一种动力学可调节的变色材料及其制备方法

摘要

本发明涉及变色材料制备技术领域，具体涉及一种动力学可调节的变色材料及其制备方法，它采用如下的技术方案：步骤一：以分散质为表面暴露有单质银的纳米颗粒、且含有胶体稳定剂的胶体水溶液为初始水溶液，该水溶液在380‑850nm范围内最大消光不小于0.1cm‑1，其中纳米颗粒包括(但不限于)银纳米球、纳米棒、纳米片，以及以单质金、钯等纳米结构为核、单质银为壳层的各种纳米结构；步骤二：在步骤一的初始水溶液中，不分前后次序依次加入酸度调节剂、防冻剂、黏度调节剂、成胶剂，进行充分混合，形成均一的胶体溶液。它采用自演化活性纳米材料，颜色变化丰富，且体积较小；动力学可调节范围大，可覆盖大多数易变质产品的变质动力学参数，且成本较低。

权利要求

1.一种动力学可调节的变色材料的制备方法，其特征在于：它采用如下的技术方案：步骤一：以分散质为表面暴露有单质银的纳米颗粒、且含有胶体稳定剂的胶体水溶液为初始水溶液；

其中：纳米颗粒包括银纳米球、纳米棒、纳米片，以及以单质金、钯纳米结构为核、单质银为壳层的各种纳米结构；

其中：胶体稳定剂为氯离子、溴离子、碘离子的阳离子型表面活性剂，包括十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基碘化铵；

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该水溶液在380-850nm范围内最大消光不小于0.1cm ，胶体稳定剂的浓度不低于

0.01mM；

步骤二：在步骤一的混合水溶液中，不分前后次序依次加入还原剂、酸度调节剂、防冻剂、黏度调节剂、成胶剂，进行充分混合，形成均一的胶体溶液；

其中：酸度调节剂为水溶性且不与一价银离子形成沉淀的弱酸，包括甲酸、乙酸、草酸、乳酸、柠檬酸、葡萄糖酸；

还原剂为抗坏血酸、异抗坏血酸及其水溶性衍生物，包括抗坏血酸和异抗坏血酸的钠盐、钾盐、铵盐、卤代衍生物；

黏度调节剂为各种水溶性黏度调节剂，包括卡波姆、黄原胶；

成胶剂为各种水溶性成胶剂，包括琼脂、明胶、阿拉伯胶；

酸度调节剂浓度不低于0.01mM；还原剂浓度最低为0，最高不超过总体质量的50％；防冻剂、黏度调节剂、成胶剂浓度最低为0，最高不超过总体质量的60％。

说明书

一种动力学可调节的变色材料及其制备方法

【技术领域】

[0001] 本发明涉及变色材料制备技术领域，具体涉及一种动力学可调节的变色材料及其制备方法。【背景技术】

[0002] 随着社会发展，变色材料的应用也越来越广泛。变色材料其性质表为变色动力学可在大范围内进行调节。变色动力学，主要指两个参数，即变色速率(或变色时间，两者互为倒数)和活化能，两者皆可在大范围进行调节。传统的变色材料在使用和制备上存在如下问题：第一是，SensorMark的显示技术采用染料扩散过程，因而体积较大。第二是，OnVu的显示技术采用染料褪色过程，其颜色变化较为单一；以上两项技术的动力学可调节范围相对较小，成本较高。【发明内容】

[0003] 本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单，设计合理、使用方便的一种动力学可调节的变色材料及其制备方法，它采用用自演化活性纳米材料，颜色变化丰富，且体积较小；具有动力学可调节范围大，可覆盖大多数易变质产品的变质动力学参数，且成本较低；可针对各种易变质产品的变质动力学特性(即多个温度下的变质时间)，通过调节配方得到与其参数相匹配的变色材料，从而可跟踪、模拟并指示易变质产品生产、运输、储藏、销售、消费整个过程中的质量变化情况。

[0004] 本发明所述的一种动力学可调节的变色材料及其制备方法，它采用如下的技术方案：

[0005] 步骤一：以分散质为表面暴露有单质银的纳米颗粒、且含有胶体稳定剂的胶体水溶液为为初始水溶液；

[0006] 其中：纳米颗粒包括(但不限于)银纳米球、纳米棒、纳米片，以及以单质金、钯等纳米结构为核、单质银为壳层的各种纳米结构；

[0007] 其中：胶体稳定剂为含卤离子(包括氯离子、溴离子、碘离子)的阳离子型表面活性剂，包括(但不限于)十六烷基三甲基氯化铵(简写为CTAC)、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基碘化铵；

[0008] 该水溶液在380-850nm范围内最大消光不小于0.1cm-1，胶体稳定剂的浓度不低于0.01mM。

[0009] 步骤二：在步骤一的混合水溶液中，不分前后次序依次加入酸度调节剂、防冻剂、黏度调节剂、成胶剂，进行充分混合，形成均一的胶体溶液；其中：酸度调节剂浓度不低于0.01mM；还原剂浓度最低为0，最高不超过总体质量的50％；防冻剂、黏度调节剂、成胶剂浓度最低为0，最高不超过总体质量的60％。

[0010] 进一步地，步骤二中的酸度调节剂为各种水溶性(且不与一价银离子形成沉淀)的弱酸，包括(但不限于)甲酸、乙酸、草酸、乳酸、柠檬酸、葡萄糖酸。

[0011] 进一步地，步骤二中的还原剂为抗坏血酸、异抗坏血酸及其水溶性衍生物，包括(但不限于)(异)抗坏血酸的钠盐、钾盐、铵盐、卤代衍生物。

[0012] 进一步地，步骤二中的黏度调节剂为各种水溶性黏度调节剂，包括(但不限于)卡波姆、黄原胶。

[0013] 进一步地，步骤二中的成胶剂为各种水溶性成胶剂，包括(但不限于)琼脂、明胶、阿拉伯胶。

[0014] 采用上述结构后，本发明有益效果为：本发明所述的一种动力学可调节的变色材料及其制备方法，它采用自演化活性纳米材料，颜色变化丰富，且体积较小；动力学可调节范围大，可覆盖大多数易变质产品的变质动力学参数，且成本较低；可针对各种易变质产品的变质动力学特性(即多个温度下的变质时间)，通过调节配方得到与其参数相匹配的变色材料，从而可跟踪、模拟并指示易变质产品生产、运输、储藏、销售、消费整个过程中的质量变化情况。【附图说明】

[0015] 此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

[0016] 图1是本发明的变色过程的示意图；【具体实施方式】

[0017] 下面以具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

[0018] 本具体实施方式所述的一种动力学可调节的变色材料及其制备方法，它采用如下的技术方案：

[0019] 步骤一：以分散质为表面暴露有单质银的纳米颗粒、且含有胶体稳定剂的胶体水溶液为为初始水溶液；

[0020] 其中：纳米颗粒包括(但不限于)银纳米球、纳米棒、纳米片，以及以单质金、钯等纳米结构为核、单质银为壳层的各种纳米结构；

[0021] 其中：胶体稳定剂为含卤离子(包括氯离子、溴离子、碘离子)的阳离子型表面活性剂，包括(但不限于)十六烷基三甲基氯化铵(简写为CTAC)、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基碘化铵；

[0022] 该水溶液在380-850nm范围内最大消光不小于0.1cm-1，胶体稳定剂的浓度不低于0.01mM。

[0023] 步骤二：在步骤一的混合水溶液中，不分前后次序依次加入酸度调节剂、防冻剂、黏度调节剂、成胶剂，进行充分混合，形成均一的胶体溶液；其中：酸度调节剂浓度不低于0.01mM；还原剂浓度最低为0，最高不超过总体质量的50％；防冻剂、黏度调节剂、成胶剂浓度最低为0，最高不超过总体质量的60％。

[0024] 进一步地，步骤二中的酸度调节剂为各种水溶性(且不与一价银离子形成沉淀)的弱酸，包括(但不限于)甲酸、乙酸、草酸、乳酸、柠檬酸、葡萄糖酸。

[0025] 进一步地，步骤二中的还原剂为抗坏血酸、异抗坏血酸及其水溶性衍生物，包括(但不限于)(异)抗坏血酸的钠盐、钾盐、铵盐、卤代衍生物。

[0026] 进一步地，步骤二中的黏度调节剂为各种水溶性黏度调节剂，包括(但不限于)卡波姆、黄原胶。

[0027] 进一步地，步骤二中的成胶剂为各种水溶性成胶剂，包括(但不限于)琼脂、明胶、阿拉伯胶。

[0028] 本发明中，以表面暴露有单质银的纳米颗粒胶体水溶液为原料，包括(但不限于)银纳米球、纳米棒、纳米片，以及以单质金、钯等纳米结构为核、单质银为壳层的各种纳米结-1构，该溶液在380-850nm范围内最大消光不小于0.1cm 。

[0029] 其中：体系中的胶体稳定剂为含卤离子(包括氯离子、溴离子、碘离子)的阳离子型表面活性剂，包括(但不限于)十六烷基三甲基氯化铵(简写为CTAC)、十六烷基三甲基溴化铵(简写为CTAB)、十六烷基三甲基碘化铵(简写为CTAI)。

[0030] 其中：引起变色过程的核心反应为单质银在酸性条件下氧化溶解的反应，其反应方程式如下：

[0031] Ag+O2+4H++4X-→4AgX+2H2O

[0032] (其中X-为卤素阴离子，如氯离子、溴离子、碘离子)

[0033] 其中：体系中的酸度调节剂为各种水溶性(且不与一价银离子形成沉淀)的弱酸，包括(但不限于)甲酸、乙酸、草酸、乳酸、柠檬酸、葡萄糖酸等。

[0034] 其中：体系中的还原剂为抗坏血酸、异抗坏血酸及其水溶性衍生物，包括(但不限于)(异)抗坏血酸的钠盐、钾盐、铵盐、卤代衍生物等。

[0035] 其中：体系中的防冻剂为各种水溶性防冻剂，包括(但不限于)乙二醇、丙二醇、丙三醇等。

[0036] 其中：体系中的黏度调节剂为各种水溶性黏度调节剂，包括(但不限于)卡波姆、黄原胶等。

[0037] 其中：体系中的成胶剂为各种水溶性成胶剂，包括(但不限于)琼脂、明胶、阿拉伯胶等。

[0038] 本发明的典型制备步骤如下：

[0039] 向含有CTAC和纳米颗粒的水溶液中加入酸度调节剂(如乳酸)、防冻剂(如丙二醇)，黏度调节剂(如黄原胶)，加入次序不限，充分混合，形成均一的胶体溶液。此胶体溶液即可发生自发变色过程。要说明的是：本发明中的还原剂、防冻剂、黏度调节剂、成胶剂可不加。

[0040] 本发明的具体实施例如下：

[0041] 如图1所示变色材料在具体上的应用：以“金核银壳”的纳米棒结构为例，当金纳米棒核与银壳的尺寸符合一定比例时，纳米棒溶液呈绿色。向其中加入乳酸后，银壳随时间逐渐氧化溶解，溶液颜色渐变为浅绿色、黄色、橙色；当银壳完全溶解后，只余金纳米棒结构，此时溶液呈粉红色。

[0042] 要说明的是：图1的表中分针指向一点到四点之间为绿色；五点到八点是黄色，九点到十一点为橙色，十二点为粉红色。

[0043] 本发明的变色材料制备后，其颜色随时间按预设的顺序渐变。其变色速率可通过配方进行调节，25℃下，其变色时间可在6小时至2年范围内调节。其变色活化能可通过配方进行调节，0至40℃范围内，其活化能可在50至250kJ/mol范围内调节。该材料可用于时间-温度指示，对易变质产品的质量变化进行跟踪、模拟和显示，其工作温度为-25至100℃。

[0044] 本发明所述的一种动力学可调节的变色材料及其制备方法，它采用自演化活性纳米材料，颜色变化丰富，且体积较小；动力学可调节范围大，可覆盖大多数易变质产品的变质动力学参数，且成本较低；可针对各种易变质产品的变质动力学特性(即多个温度下的变质时间)，通过调节配方得到与其参数相匹配的变色材料，从而可跟踪、模拟并指示易变质产品生产、运输、储藏、销售、消费整个过程中的质量变化情况。

[0045] 以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。