Page 35 - 《精细化工》2020年第3期
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第 3 期 宋晓丽，等: 热致变色材料在智能社会中的发展现状及趋势 ·453·
致变色材料在智能社会初期变革中的最新应用，以 精度 达 ±20 ℃左 右；而美国 热漆温度技 术公 司
应用为导向对其进行了分类，按分类原则总结变色 （TPTT）生产的示温涂料等温线测量精度可达
机理，最后对其未来发展趋势提出了展望。 ±17 ℃ [14] 。在智能化的进程中，示温涂料温度分布
测定与图形处理技术的结合诞生了示温涂料自动判
1 应用 读技术 [15] 。随着数字化和网络化的发展，这必将成
为智能测温的发展热点。
热致变色材料是一种可随温度发生特定颜色变
化的功能传感材料，可以通过不同组分热致变色颜
料的混合，在一定温度范围内实现丰富多彩的颜色
变化，通常制成传感涂层材料使用。随着社会的智
能化发展，热致变色材料的变色特性在众多领域智
能变革中拓展出新应用。例如：一方面，材料能通
过颜色变化指示物体温度，可广泛应用于智能制造、
智能电网等领域的示温或报警；另一方面，热致变
色材料随环境温度改变颜色的特性可以在智能建
筑、智能医疗、商标防伪和日用品装饰等领域得到
诸多应用。
1.1 智能制造温度测定
智能社会变革的基石是智能制造，而制造中温
度的感知与测定是必不可少的环节，因此智能制造 图 1 使用 TP10 进行燃烧室温度测试变色示意图 [13]
的实现离不开温度的智能测定。尤其在航空航天等 Fig. 1 Schematic diagram of combustion chamber temperature
领域，尖端器件的研发制造过程需要获取极端条件 test using TP10 [13]
下的温度数据以确保所用材料的可靠性，例如高速
除了在航空航天等领域的应用以外，热致变色
飞行器、转动轴承、发动机叶片以及飞行器外表等， 材料在食品药品行业还可以实现存储或消毒温度的
但由于这些器件结构复杂、表面积大或需在工作状 智能指示和制造过程中的智能筛选。食品及药品的
态下测试其温度，用普通温度计或热电偶等方法无 消毒、运输及存储通常有严格的温度要求，而具体
法实现温度的准确测量和智能指示。而采用热致变 每个产品的温度是否达标很难进行一一检测，热致
色材料的测量方法属于非干涉式测量，能直观反映 变色材料因其测温直观方便的优点在此得到了广泛
温度场分布，并可通过图像数据采集得到大量数据， 应用 [16] 。食品药品行业现多采用微胶囊化的有机不
因此在这些特殊场合的智能化测温上热致变色材料 可逆热致变色材料制成感温指示贴粘贴在食品及药
得到了广泛应用。其中，不可逆热致变色材料最为 品包装袋上，指示消毒和存储质量。其中由于原材
常用，其根据材料随温度变化是否产生多梯度变色 料成本低、合成方法简单，二炔类化合物被广泛用作
又可分为单变色和多变色。单变色材料在航空航天 工业中感温指示贴的热致变色材料。例如 ROUGEAU
中研究和应用最早，但随着航空发动机的发展，为 等 [17] 用一元醇、二元醇、单酯等材料合成不同链长
获得部件温度分布线并实现工作部件测温 [11] ，世界 的聚二炔化合物，所合成的这一系列化合物在受热
各国都更加侧重于多变色不可逆材料的使用与研 后发生由蓝色至红色的不可逆转变，变色温度范围
制。目前，多变色不可逆材料已有几十个品种，温 覆盖–50~75 ℃，具有极大的工业应用价值。
度跨度为 60~1600 ℃ [12] ，在发动机实验时，可 100% 1.2 智能电网过热故障检测
完成燃烧室火焰筒、叶片等高温部件表面温度场测 以电网系统为例，随着电力输配网络建设的复
试。例如，LEMPEREUR 等 [13] 运用 Rolls-Royce 公 杂程度越来越高，为确保电网系统的可靠运行，电
司牌号为 TP10 的热致变色材料测试了发动机燃烧 网系统需对各种类型故障进行实时监控，实现故障
室部件，通过部件表面涂料的颜色变化记录下各部 的迅速判断及排除，因此发展智能电网已在世界范
位的最高工作温度。使用 TP10 进行燃烧室温度测 围内达成共识 [18] 。其中，输电线路雷击或短路故障
试变色示意图如图 1 所示。 是最为常见的电网故障，其导致的电弧烧蚀部位发
目前，在多变色不可逆热致变色材料领域，英、 热和散热速度极快。使用现在的红外设备进行巡查
美两国保持技术领先。英国热致变色材料品种多， 时由于工作量大导致故障判别较慢，且对细微部位
测温范围广（240~1600 ℃，间隔为 50~70 ℃），判读 的探测精度较低，无法满足故障快速识别与定位的
