数L*ab与温度变化可拟合函数关系，但该函数近乎水平直线，且误差较大，限制了其进一步应用。因此，开发一种高温下稳定变色且温度变化与颜色改变具有明确对应关系的高温可逆热致变色智能材料，是当前研究领域内亟待解决的一项技术难题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高温稳定、变色温域宽、高度可循环、易于大面积制备、颜色和温度对应关系明确的高温可逆热致变色智能材料及其制备方法和应用。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种高温可逆热致变色智能材料，该材料的化学结构式为LaCr1‑
x
Co
x
O3，其中，x为Co的掺杂量，0≤x≤0.2。
[0007]本专利技术还提供一种高温可逆热致变色智能材料的制备方法，采用固相法或溶胶凝胶法制备。
[0008]进一步地，所述固相法包括以下步骤：将含镧化合物、含铬化合物、含钴化合物混合，所得混合物与有机溶剂一并置于球磨罐中进行球磨混合，得到混合浆料，将混合浆料干燥后压片，得到块体薄片，然后煅烧，所得固相产物进行粉碎，得到热致变色智能材料。
[0009]球磨法主要靠在球磨机中利用研磨介质之间的挤压力与剪切力来破碎物料，在球磨过程中，依靠球磨介质和球磨介质之间、粉末与球磨介质和球磨罐壁之间发生的剧烈的碰撞、挤压、摩擦，将球磨介质的机械能以不同的形式传递给粉末，粉末在此过程中的频繁碰撞中大晶粒变为小晶粒，不断细化。
[0010]固相法是将金属盐或金属氧化物按一定比例充分混合，研磨后进行煅烧，通过发生固相反应直接制得粉末，或者是再次粉碎得到粉末。固相反应的发生起始于两种反应物分子之间的扩散接触，接着发生化学作用，生成产物分子，产物分子集积到一定大小，出现产物的晶核，从而完成成核过程。随着晶核的长大，达到一定的大小后出现产物的独立晶相，逐步形成目标产物。
[0011]进一步地，所述含镧化合物包括氧化镧；所述含铬化合物包括氧化铬；所述含钴化合物包括氧化钴；
[0012]所述有机溶剂为乙醇、乙二醇、正丁醇、丙酮中的任意一种或至少几种的混合溶剂；有机溶剂的添加量为金属化合物的混合物总质量的5％
‑
20％
[0013]所述干燥的温度为100
‑
140℃，干燥时间24
‑
48h；
[0014]所述煅烧温度为800
‑
1200℃，煅烧时间2
‑
24h。
[0015]进一步地，所述溶胶凝胶法包括以下步骤：将硝酸镧、硝酸铬、硝酸钴混合，所得混合物与螯合剂、分散剂一起混合，水浴加热下磁力搅拌，直至形成深蓝色溶胶；将溶胶陈化冷却至室温后，干燥，形成凝胶；将凝胶充分研磨后煅烧，得到热致变色智能材料。
[0016]进一步地，金属硝酸盐(硝酸镧、硝酸铬、硝酸钴)先按摩尔比1：1溶解在水中形成混合溶液，然后再加入螯合剂和分散剂。所述螯合剂包括柠檬酸；所述分散剂包括乙二醇；柠檬酸与总金属硝酸盐的摩尔比为1.5
‑
2.5:1，乙二醇与柠檬酸的摩尔比为1
‑
1.5:1；
[0017]乙二醇(CH2OH)2)是直分子链结构，两端的羟基可以作为配体与金属离子进行配位，作为分散剂使用。柠檬酸(C6H8O7)中含有三个羧基，羧酸基团去质子化，形成的羧酸根可与二价、三价元素进行螯合，有较强的螯合能力，作为螯合剂使用。
[0018]所述干燥的温度为80
‑
100℃，干燥时间24
‑
48h；煅烧的温度700
‑
900℃，煅烧时间2
‑
4h。
[0019]本专利技术还提供一种高温可逆热致变色智能材料的应用，将所述热致变色智能材料与有机载体均匀研磨形成印刷浆料，涂敷于基材上，煅烧形成涂层。
[0020]进一步地，所述有机载体为乙基纤维素和松油醇；乙基纤维素和松油醇的重量比为1：(20～30)；
[0021]涂敷方式为多层丝网印刷，优选4
‑
6层，印刷后放入烘箱80
‑
150℃烘干15
‑
30min，然后印刷下一层；所述煅烧温度为1300
‑
1400℃，煅烧2
‑
6h。
[0022]进一步地，所述的基材包括航空发动机、航天发动机、空天核反应堆、工业炉膛或民用燃气轮机的高温热端部件；所述涂层在高温热端部件表面指示温度。
[0023]进一步地，所述的涂层在高温热端部件表面指示温度的方法为构建温度
‑
色坐标数学模型，包括以下步骤：
[0024]S1：拍摄不同温度下涂层表面颜色光学照片并利用图像处理系统得到其色坐标值，在色度图中确定颜色位置；
[0025]S2：将色度值与温度在坐标系中拟合函数关系，得到涂层颜色与温度之间的对应
数学模型。
[0026]上述色坐标选择CIE xyY(x,y,Y)，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温可逆热致变色智能材料，其特征在于，该材料的化学结构式为LaCr1‑
x
Co
x
O3，其中，x为Co的掺杂量，0≤x≤0.2。2.一种如权利要求1所述的高温可逆热致变色智能材料的制备方法，其特征在于，采用固相法或溶胶凝胶法制备。3.根据权利要求2所述的高温可逆热致变色智能材料的制备方法，其特征在于，所述固相法包括以下步骤：将含镧化合物、含铬化合物、含钴化合物混合，所得混合物与有机溶剂一并置于球磨罐中进行球磨混合，得到混合浆料，将混合浆料干燥后压片，得到块体薄片，然后煅烧，所得固相产物进行粉碎，得到热致变色智能材料。4.根据权利要求3所述的高温可逆热致变色智能材料的制备方法，其特征在于，所述含镧化合物包括氧化镧；所述含铬化合物包括氧化铬；所述含钴化合物包括氧化钴；所述有机溶剂为乙醇、乙二醇、正丁醇、丙酮中的任意一种或至少几种的混合溶剂；有机溶剂的添加量为金属化合物的混合物总质量的5％
‑
20％；所述干燥的温度为100
‑
140℃，干燥时间24
‑
48h；所述煅烧温度为800
‑
1200℃，煅烧时间2
‑
24h。5.根据权利要求2所述的高温可逆热致变色智能材料的制备方法，其特征在于，所述溶胶凝胶法包括以下步骤：将硝酸镧、硝酸铬、硝酸钴混合，所得混合物与螯合剂、分散剂一起混合，水浴加热下磁力搅拌，直至形成深蓝色溶胶；将溶胶陈化冷却至室温后，干燥，形成凝胶；将凝胶充分研磨后煅烧，得到热致变色智能材料。6.根据权利要求5所述的高温可逆热致变色智能材料，其特征在于，所述螯合剂包括柠檬酸；所述分散...

【专利技术属性】
技术研发人员：范同祥，徐念澳，童丽萍，王忠阳，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：