本发明专利技术公开了一种压致变色粉末材料及其制备方法，至少包括A元素的离子掺杂在B元素的固溶体氧化物中形成的(AmB1-m)2On固溶体氧化物和B元素的氢氧化物；其中，固溶体氧化物在混合物中质量百分数为x，B元素的氢氧化物质量百分数为y；m为摩尔分数，0.001＜m＜0.5，n为自然数。本发明专利技术耐温性可以达到350摄氏度，耐老化优于现有技术，在低压应力(0.01-0.1GPa)下可以实现连续变色，压致变色敏感性比现有技术提高几倍到几十倍。本发明专利技术的压致变色是可逆的，在压制成片变色后，经过研磨可以恢复本来颜色做第二次重复使用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种压力导致变色的混合物材料。
技术介绍
材料受压变色的现象，称为压致变色。目前有几类材料可以实现压致变色，一类是有机烯类化合物和酰胺类聚合物，变色机理在于其分子结构出现异构化，；另一类是金属卤代有机化合物，如钼和钯等贵金属的有机化合物等，变色机理在于其分子异构、电子自旋、 金属离子价态和晶相变化，变色压应力介于0. Ι-lOGPa，这些材料都涉及化学变化，一般是不可逆的。美国已在飞机重要部件上应用压敏染料来检测其受应力可能出现裂缝的问题， 此外，在食品塑料包装封口采用压敏染料，还可以有效地检查包装袋的密封情况，以保证食品的质量。美国太阳化学公司申请的专利200580009931. 7 “可逆压致变色体系”采用两种有机化合物作为变色材料，用于钞票印刷。但是上述这些材料都存在不足之处，即一般耐温低于300摄氏度、抗老化性能差、使用寿命短且压力敏感性低。
技术实现思路
为了克服现有技术耐温低、抗老化性能差、使用寿命短且压力敏感性低的不足，本专利技术提供一种压致变色粉末材料，其耐温性可以达到350摄氏度，耐老化优于上述有机聚合物材料，而且在更低压应力(0.01-0. IGPa)下就可以实现连续变色，压致变色敏感性比上述有机材料提高几倍到几十倍。这一材料的压致变色是可逆的，在压制成片变色后，经过研磨可以恢复本来颜色做第二次重复使用。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是至少包括以下组分A元素的离子掺杂在B元素的固溶体氧化物中，形成的(AmB1J2On固溶体氧化物， m为摩尔分数，0. 001 < m < 0. 5，m为固溶体组成参数(类似溶解度数据)，允许有误差，η 为自然数，在混合物中质量百分数为χ ；B元素的氢氧化物，质量百分数为y ；B元素的氧化物；A元素的氧化物；A元素的氢氧化物。B元素的氧化物、A元素的氧化物和A元素的氢氧化物的质量百分数总和为z，其中，(AmB1J2On固溶体氧化物和B元素的氢氧化物是本专利不可缺少的功能成分，其余三种化合物依据实际加工工艺而变化，总含量不定，属于辅助成分。0. χ < 90%，10%< y < 80%，且满足 x+y+z = 1。所述的A元素包括元素锡Sn、镓( 、铝Al和稀土元素钇Y、钪&、镧La、铈Ce、镨 ft·、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱％、镥Lu、钆Gd，B元素包括铟In、钒V、钨W、钼Mo、锰Mn，镍Ni、钴Co和锌Zn。本专利技术按照B元素采用的铟In、钒V、钨W、钼Mo、锰Mn，镍Ni、钴Co和锌Si八种元素分为八大系列。由于材料本身化学性能差异，其压致变色灵敏性也有差异。本专利技术还提供所述的材料的制备方法，包括干法和湿法两种工艺流程。干法工艺包括以下步骤以A元素的氢氧化物和氧化物的至少其中一种作为原料甲，与B元素的氢氧化物和氧化物的至少其中一种作为原料乙，原料甲和原料乙的粒径为 IOOnm以下。将折合A元素的摩尔分数为χ的原料甲和折合B元素的摩尔分数为y的原料乙混合后研磨，使混合物的粒径达到l-50nm ；然后加热至100-450摄氏度后保温一定时间，若根据晶相检测混合物中生成了(AmB1J2On固溶体，其含量在混合物中的质量百分数为 0. 1% -90%，则结束保温过程，冷却至室温；所生成混合物粉末材料密封包装，即可作为压致变色材料。湿法工艺包括以下步骤以A元素的氢氧化物和氧化物的至少其中一种作为原料甲，与B元素的氢氧化物和氧化物的至少其中一种作为原料乙，以水、甲醇、苯、甲苯、乙醇和丙酮中的至少一种作为溶剂，将原料甲和原料乙溶于溶剂中配制成溶液，用碱或碱性溶液调整溶液的PH值，直至溶液内生成沉淀混合物。对上述沉淀混合物过滤烘干，然后加温至100-450摄氏度后保温一定时间，若根据晶相检测混合物中生成了(AmB1J2On固溶体，其含量在混合物中的质量百分数为0. 1% _90%，则结束保温过程，冷却至室温；所生成混合物粉末材料密封包装，即可作为压致变色材料。所述的碱或碱性溶液包括氨水、乙基胺、碳铵或任意可在空气中分解的碱或其溶液。本专利技术的有益效果是本专利技术将A元素的离子掺杂于B元素的氧化物物中形成固溶体，这一固溶体是具有导电性的，而使混合物具有了半导体导电性质，而其中的B的氢氧化物和剩余其他成份没有导电性。在受到压力时，此材料表面的半导体固溶体(AmB1J2On成份除了具有反射、散射、衍射、折射的作用，还有吸收产生光热产生电的光电转换效应，而这一效应在材料IOOnm以下粒度时，显得尤为明显；而其中的B的氢氧化物和剩余其他成分没有导电性质，对于光线只具有反射、散射、衍射、折射的作用，始终显示其本来颜色。此混合物的纳米粉末材料，表面受压力增加，所形成表面微观孔洞的直径会越来愈小，此时对于光线吸收和反射的光谱比例也会发生变化，空洞越小，光线进入后被(AmB1J2On吸收越强，宏观表现上就为颜色变化，可以实现浅色到深色的连续变色。现有广泛使用的有机压致变色材料，由于属于有机材料。其抗老化性能差、耐温稳定性一般低于300摄氏度，使用寿命短， 压力敏感性低。本专利技术涉及的变色材料，其耐温性可以达到350摄氏度或更高，而相同有机聚合物压致变色材料在此温度，一般无法稳定存在；本专利技术所涉及变色材料使用寿命可以达到数年甚至更长，而有机聚合物压致变色材料，一般为两三年就老化变质；本专利技术所涉及变色材料在更低压应力(0. 0001-0. 2GPa)范围下，比如从米黄色到蓝色和蓝黑色的连续变色，有机压致变色材料变色压力范围是(0. Ι-lGPa)，所以压致变色敏感性提高了几倍到几十倍。现有类似的压敏染料只能一次性使用，而且其耐温抗老化性能差，必须在一定时间更换，本专利技术的变色过程可以通过简单研磨分散而恢复，这为其用于重复低成本的压力直观检测提供了可能，可以用于飞机、车辆和轮船部件的裂缝机械变形观察监测，以及热电厂、 核电站高压锅炉容器的监测，还可用于防伪压致变色钞票印刷，军事色彩隐身。对于地质灾害滑坡、泥石流、大型建筑和桥梁隧道的压力应变变形，过去由于地域分布广，很难实现及时预报监测，采用本专利技术，则由于此材料的变色直观性和连续性，加上摄像装置就可以实现远程集中监测，可以节省大量现场人力工时和降低观测人员生命风险。由于本专利技术的压力敏感性强于现有文献和专利报道的材料，变色又是可逆的，可以与逆压电晶体材料结合，实现新的显示方式，可以用于显示器和电子书等多种色彩显示用途。下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。附图说明图1 (a)为干法制备工艺流程图，图1 (b)为湿法制备工艺流程图。图2为压致变色材料一种组成X-射线衍射图测试图举例，为锡离子掺杂在氧化铟中与氢氧化铟形成的压致变色材料的X-射线衍射图。该混合物的组成包括组份氧化铟锡 ^!!。.^!^。.^(^(其中！!! =。· 1，η = 3)。混合物中(Sn。. Jrva J2O3 质量百分数 χ = 60%, 氢氧化铟质量百分数y = 35 %，其余氧化铟2 %，氧化锡2 %，氢氧化锡1 %，质量百分数共 ζ = 5% )。具体实施例方式本专利技术所涉及材料是采用无机材料的纳米粉末和非晶粉末相结合的混合物，实现压致变色效应，该混合物外观本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种压致变色粉末材料，其特征在于至少包括以下组分：Ａ元素的离子掺杂在Ｂ元素的固溶体氧化物中，形成的（ＡｍＢ１－ｍ）２Ｏｎ固溶体氧化物，ｍ为摩尔分数，０．００１＜ｍ＜０．５，ｎ为自然数，在混合物中质量百分数为ｘ；Ｂ元素的氢氧化物，质量百分数为ｙ；Ｂ元素的氧化物；Ａ元素的氧化物；Ａ元素的氢氧化物；所述Ｂ元素的氧化物、Ａ元素的氧化物和Ａ元素的氢氧化物的质量百分数总和为ｚ，０．１％＜ｘ＜９０％，１０％＜ｙ＜８０％，且满足ｘ＋ｙ＋ｚ＝１。
【技术特征摘要】
1.一种压致变色粉末材料，其特征在于至少包括以下组分A元素的离子掺杂在B元素的固溶体氧化物中，形成的(AmB1J2On固溶体氧化物，m为摩尔分数，0. 001 < m < 0. 5，η为自然数，在混合物中质量百分数为χ ；B元素的氢氧化物，质量百分数为y ；B元素的氧化物；A元素的氧化物；A元素的氢氧化物；所述B元素的氧化物、A元素的氧化物和A元素的氢氧化物的质量百分数总和为z， 0. 1%< χ < 90%, 10%< y < 80%，且满足 x+y+z = 1。2.根据权利要求1所述的压致变色粉末材料，其特征在于所述的A元素包括元素锡 Sn、镓( 、铝Al和稀土元素钇Y、钪Sc、镧La、铈Ce、镨Pr、钱Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、铽Tb、 镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu、钆Gd，B元素包括铟In、钒V、钨W、钼Mo、锰Mn，镍Ni、 钴Co和锌Si。3.—种权利要求1所述压致变色粉末材料的制备方法，其特征在于包括下述步骤以 A元素的氢氧化物和氧化物的至少其中一种作为原料甲，与B元素的氢氧化物和氧化物的至少其中一种作为原料乙，原料甲和原料乙的粒径为IOOnm以下；将折合A元素的...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏力宏，王一光，艾艳玲，王梁，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：87
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