一种反刚致变色温度传感材料及其制备方法、应用

本申请涉及一种反刚致变色温度传感材料及其制备方法、应用，属于温度传感领域。

背景技术：

1、温变材料在温度安全预警、防伪加密、显示器件以及生物分析等领域具有重要的应用价值。在众多的温变材料中，荧光温度传感材料由于具有可见读数、高时/空分辨率等优点，备受研究者们的青睐。例如：有机荧光团、纳米管、量子点、无机荧光粉和有机-无机杂化材料等已经被用于较宽范围的温度测量。然而，传统的荧光温度传感材料存在材料形态单一、应用场景受限、抗干扰能力较差、严峻的非辐射跃迁衰变等问题。因此，设计一种形态可调、应用场景广的新型有机荧光温度传感器具有重要的理论价值和实际意义。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明利用聚合物与荧光分子之间的反刚致变色效应，发明一种新型温敏材料，所述反刚致变色温度传感材料包括聚合物和反刚致变色荧光分子；所述聚合物选自聚丙烯酸苯酚酯、聚丙烯酸苯酚酯类衍生物、聚丙烯酸五氟苯酚酯、聚丙烯酸五氟苯酚酯类衍生物中的至少一种。由于荧光分子对聚合物刚性环境的高敏感性，该材料在不同温度下展现出丰富的荧光颜色，对温度具有很好的指示作用。所研发的荧光温度传感材料对酸、离子、湿气、溶剂、光照射、机械力、极端(高电场、磁场、真空)或其他环境中表现出出色的抗干扰能力。此外，材料的多形态特性适用于多种测温环境，如流体、极窄孔、曲面、柔性表面等非常规环境。利用荧光分子的酸致变色响应，我们构建温度传感材料的不可逆工作模式，因此，材料具有可逆与不可逆两种工作模式。

2、根据本申请的第一方面，提供了一种反刚致变色温度传感材料，所述反刚致变色温度传感材料包括聚合物和反刚致变色荧光分子；

3、所述聚合物选自聚丙烯酸苯酚酯、聚丙烯酸苯酚酯类衍生物、聚丙烯酸五氟苯酚酯、聚丙烯酸五氟苯酚酯类衍生物中的至少一种；

4、所述反刚致变色荧光分子选自以下结构式的化合物中至少一种；

5、

6、可选地，所述聚合物的单体和反刚致变色荧光分子的摩尔比为600000:1-300000:1。

7、可选地，所述反刚致变色温度传感材料的形态选自柔性薄膜、涂层、块状、微球、纤维状、管状形态中的任一种。

8、可选地，所述聚合物选自以下结构式的化合物中的至少一种：

9、

10、根据本申请的第二方面，提供了一种上述反刚致变色温度传感材料的制备方法，所述制备方法包括：

11、将聚合物和反刚致变色荧光分子共混成膜，浇筑到模具中，得到所述反刚致变色温度传感材料；或者，

12、将含有反刚致变色荧光分子、丙烯酸类单体和光引发剂的前驱体溶液进行光引发聚合得到所述反刚致变色温度传感材料；

13、所述丙烯酸类单体选自丙烯酸苯酚酯、丙烯酸苯酚酯类衍生物、丙烯酸五氟苯酚酯、丙烯酸五氟苯酚酯类衍生物中的至少一种。

14、可选地，所述光引发聚合的条件为：光功率为6-200w，光波长为250-420nm，光照时间为5-60min。

15、可选地，所述含有反刚致变色荧光分子、丙烯酸类单体和光引发剂的前驱体溶液包括：丙烯酸类单体、含有光引发剂的溶液和含有反刚致变色荧光分子的溶液；

16、优选地，所述含有反刚致变色荧光分子的溶液中，所述反刚致变色荧光分子的浓度为2.5×10-4mol/l。

17、可选地，所述光引发剂选自2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦中的至少一种。

18、可选地，在所述含有反刚致变色荧光分子的溶液和含有光引发剂的溶液中，包括溶剂i，所述溶剂i选自甲苯、1,4-二氧六环、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮、氯苯、邻二氯苯、乙腈中的至少一种。

19、可选地，在所述前驱体溶液中，还包括交联剂，所述交联剂选自1,6-己二醇二丙烯酸酯。

20、可选地，颗粒状反刚致变色温度传感材料的制备方法包括：

21、在黑暗和氮气环境下，将表面活性剂溶液与含有反刚致变色荧光分子、丙烯酸类单体和光引发剂的前驱体溶液混合，紫外光线照射，得到所述颗粒状反刚致变色温度传感材料；

22、优选地，所述表面活性剂选自聚乙烯吡咯烷酮。

23、可选地，块状反刚致变色温度传感材料的制备方法包括：将所述含有反刚致变色荧光分子、丙烯酸类单体和光引发剂的前驱体溶液加入空心四氟管模具中进行5-10min的光聚合，得到所述块状反刚致变色温度传感材料。

24、可选地，薄膜反刚致变色温度传感材料的制备方法包括：将所述含有反刚致变色荧光分子、丙烯酸类单体和光引发剂的前驱体溶液加入玻璃模具中进行4-6min的光聚合，得到所述薄膜反刚致变色温度传感材料。

25、根据本申请的第三方面，提供了一种上述反刚致变色温度传感材料在检测挥发性酸中的应用，将所述反刚致变色温度传感材料与挥发性酸混合，涂覆成膜，得到不可逆温度传感材料，用于温度预警，当温度到达预警温度值时，发生不可逆转的荧光颜色变化。

26、可选地，所述挥发性酸选自盐酸、五氟苯酚、三氟乙酸、苯酚中的至少一种。

27、可选地，本申请中的荧光温度传感材料的测温环境为高真空、高电场、高磁场环境、酸性环境、各种光环境、流体、极窄孔径、封闭空间、不规则表面等。

28、本申请中的温度传感材料是可逆和不可逆温度传感模式。

29、可选地，所述不可逆温度传感模式是使用荧光分子探针与挥发性酸结合，制备的不可逆温度预警材料，用于温度预警；

30、优选地，挥发性酸为盐酸、五氟苯酚、三氟乙酸、苯酚其中的一种或几种；

31、优选地，所述温度传感材料在加热过程中发生酸挥发，导致材料颜色改变。而在冷却至室温时，材料仍然保持高温状态下的颜色，表现出室温下不可逆的特性。

32、可选地，所述可逆温度传感模式是通过紫外光固化法制备的材料；

33、优选地，所述材料具有加热过程材料颜色改变，而在冷却至室温时，颜色恢复的特性。

34、本申请能产生的有益效果包括：

35、本发明所制备的温度传感材料不受形态限制，可灵活制备成柔性薄膜、涂层、块状、微球、纤维状、管状等多种形态；适用场景广泛，不受各种极端环境的干扰，包括高真空、高电场、高磁场、强酸、各种光环境、流体等；具备温度可逆和不可逆变色两种工作模式，可用于温度预警。

技术特征：

1.一种反刚致变色温度传感材料，其特征在于，所述反刚致变色温度传感材料包括聚合物和反刚致变色荧光分子；

2.根据权利要求1所述的反刚致变色温度传感材料，其特征在于，所述聚合物的单体和反刚致变色荧光分子的摩尔比为600000:1-300000:1。

3.根据权利要求1所述的反刚致变色温度传感材料，其特征在于，所述反刚致变色温度传感材料的形态选自柔性薄膜、涂层、块状、微球、纤维状、管状形态中的任一种。

4.根据权利要求1所述的反刚致变色温度传感材料，其特征在于，所述聚合物选自以下结构式的化合物中的至少一种：

5.权利要求1至4任一项所述的反刚致变色温度传感材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述光引发聚合的条件为：光功率为6-200w，光波长为250-420nm，光照时间为5-60min。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述含有反刚致变色荧光分子、丙烯酸类单体和光引发剂的前驱体溶液包括：丙烯酸类单体、含有光引发剂的溶液和含有反刚致变色荧光分子的溶液；

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述光引发剂选自2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦中的至少一种；

9.权利要求1至4任一项所述的反刚致变色温度传感材料在检测挥发性酸中的应用，其特征在于，将所述反刚致变色温度传感材料与挥发性酸混合，涂覆成膜，得到不可逆温度传感材料，用于温度预警，当温度到达预警温度值时，发生不可逆转的荧光颜色变化。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述挥发性酸选自盐酸、五氟苯酚、三氟乙酸、苯酚中的至少一种。

技术总结本发明公开了一种反刚致变色温度传感材料及其制备方法、应用，所述反刚致变色温度传感材料包括聚合物和反刚致变色荧光分子；所述聚合物选自聚丙烯酸苯酚酯、聚丙烯酸苯酚酯类衍生物、聚丙烯酸五氟苯酚酯、聚丙烯酸五氟苯酚酯类衍生物中的至少一种。本申请提供的温度传感材料在不同温度下呈现出多彩的颜色，具有高度精确的温度指示效果。技术研发人员：黄伟国,郑诗雅,王冬晖受保护的技术使用者：中国科学院福建物质结构研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/9