Thermochromism هو خاصية المواد لتغيير اللون بسبب تغير في درجة الحرارة. تعتبر حلقة المزاج مثالاً ممتازًا لهذه الظاهرة ، ولكن استخدام thermochromism أكثر استخدامات عملية ، مثل زجاجات الأطفال التي تتغير إلى لون مختلف عندما يكون باردًا بما يكفي للشرب ، أو الغلايات التي تتغير عندما يكون الماء عند نقطة الغليان أو بالقرب منها. Thermochromism هو واحد من عدة أنواع من الكروموسومات.
المواد العضوية
البلورات السائلة الحرارية
ويستند النهجان المشتركان على البلورات السائلة وأصباغ leuco. تستخدم البلورات السائلة في التطبيقات الدقيقة ، حيث يمكن تصميم استجاباتها لدرجات حرارة دقيقة ، ولكن نطاق ألوانها محدود بمبدأ تشغيلها. وتسمح ألوان الأصباغ Leuco باستخدام نطاق أوسع من الألوان ، ولكن درجة حرارة استجابتها أكثر صعوبة في تحديدها بدقة.
بعض البلورات السائلة قادرة على عرض ألوان مختلفة عند درجات حرارة مختلفة. يعتمد هذا التغيير على الانعكاس الانتقائي لأطوال موجية معينة بواسطة البنية البلورية للمادة ، حيث يتغير بين الطور البلوري ذي درجة الحرارة المنخفضة ، من خلال كوني حلزوني أو طيف خيطي متنافر ، إلى الطور السائل المتناحي ذي الحرارة العالية. فقط mesophase nematic لديها خصائص thermochromic. هذا يقيد نطاق درجة الحرارة الفعالة للمادة.
المرحلة الخيطية الملتوية تحتوي على جزيئات موجهة بطبقات ذات اتجاه متغير بشكل منتظم ، مما يمنحها تباعدًا دوريًا. يمر الضوء المار عبر البلورة بحيود براج على هذه الطبقات ، وينعكس طول الموجة مع أكبر تداخل بنائي ، والذي يُنظر إليه على أنه لون طيفي. يمكن أن يؤدي التغيير في درجة الحرارة البلورية إلى تغيير التباعد بين الطبقات وبالتالي في الطول الموجي المنعكس. وبالتالي ، فإن لون البلورة السائلة الحرارية الحرارية يمكن أن يتراوح باستمرار من غير عاكس (أسود) من خلال الألوان الطيفية إلى الأسود مرة أخرى ، وهذا يتوقف على درجة الحرارة. عادة ، ستعكس حالة درجة الحرارة المرتفعة اللون البنفسجي ، في حين أن درجة الحرارة المنخفضة سوف تعكس اللون الأحمر البرتقالي. وبما أن اللون الأزرق هو طول موجي أقصر من الأحمر ، فإن هذا يشير إلى أن مسافة تباعد الطبقة يتم تقليلها بالتسخين عبر حالة البلورة السائلة.
بعض هذه المواد هي nonanoate cholesteryl أو cyanobiphenyls.
يمكن أن تتكون المخاليط ذات 3 – 5 درجات مئوية من درجات الحرارة ونطاقات تتراوح من حوالي 17 إلى 23 درجة مئوية إلى حوالي 37-40 درجة مئوية من نسب متفاوتة من كربونات الكوليستريل Olle ، والكولستريل nonanoate ، وبنزوات الكوليستريل. على سبيل المثال ، تتراوح نسبة الكتلة من 65:25:10 نطاق من 17 – 23 درجة مئوية ، و 30:60:10 تتراوح بين 37-40 درجة مئوية.
وكثيرا ما تأتي البلورات السائلة المستخدمة في الأصباغ والأحبار في صورة مغلفة بالمادة الدقيقة ، في شكل تعليق.
تستخدم البلورات السائلة في التطبيقات التي يجب فيها تحديد لون التغيير بدقة. وجدوا التطبيقات في ميزان الحرارة للغرفة ، الثلاجة ، وحوض السمك ، والاستخدام الطبي ، وفي مؤشرات مستوى البروبان في الدبابات. تطبيق شعبية للبلورات السائلة thermochromid هي حلقات المزاج.
يصعب العمل مع البلورات السائلة وتتطلب معدات الطباعة المتخصصة. المادة نفسها عادة ما تكون أكثر تكلفة من التقنيات البديلة. درجات الحرارة المرتفعة ، والأشعة فوق البنفسجية ، وبعض المواد الكيميائية و / أو المذيبات لها تأثير سلبي على أعمارها.
الأصباغ Leuco
وتستند الأصباغ الحرارية إلى مخاليط من الأصباغ leuco مع مواد كيميائية أخرى مناسبة ، عرض تغيير اللون (عادة بين شكل leuco عديم اللون والشكل الملون) في الاعتماد على درجة الحرارة. نادرا ما يتم تطبيق الأصباغ على المواد مباشرة. عادة ما تكون في شكل كبسولات مصغرة مع الخلط داخل الختم. مثال توضيحي هو أسلوب Hypercolor ، حيث يتم تطبيق microcapsules مع lactone البنفسجي الكريستال ، والحامض الضعيف ، والملح القابل للذوبان في إذابة dodecanol على النسيج. عندما يكون المذيب صلبًا ، توجد الصبغة في شكل ليكتون leuco ، في حين يذوب المذيب ، يتفكك الملح ، ويخفض الأس الهيدروجيني داخل الكتلة الدقيقة ، وتصبح الصبغة بروتونات ، وتفتح حلقة لاكتون لها ، وينتقل طيف الامتصاص بشكل كبير ، يصبح بنفسجي عميق. في هذه الحالة ، فإن thermochromism الواضح هو في الواقع halochromism.
الأصباغ الأكثر استخدامًا هي: الببغاوات ، الفلور ، spiropyrans ، و fulgides. تتضمن الأحماض bisphenol A و parabens و 1،2،3-triazole derivates و 4-hydroxycoumarin وتعمل كمتبرعين للبروتونات ، وتغير جزيء الصبغة بين شكله leuco وشكله الملون البروتوني. الأحماض القوية ستجعل التغيير غير قابل للعلاج.
تكون الأصباغ Leuco استجابة درجة حرارة أقل دقة من البلورات السائلة. وهي مناسبة للمؤشرات العامة لدرجة الحرارة التقريبية (“بارد جدًا” أو “حار جدًا” أو “حول موافق”) أو للعديد من عناصر الجدة. وعادة ما تستخدم في تركيبة مع بعض الصباغ الأخرى ، مما يؤدي إلى تغيير اللون بين لون الصباغ الأساسي ولون الصباغ جنبا إلى جنب مع لون شكل غير leuco لصبغة leuco. تتوفر الأصباغ العضوية leuco لدرجات حرارة تتراوح بين حوالي °5 درجة مئوية (23 درجة فهرنهايت) و 60 درجة مئوية (140 درجة فهرنهايت) ، في مجموعة واسعة من الألوان. يحدث تغير اللون عادة في فاصل زمني 3 درجات مئوية (5.4 درجة فهرنهايت).
تستخدم أصباغ Leuco في التطبيقات التي تكون فيها دقة استجابة درجة الحرارة غير حرجة: مثل المستجدات ولعب الحمام والأقراص الطائرة ومؤشرات درجة الحرارة التقريبية للأطعمة التي يتم تسخينها بواسطة الميكروويف. يسمح الكسر الصغير باستخدامها في مجموعة واسعة من المواد والمنتجات. يتراوح حجم الكبسيات الدقيقة عادة ما بين 3-5 ميكرومتر (أكبر من 10 أضعاف من جزيئات الصباغ العادية) ، الأمر الذي يتطلب بعض التعديلات على عمليات الطباعة والتصنيع.
تطبيق الأصباغ leuco في مؤشرات حالة بطارية دوراسل. يتم تطبيق طبقة من صبغة ليوكو على شريط مقاوم للإشارة إلى تسخينها ، وبالتالي قياس مقدار التيار الذي تستطيع البطارية توفيره. الشريط على شكل مثلث ، يغير مقاومته على طوله ، وبالتالي يسخن جزء طويل نسبيًا مع كمية التيار المتدفق خلاله. ويصبح لون القطعة فوق درجة حرارة العتبة لصبغة leuco ملونًا.
التعرض للأشعة فوق البنفسجية والمذيبات ودرجات الحرارة العالية تقلل من عمر الأصباغ leuco. درجات الحرارة فوق حوالي 200-230 درجة مئوية (392-446 درجة فهرنهايت) عادة ما تسبب ضررا لا رجعة فيه للأصباغ leuco. يسمح بالتعرض لفترة محدودة لبعض الأنواع إلى حوالي 250 درجة مئوية (482 درجة فهرنهايت) أثناء التصنيع.
الدهانات الحرارية تستخدم بلورات سائلة أو تقنية صبغة leuco. بعد امتصاص كمية معينة من الضوء أو الحرارة ، يتغير الهيكل البلوري أو الجزيئي للصبغة بطريقة عكسية بحيث يمتص وينبعث الضوء عند طول موجي مختلف عن درجات الحرارة المنخفضة. وينظر إلى الدهانات الحرارية في كثير من الأحيان كطلاء على أكواب القهوة ، حيث يتم صب القهوة الساخنة مرة واحدة في الأكواب ، فإن الطلاء الحراري الشمسي يمتص الحرارة ويصبح ملونًا أو شفافًا ، وبالتالي يغير مظهر الكوب.
أوراق
الأوراق الحرارية تستخدم للطابعات الحرارية. أحد الأمثلة على ذلك هو الورق المشبع بالمزيج الصلب لصبغة الفلوران مع حمض الأوكتاد كسيلفوسفونيك. هذا الخليط مستقر في المرحلة الصلبة ؛ ومع ذلك ، عندما يتم ذوبان حمض الأوكتاد سيلكوسفونيك ، فإن الصبغة تخضع لتفاعل كيميائي في الطور السائل ، وتفترض الشكل الملون البروتوني. ثم يتم حفظ هذه الحالة عند ترسيخ المصفوفة مرة أخرى ، إذا كانت عملية التبريد سريعة بما فيه الكفاية. بما أن شكل leuco أكثر استقرارًا في درجات الحرارة المنخفضة والمرحلة الصلبة ، فإن السجلات على أوراق thermochromic تتلاشى ببطء على مر السنين ؛ هذا قد يؤدي إلى آثار مثيرة للاهتمام في تركيبة مع سجلات المحاسبة ، والإيصالات من طابعة حرارية ، ومراجعة الضرائب.
البوليمرات
يمكن أن يظهر العلاج الحراري في اللدائن الحرارية أو اللدائن أو المواد الهلامية أو أي نوع من الطلاء. يمكن أن يكون البوليمر نفسه ، إضافة مدمجة للحرارة أو بنية مرتبة عالية تم بناؤها بواسطة تفاعل البوليمر مع مادة مضافة غير شم الحرارية ، أصل التأثير الحراري الحراري.علاوة على ذلك ، من وجهة النظر المادية ، يمكن أن يكون أصل التأثير الحراري الحراري متعدد المتغيرات. لذلك يمكن أن تأتي من تغيرات انعكاس الضوء وامتصاص و / أو خصائص الانتثار مع درجة الحرارة. إن استخدام البوليميرات الحرارية للحماية الشمسية التكيفية له أهمية كبيرة. وقد ظهرت التركيز على وظيفة في استراتيجية التصميم ، على سبيل المثال تطبيق لتطوير بوليمرات thermochromic غير سامة في العقد الماضي.
الأحبار
الأحبار أو الصباغات الحرارية هي مركبات حساسة للحرارة ، تم تطويرها في السبعينيات ، والتي تغير لونها مؤقتًا مع التعرض للحرارة. أنها تأتي في شكلين ، البلورات السائلة وأصباغ leuco. الأصباغ Leuco هي أسهل للعمل مع والسماح لمجموعة أكبر من التطبيقات. وتشمل هذه التطبيقات: ترمومترات مسطحة ، واختبار البطارية ، والملابس ، والمؤشر على زجاجات شراب القيقب الذي يتغير لونه عند شراب الحار.وغالبا ما تستخدم موازين الحرارة في الخارج من أحواض السمك ، أو للحصول على درجة حرارة الجسم عن طريق الجبهة. يستخدم Coors Light حبر حراري على علبه الآن ، ويتغير من الأبيض إلى الأزرق للإشارة إلى أن البرودة باردة.
مواد غير عضوية
تقريبا جميع المركبات غير العضوية هي thermochromic إلى حد ما. ومع ذلك ، تتضمن معظم الأمثلة فقط تغييرات دقيقة في اللون. على سبيل المثال ، ثاني أكسيد التيتانيوم وأكسيد الزنك أبيض في درجة حرارة الغرفة ولكن عند تغيير الحرارة إلى الأصفر. وبالمثل ، يكون أكسيد الإنديوم (III) أصفر ويغمق إلى اللون البني الأصفر عند تسخينه. ويظهر أكسيد الرصاص (الثاني) تغيرًا مشابهًا في اللون عند التسخين. يرتبط تغير اللون بالتغيرات في الخصائص الإلكترونية (مستويات الطاقة ، السكان) لهذه المواد.
توجد أمثلة أكثر دراماتيكية من thermochromism في المواد التي تمر بمرحلة انتقالية أو عرض نطاقات نقل الشحنة بالقرب من المنطقة المرئية. الامثله تشمل
ويخضع اليود الزئبقي الوريدي (Cu 2 HgI 4 ) لانتقال طوري عند 67 درجة مئوية ، ويتغير بشكل عكسي من مادة صلبة حمراء ساطعة عند درجة حرارة منخفضة إلى صلب بني داكن عند درجة حرارة عالية ، مع حالات وسيطة حمراء – أرجوانية. الألوان مكثفة ويبدو أنها ناجمة عن مجمعات نقل الشحنة Cu (I) -Hg (II).
يكون يوديد الزئبق الفضي (Ag 2 HgI 4 ) أصفر عند درجات حرارة منخفضة وبرتقالي فوق 47-51 درجة مئوية ، مع حالات وسيطة برتقالية وسيطة. الألوان مكثفة ويبدو أنها ناتجة عن مجمعات نقل الشحنة Ag (I) -Hg (II).
اليود (II) الزئبق هو مادة متبلرة تمر عند 126 درجة مئوية بمرحلة انتقال قابلة للانعكاس من مرحلة ألفا حمراء إلى مرحلة بيتا صفراء باهتة.
Bis (dimethylammonium) tetrachloronickelate هو مركب أحمر التوت ، الذي يصبح أزرق عند حوالي 110 درجة مئوية.عند التبريد ، يصبح المركب عبارة عن طور أصفر مستقر خفيف ، والذي يتحول من أسبوعين إلى ثلاثة أسابيع إلى اللون الأحمر الأصلي.العديد من رباعي كلورو نيكلس الأخرى هي أيضا thermochromic.
Bis (ثنائي إيثيل امونيوم) رباعي كلوروكوبرات هو مادة صلبة خضراء ساطعة ، والتي في 52-53 درجة مئوية يتغير لونها إلى اللون الأصفر. ينتج تغير اللون عن إرخاء الروابط الهيدروجينية والتغيير اللاحق للهندسة لمركب الكلور النحاسي من مستوٍ إلى رباعي السطوح المشوه ، مع تغيير مناسب لترتيب مدارات ذرة النحاس النقطية. لا يوجد وسيط ثابت ، بلورات إما خضراء أو صفراء.
أكسيد الكروم (III): يكون أكسيد الألومنيوم (III) بنسبة 1: 9 أحمر عند درجة حرارة الغرفة والرمادي عند 400 درجة مئوية ، بسبب التغيرات في مجال البلورة.
تم فحص ثاني أكسيد الفاناديوم لاستخدامه كطبقة طلاء “انتقائية طيفية” لمنع انتقال الأشعة تحت الحمراء وتقليل فقد الحرارة الداخلية من خلال النوافذ. تتصرف هذه المادة مثل أشباه الموصلات في درجات حرارة منخفضة ، مما يسمح بمزيد من الإرسال ، مثل موصل في درجات حرارة أعلى ، مما يوفر قدرًا أكبر من الانعكاسية. يحدث تغير الطور بين الطور الموصل الشفاف والانعكاس الشفاف عند 68 درجة مئوية ؛ تفسد المادة مع 1.9 ٪ من التنغستن يخفض درجة الحرارة الانتقالية إلى 29 درجة مئوية.
وتشمل المواد أشباه الموصلات thermochromic الصلبة الأخرى
- Cd x Zn 1 − x S y Se 1 y (x = 0.5-1 ، ص = 0.5-1)،
- Zn x Cd y Hg 1 − x − y O a S b Se c Te 1 − a b b c x (x = 0–0.5، y = 0.5-1 ، أ = 0–0.5 ، ب = 0.5-1 ، c = 0-0،5)،
- Hg x Cd y Zn 1 − x − y S b Se 1 − b (x = 0–1، y = 0–1، b = 0.5–1).
بعض المعادن هي thermochromic كذلك ؛ على سبيل المثال ، تصبح بعض pyropes الغنية بالكروم ، عادة محمر ، الأرجواني ، عند تسخينها إلى حوالي 80 درجة مئوية.