Thermochromism은 물질이 온도 변화로 인해 색을 변화시키는 속성입니다. 무드 링 (mood ring)은이 현상의 훌륭한 예이지만, 열 색광은 음료가 충분히 차가울 때 다른 색상으로 변하는 젖병이나 물이 끓는점 또는 그 근처에있을 때 바뀌는 주전자와 같이 실용적인 용도가 있습니다. Thermochromism은 여러 가지 chromism 유형 중 하나입니다.
유기 재료
열 크롬 색 액정
두 가지 일반적인 접근법은 액정과 류코 염료를 기본으로합니다. 액정은 정밀한 응용 분야에서 사용되며, 그 반응은 정확한 온도로 설계 될 수 있지만, 작동 범위에 따라 색 범위가 제한됩니다. Leuco 염료는 더 넓은 범위의 색상을 사용할 수는 있지만 응답 온도는 정확하게 설정하기가 더 어렵습니다.
일부 액정은 다른 온도에서 다른 색상을 표시 할 수 있습니다. 이 변화는 재료의 결정 구조에 의한 특정 파장의 선택적 반사에 의존하며, 이는 저온 결정상, 즉 이방성 키랄 또는 비틀어 진 네마 틱상을 통해 고온 등방성 액체 상으로 변화하기 때문에 변화한다. 네마 틱 메 조상 만이 열 변색 성을 갖는다. 이는 재료의 유효 온도 범위를 제한합니다.
비틀린 네마 틱상은 규칙적으로 변화하는 방향으로 분자를 배향시켜주기적인 간격을 부여한다. 결정을 통과하는 빛은 이들 층에서 브래그 회절을 겪고 가장 큰 보강 간섭을 갖는 파장이 다시 반사되어 스펙트럼 색상으로 인식됩니다. 결정 온도의 변화는 층들 사이의 간격의 변화를 초래할 수 있고, 따라서 반사 된 파장에서 변화 할 수있다. 그러므로 열 변색 성 액정의 색은 온도에 따라 무 반사 (흑색)에서 스펙트럼 색을 통해 연속적으로 흑색까지 계속 될 수있다. 일반적으로 고온 상태는 청자색을 반사하고 저온 상태는 적색 주황색을 나타냅니다. 청색은 적색보다 더 짧은 파장이기 때문에, 이것은 층 간격의 거리가 액정 상태를 통한 가열에 의해 감소됨을 나타낸다.
이러한 물질 중 일부는 콜레 스테 릴 노 난산 염 또는 시아 노비 페닐입니다.
3-5 ° C의 온도 범위와 약 17-23 ° C에서 약 37-40 ° C 범위의 혼합물은 다양한 비율의 콜레 스테 릴 올레 일 카보네이트, 콜레 스테 릴 노 난산 염 및 콜레 스테 릴 벤조 에이트로 구성 될 수 있습니다. 예를 들어, 65:25:10의 질량비는 17-23 ° C의 범위를, 30:60:10은 37-40 ° C의 범위를 산출합니다.
염료 및 잉크에 사용되는 액정은 종종 서스펜션 형태로 마이크로 캡슐화됩니다.
액정은 색상을 정확하게 정의해야하는 경우에 사용됩니다. 그들은 방, 냉장고, 수족관 및 의학 용 온도계 및 탱크의 프로판 수준을 나타내는 온도계의 응용 프로그램을 찾습니다. thermochromid 액정을위한 대중적인 신청은 정취 반지이다.
액정은 사용하기가 어렵고 특수 인쇄 장비가 필요합니다. 소재 자체는 일반적으로 대체 기술보다 비쌉니다. 고온, 자외선, 일부 화학 물질 및 / 또는 용제는 수명에 부정적인 영향을 미칩니다.
로이코 염료
Thermochromic 염료는 류코 염료와 적절한 다른 화학 물질의 혼합물을 기준으로 온도에 따라 색상 변화 (보통 무색의 류코 형태와 유색 형태 사이)를 나타냅니다. 염료는 재료에 거의 적용되지 않습니다.그들은 일반적으로 내부에 혼합물이 밀봉 된 마이크로 캡슐 형태입니다. 예시 적으로 하이퍼 컬러 (hypercolor) 방식이 있는데, 크리스탈 바이올렛 락톤, 약산 및 도데 카놀에 용해 된 해리 성 염을 갖는 마이크로 캡슐이 직물에 도포된다. 용매가 고형 인 경우 염료는 락톤 류코 형태로 존재하지만 용매가 녹 으면 염이 해리되고 마이크로 캡슐 내의 pH가 낮아지고 염료가 양성자가되어 락톤 고리가 열리 며 흡수 스펙트럼이 급격히 변한다. 그것은 보라색이됩니다. 이 경우 명백한 thermochromism은 사실 halochromism입니다.
가장 일반적으로 사용되는 염료는 스피 롤 락톤, 플루오 란, 스피로 피란 및 풀지움입니다. 산은 비스페놀 A, 파라벤, 1,2,3- 트리아 졸 유도체 및 4- 하이드 록시 쿠마린을 포함하며 양성자 공여자 (proton donor)로 작용하여 류코 형태와 양성자 형태의 염료 형태 사이에서 염료 분자를 변화시킨다. 더 강한 산은 변화를 돌이킬 수 없게 만들 것입니다.
Leuco 염료는 액정보다 온도 응답이 정확하지 않습니다. 대략적인 온도 ( “너무 차갑다”, “너무 뜨겁다”, “약 OK”)에 대한 일반 지표 또는 다양한 참신 품목에 적합합니다. 그들은 보통 다른 안료와 함께 사용되어, 기본 안료의 색과 로이코 염료의 비 류코 형태의 색과 결합 된 색소의 색을 변화시킵니다.유기 류코 염료는 약 -5 ° C ~ 60 ° C의 온도 범위에서 다양한 색상으로 사용할 수 있습니다. 색상 변경은 일반적으로 3 ° C (5.4 ° F) 간격으로 발생합니다.
Leuco 염료는 온도 반응 정확도가 중요하지 않은 응용 분야, 예를 들면 신기한 물건, 목욕 장난감, 비행 디스크 및 전자 레인지 가열 식품에 대한 대략적인 온도 표시기에 사용됩니다. Microencapsulation은 광범위한 재료 및 제품에서의 사용을 허용합니다. 마이크로 캡슐의 크기는 일반적으로 3 ~ 5μm (일반 안료 입자보다 10 배 이상)이며 인쇄 및 제조 공정을 약간 조정해야합니다.
류코 염료의 적용은 Duracell 배터리 상태 표시기에 있습니다. 로이코 염료 층이 저항성 스트립에 도포되어 가열됨을 나타내므로 배터리가 공급할 수있는 전류의 양을 측정합니다. 스트립은 길이가 길어지면서 저항이 변하는 삼각형 모양이므로 전류가 흐르는 비율로 긴 비례 구간을 가열합니다. 로이코 색소의 임계 온도 이상으로 세그먼트의 길이가 다음 색이됩니다.
자외선, 용매 및 고온에 노출되면 류코 염료의 수명이 단축됩니다. 약 200-230 ° C (392-446 ° F) 이상의 온도는 일반적으로 류코 염료에 돌이킬 수없는 손상을 일으 킵니다. 제조 중에 일부 유형의 약 250 ° C (482 ° F) 로의 시간 제한 노출이 허용됩니다.
Thermochromic 페인트는 액체 결정 또는 류코 염료 기술을 사용합니다. 일정량의 빛 또는 열을 흡수 한 후, 안료의 결정 또는 분자 구조는 저온에서와 다른 파장에서 빛을 흡수 및 방출하는 방식으로 가역적으로 변합니다. Thermochromic 페인트는 커피 머그잔에 코팅으로 자주 사용됩니다. 뜨거운 커피를 머그잔에 부으면 Thermochromic 페인트가 열을 흡수하여 유색 또는 투명 해져서 머그컵 모양이 바뀝니다.
서류
Thermochromic 용지는 열전 사 프린터에 사용됩니다. 하나의 예는 플루오 란 염료와 옥타 데실 포스 폰산의 고체 혼합물로 함침 된 종이이다. 이 혼합물은 고체상으로 안정하다; 그러나, 옥타 데실 포스 폰산이 용융 될 때, 염료는 액상에서 화학 반응을 겪고, 양성자 화 된 착색 된 형태를 취한다. 이 상태는 냉각 공정이 충분히 빠르면 매트릭스가 다시 응고 될 때 보존됩니다. 류코 형태가 저온 및 고상에서보다 안정적이기 때문에 열 변색 성 용지에 대한 기록은 수년 동안 서서히 퇴색한다. 이는 회계 기록, 감열 프린터의 영수증 및 세금 감사와 함께 흥미로운 효과를 가져올 수 있습니다.
중합체
Thermochromism은 열가소성 플라스틱, duroplastics, 젤 또는 코팅의 어떤 종류에 나타날 수 있습니다. 중합체 그 자체, 내장 된 열 변색 첨가제 또는 중합체와 열 변색되지 않은 첨가제의 상호 작용에 의해 형성된 고차원 구조는 열 변색 효과의 기원이 될 수있다. 또한, 물리적 인 관점에서 열 변색 효과의 기원은 여러 가지 일 수 있습니다. 따라서 온도에 따른 빛의 반사, 흡수 및 / 또는 산란 특성의 변화로부터 생길 수 있습니다. 적응 형 태양 보호를위한 열 변색 중합체의 응용은 매우 중요합니다. 지난 10 년간 독성이없는 열 변색 중합체의 개발에 적용된 설계 전략에 의한 기능이 초점을 맞춰왔다.
잉크
Thermochromic 잉크 또는 염료는 열에 노출되면서 일시적으로 색이 변하는 1970 년대에 개발 된 온도에 민감한 화합물입니다. 그들은 액체 크리스탈과 류코 염료의 두 가지 형태로 존재합니다. Leuco 염료는 사용하기가 쉽고 다양한 응용 분야가 가능합니다. 이러한 응용 프로그램에는 평면 온도계, 배터리 테스터, 의류 및 시럽이 따뜻할 때 색상이 변하는 메이플 시럽 병 표시기가 포함됩니다. 체온계는 종종 수족관의 외부에 사용되거나 이마를 통해 체온을 얻는 데 사용됩니다. 쿠어스 라이트 (Coors Light)는 깡통에 열 변색 잉크를 사용하여 캔에서 차가워 졌음을 나타 내기 위해 흰색에서 파란색으로 바뀝니다.
무기 재료
사실상 모든 무기 화합물은 열 변색 성이 있습니다. 그러나 대부분의 예제는 색상의 미묘한 변화 만 포함합니다. 예를 들어, 이산화 티타늄과 산화 아연은 실온에서 흰색이지만 가열하면 노란색으로 변합니다. 마찬가지로 산화 인듐 (III)은 황색이며 가열하면 황갈색이된다. 산화 납 (II)은 가열시 유사한 색 변화를 나타낸다. 색상 변화는 이러한 물질의 전자 특성 (에너지 수준, 개체군)의 변화와 관련이 있습니다.
더 변색 된 Thermochromism의 예는 상전이를 거치거나 가시 영역 근처에서 전하 이동 띠를 나타내는 물질에서 발견됩니다. 예제에는 다음이 포함됩니다
저온에서 밝은 적색 고체 물질로부터 고온에서 암갈색 고체로 중간 적색 – 자주색 상태로 가역적으로 변화하면서, 67 %의 온도에서 환형 수은 요오드화 물 (Cu 2 HgI 4 )이 67 ° C에서 상전이를 겪습니다.색상은 강렬하며 Cu (I) -Hg (II) 전하 이동 착물에 의해 유발 된 것으로 보인다.
은 수은 요오드화물 (Ag 2 HgI 4 )은 낮은 온도에서 황색이며 47-51 ° C보다 높은 주황색을 나타내며 중간 황색 오렌지색 상태를 나타냅니다. 색상은 강렬하며 Ag (I) -Hg (II) 전하 이동 착물에 의해 유발 된 것으로 보인다.
수은 (II) 요오드화물은 126 ° C에서 빨간색 알파 단계에서 연 황색 베타 단계로 가역 상전이를 겪는 결정 성 물질입니다.
비스 (디메틸 암모늄) 테트라 클로로 니켈 산염은 약 110 ℃에서 파랗게되는 라스베리 – 적색 화합물이다. 냉각시이 화합물은 밝은 노란색의 준 안정 상태가되며 2-3 주가 지나면 원래의 붉은 색으로 되돌아 간다. 많은 다른 tetrachloronickelates 또한 thermochromic 있습니다.
Bis (diethylammonium) tetrachlorocuprate는 밝은 녹색 고체 물질로 52-53 ° C에서 가역적으로 황색으로 변합니다. 색 변화는 수소 결합의 이완과 구리 원자의 d 오비탈 배열의 적절한 변화와 함께 평면에서 변형 된 사면체로의 구리 – 염소 복합체의 기하학적 변화에 기인한다. 안정적인 중간체가 없으며, 결정체는 녹색 또는 황색입니다.
산화 크롬 (III) : 1 : 9 비율의 산화 알루미늄 (III)은 실온에서 적색이며 400 ° C에서 회색입니다.
바나듐 다이옥사이드는 적외선 전송을 차단하고 창문을 통한 건물 내부 열의 손실을 줄이기 위해 “스펙트럼 선택적”창 코팅으로 사용하기 위해 조사되었습니다. 이 물질은 더 낮은 온도에서 반도체처럼 동작하여 더 많은 전송을 허용하고 고온에서 도체처럼 훨씬 더 큰 반사율을 제공합니다. 투명도 전성 및 반사성 전도성 상간의 상 변화는 68 ℃에서 발생한다. 1.9 %의 텅스텐을 도핑하면 전이 온도가 29 ° C로 낮아집니다.
다른 열 변색 고체 반도체 재료는
- CdxZn1 – xSySe1 -y (x = 0.5-1, y = 0.5-1),
- Zn x Cd y Hg 1-x-y O a Sb SeTe -a-b-c (x = 0-0.5, y = 0.5-1, a = 0-0.5, b = 0.5-1, c = 0-0.5),
- Hg x Cd y Zn 1-x-y Sb Se 1-b (x = 0-1, y = 0-1, b = 0.5-1).
일부 미네랄은 열 변색 성이 있습니다. 예를 들어 크롬이 많이 포함 된 일부 열분해 (보통 붉은 자줏빛을 띤)는 약 80 ° C로 가열되면 녹색이됩니다.