Jak se nazývá barva, která mění barvu v závislosti na teplotě?

Termochromismus je vlastnost látek měnit barvu v důsledku změn teploty. Náladový kroužek je skvělým příkladem tohoto jevu, ale termochromismus má také praktičtější využití, jako jsou kojenecké láhve, které mění barvu, když jsou dostatečně chladné na pití, nebo čajové konvice, které se mění, když je voda na nebo blízko bodu varu. Termochromismus je jedním z několika typů chromismu.

• 1 Organické materiály
  • 1.1 Termochromatické tekuté krystaly
  • 1.2 Leuco barviva
    • 1.2.1 Papír
    • 1.2.2 Polymery
    • 1.2.3 Inkoust
    • 2.1 Nevratné anorganické termochromy

    organické materiály

    Play media Ukázka fenoménu spojitého termochromismu. Play media Ukázka fenoménu intermitentního termochromismu. Play media Video nalévání horké vody do termochromního hrnku a následná změna barvy

    Termochromatické tekuté krystaly

    Dva běžné přístupy jsou založeny na tekutých krystalech a leuko barvivech. Tekuté krystaly se používají v přesných aplikacích, protože jejich výkon lze přizpůsobit přesným teplotám, ale jejich barevný rozsah je omezen způsobem, jakým fungují. Barviva Leuco umožňují použití širší škály barev, ale jejich reakční teploty je obtížnější přesně stanovit.

    Některé tekuté krystaly mohou zobrazovat různé barvy při různých teplotách. Tato změna závisí na selektivním odrazu určitých vlnových délek krystalovou strukturou materiálu, když se mění z nízkoteplotní krystalické fáze přes anizotropní chirální nebo zkroucenou nematickou fázi na vysokoteplotní izotropní kapalnou fázi. Pouze nematická mezofáze má termochromní vlastnosti; to omezuje efektivní teplotní rozsah materiálu.

    Zkroucená nematická fáze má molekuly orientované ve vrstvách s pravidelně se měnící orientací, což jim dává periodický odstup. Světlo procházející krystalem je těmito vrstvami vystaveno Braggově difrakci a vlnová délka s největší konstruktivní interferencí se odráží zpět, což je vnímáno jako spektrální barva. Změna teploty krystalu může vést ke změně vzdálenosti mezi vrstvami a tím i odražené vlnové délky. Barva termochromního tekutého krystalu se tak může plynule měnit od nereflexních (černých) přes spektrální barvy až po opět černé v závislosti na teplotě. Obecně platí, že vysokoteplotní stav odráží modrofialovou barvu a nízkoteplotní stav červenooranžovou barvu. Protože modrá má kratší vlnovou délku než červená, znamená to, že se vzdálenost mezi vrstvami zmenšuje v důsledku zahřívání ve stavu tekutých krystalů.

    Některé takové materiály jsou cholesteryl nonanoát nebo kyanobifenyly.

    Směsi s teplotním rozsahem 3–5 °C a rozmezím od asi 17–23 °C do asi 37–40 °C mohou být složeny z různých poměrů cholesteryloleylkarbonátu, cholesterylnonanoátu a cholesterylbenzoátu. Například hmotnostní poměr 65:25:10 poskytuje rozsah 17–23 °C a 30:60:10 poskytuje rozsah 37–40 °C.

    Tekuté krystaly, často používané v barvivech a inkoustech, jsou mikroenkapsulované ve formě suspenze.

    Tekuté krystaly se používají v aplikacích, kde je potřeba přesně detekovat barevné změny. Nacházejí uplatnění v pokojových teploměrech, ledničkách, akváriích a medicíně, stejně jako indikátory hladiny propanové nádrže. Oblíbenou aplikací termochromních tekutých krystalů jsou náladové prsteny.

    . S tekutými krystaly se obtížně pracuje a vyžadují speciální tiskové zařízení. Samotný materiál je také obvykle dražší než alternativní technologie. Vysoké teploty, ultrafialové záření, určité chemikálie a/nebo rozpouštědla negativně ovlivní jejich životnost.

    leuko barviva

    Příklad termochromního trička. Pro změnu modré barvy na tyrkysovou byl použit fén. Další příklad termochromního trička.

    Termochromní barviva jsou založena na směsích leukobarviv s jinými vhodnými chemikáliemi, vykazující barevnou změnu (obvykle mezi bezbarvými leukobarvivy). tvar a barevná forma) v závislosti na teplotě. Barviva jsou zřídka aplikována přímo na materiály; obvykle přicházejí ve formě mikrokapslí se směsí uzavřenou uvnitř. Dobrým příkladem je móda Hypercolor, při které se na látku nanášejí mikrokapsle laktonu krystalové violeti, slabé kyseliny a disociovatelné soli rozpuštěné v dodekanolu; když je rozpouštědlo pevné, barvivo existuje ve své lakton-leuko formě, zatímco když rozpouštědlo taje, sůl se disociuje, pH uvnitř mikrokapsle klesne, barvivo se protonuje, jeho laktonový kruh se otevře a jeho absorpční spektrum se prudce posune. že ztmavne. V tomto případě je zdánlivý termochromismus ve skutečnosti halochromismus.

    . Nejčastěji používanými barvivy jsou spirolaktony, fluory, spiropyrany a fulgidy. Kyseliny zahrnují bisfenol A, parabeny, deriváty 1,2,3-triazolu a 4-hydroxykumarin a působí jako donory protonů, mění molekulu barviva mezi leuko formou a protonovanou barevnou formou; silnější kyseliny učiní změnu nevratnou.

    Leuco barviva mají méně přesnou teplotní odezvu než tekuté krystaly. Jsou vhodné pro obecné ukazatele přibližné teploty („příliš zima“, „příliš horko“, „asi normální“) nebo pro různé novinky. Obvykle se používají v kombinaci s nějakým jiným pigmentem, což má za následek barevnou změnu mezi barvou základního pigmentu a barvou pigmentu kombinovanou s barvou neleuko formy leuko barviva. Organická leuko barviva jsou k dispozici pro teplotní rozsah od -5 °C (23 °F) do 60 °C (140 °F) v široké škále barev. Ke změně barvy obvykle dochází v intervalech 3 °C (5,4 °F).

    Leuco barviva se používají tam, kde není kritická přesná teplotní odezva, jako jsou novinky, hračky do vany, létající kotouče a indikátory přibližné teploty pokrmů ohřívaných mikrovlnami. Mikroenkapsulace umožňuje jejich použití v široké škále materiálů a produktů. Mikrokapsle mají typicky velikost 3 až 5 mikronů (více než 10krát větší než běžné pigmentové částice), což vyžaduje určité úpravy v tisku a výrobních procesech.

    Použití leuko barviv se nachází v indikátorech stavu baterie Duracell. Na odporový pásek je nanesena vrstva leuko barviva, která indikuje jeho zahřívání, čímž se měří množství proudu, který může baterie dodat. Pásek má trojúhelníkový tvar, mění svůj odpor po své délce, takže proporcionálně rozšířený segment je ohříván silou proudu, který jím protéká. Délka segmentu nad prahovou teplotou pro leuko barvivo se pak zbarví.

    Vystavení ultrafialovému záření, rozpouštědlům a vysokým teplotám zkrátí životnost leukobarviv. Teploty nad přibližně 200–230 °C (392–446 °F) obvykle způsobují nevratné poškození leuko barviv; při výrobě je u některých typů povoleno časově omezené vystavení teplotám přibližně 250 °C (482 °F).

    Termochromní barvy využívají technologii tekutých krystalů nebo leuko barviv. Po pohlcení určitého množství světla nebo tepla se krystalická nebo molekulární struktura pigmentu vratně změní tak, že absorbuje a vyzařuje světlo o jiné vlnové délce než při nižších teplotách. Termochromní barvy jsou poměrně často vidět jako povlak na hrncích, když se do hrnků nalévá horká káva, termochromní barva absorbuje teplo a zbarví se nebo zprůhlední, čímž změní vzhled hrnku. Tyto jsou známé jako magické hrnky nebo hrnky měnící teplo.

    papír

    Termochromní papír se používá pro termotiskárny. Jedním příkladem je papír impregnovaný pevnou směsí fluorového barviva a kyseliny oktadecylfosfonové. Tato směs je stabilní v pevné fázi; při tavení kyseliny oktadecylfosfonové však barvivo v kapalné fázi chemicky reaguje a získává protonovanou barevnou formu. Tento stav je pak udržován, když matrice opět tuhne, pokud je proces ochlazování dostatečně rychlý. Protože je leuko forma stabilnější při nižších teplotách a v pevné fázi, záznamy na termochromním papíře v průběhu let postupně blednou.

    Polymery

    Termochromismus se může vyskytovat u termoplastů, duroplastů, gelů nebo jakýchkoli povlaků. Zdrojem termochromního efektu může být samotný polymer, zabudovaná termochromní přísada nebo vysoce uspořádaná struktura vytvořená interakcí polymeru se zavedenou netermochromní přísadou. Navíc z fyzikálního hlediska může být původ termochromního efektu různý. Může k tomu tedy dojít v důsledku změn odrazových, absorpčních a/nebo rozptylových vlastností světla s teplotou. Velmi zajímavé je použití termochromních polymerů pro adaptivní sluneční ochranu. V posledním desetiletí přitahovaly pozornost strategie rysů již od návrhu, jako jsou ty, které se používají k vývoji netoxických termochromních polymerů.

    Inkoust

    Termochromní inkousty neboli barviva jsou sloučeniny citlivé na teplotu vyvinuté v 1970. letech minulého století, které při vystavení teplu dočasně mění barvu. Dodávají se ve dvou typech: tekuté krystaly a leuko barviva. S barvivy Leuco se snáze pracuje a umožňují širší možnosti použití. Mezi takové aplikace patří: ploché teploměry, testery baterií, oblečení a indikátor na lahvích s javorovým sirupem, který mění barvu, když je sirup teplý. Teploměry se často používají mimo akvária nebo k získání tělesné teploty přes čelo. Coors Light nyní na svých plechovkách používá termochromní inkoust, který mění barvu z bílé na modrou, což naznačuje, že plechovka je studená.

    Anorganické materiály

    Téměř všechny anorganické sloučeniny jsou do jednoho nebo druhého stupně termochromní. Ve většině příkladů jsou však barevné změny malé. Například oxid titaničitý, sulfid zinečnatý a oxid zinečnatý jsou při pokojové teplotě bílé, ale při zahřátí mění barvu na žlutou. Podobně oxid indium(III) má žlutou barvu a při zahřívání tmavne do žlutohněda. Oxid olovnatý vykazuje při zahřátí podobnou barevnou změnu. Změna barvy je způsobena změnou elektronických vlastností (hladiny energie, populace) těchto materiálů.

    Dramatičtější příklady termochromismu lze nalézt v materiálech, které procházejí fázovým přechodem nebo vykazují pásy přenosu náboje blízko viditelné oblasti. Příklady zahrnují

    • Jodid rtuťnatý měďnatý (Cu 2 [HgI 4 ]) prochází fázovým přechodem při 67 °C, přičemž se reverzibilně mění z jasně červené pevné látky. materiál při nízké teplotě na tmavě hnědou pevnou látku při vysoké teplotě s přechodnými červenofialovými stavy. Barvy jsou intenzivní a zdá se, že jsou způsobeny komplexy přenosu náboje Cu(I)-Hg(II).
    • Jodid rtuťnatý stříbrný (Ag2[HgI4]) je při nízkých teplotách žlutý a nad 47–51 °C oranžový, se žlutooranžovými stavy mezi nimi. Barvy jsou intenzivní a zdá se, že jsou způsobeny komplexy přenosu náboje Ag(I)-Hg(II).
    • Jodid rtuťnatý (II) je krystalický materiál, který při 126 °C podléhá reverzibilní reakci fázového přechodu z červené fáze alfa do světle žluté fáze beta.
    • Bis(dimethylamonium) tetrachloronicickelát(II) ([(CH3)2NH2]2NiCl4) je karmínově červená sloučenina, která se po ochlazení zbarví do modra přibližně při 110 °C, ze sloučeniny se stane světle žlutá metastabilní fáze, která během 2–3 týdnů zčervená znovu. Mnoho dalších tetrachlorniklátů je také termochromních.
    • Bis(diethylamonium)tetrachlorocuprat(II) ([(CH3CH2)2NH2]2CuCl4) je jasně zelená pevná látka, která reverzibilně mění barvu na žlutou při 52–53 °C. Barevná změna je způsobena relaxací vodíkových vazeb a následnou změnou geometrie komplexu měď-chlór z rovinného na deformovaný čtyřstěnný s odpovídající změnou uspořádání d-orbitalů atomu mědi. Jako meziprodukt mají krystaly zelenou nebo žlutou barvu.
    • Oxid chromitý: Oxid hlinitý v poměru 1:9 je červený při pokojové teplotě a šedý při 400°C, v důsledku změn v jeho krystalickém poli.
    • Oxid vanadičitý byl zkoumán pro použití jako „spektrálně selektivní“ povlak na okna k blokování infračerveného přenosu a snížení tepelných ztrát v budově skrz okna. Tento materiál se chová jako polovodič při nižších teplotách, poskytuje větší propustnost, a jako vodič při vyšších teplotách poskytuje mnohem větší odrazivost. K fázovému přechodu mezi transparentní polovodivou a reflexní vodivou fází dochází při 68 °C; dopování materiálu 1,9 % wolframu snižuje teplotu přechodu na 29 °C.

    Mezi další termochromní pevné polovodičové materiály patří

    • CdxZn1-x SySe1-y (x = 0,5–1, y = 0,5–1),
    • ZnxCdyHg1 − x − y OaSbSecTe 1 − a − b − c (x = 0–0,5, y = 0,5–1, a = 0–0,5, b = 0,5–1, c = 0–0,5),
    • HgxCdyZn1 − x − y SbSe1 − b (x = 0–1, y = 0–1, b = 0,5–1)

    Některé minerály jsou také termochromní; například některé pyropy obsahující chrom, typicky červenofialové, při zahřátí na asi 80 °C zezelenají.

    Nevratné anorganické termochromy

    Některé materiály nevratně mění barvu. Lze je použít například pro laserové značení materiálů.

    • Jodid měďný je světle hnědá pevná látka, která se při 60-62 °C mění na oranžovou.
    • Metavanadičnan amonný je bílý materiál, který při 150 °C zhnědne a při 170 °C zčerná.
    • Manganová violeť (Mn(NH4)2P2O7) je fialový materiál, oblíbený fialový pigment, který při 400°C zbělá.

    

    Některé pevné látky jsou schopny při zahřátí měnit svou krystalovou strukturu a v důsledku toho i barvu (v důsledku změny absorpčního spektra v důsledku fázového přechodu).

    přihláška

    Tepelné barvy byly vyvinuty pro stanovení teploty na povrchu výrobků libovolného tvaru, včetně povrchu pohybujících se předmětů (například obrobku při řezání na soustruhu nebo fréze). Termální barvy našly široké [2] uplatnění při teplotních studiích různých objektů.

    Výhody

    Výhody termolaků oproti různým typům teploměrů:

    • schopnost měřit teplotu libovolně zakřivených povrchů
    • získání teplotního pole (nebo izotermy) spíše než měření jednotlivých bodů
    • nedostatečný odvod tepla přes vodiče (například termistory)
    • snadné dálkové odečítání teploty předmětů (například objektů pod vysokým napětím)

    Přesnost

    Přesnost měření teploty termochemickou barvou je ± 5. 10 °C, i když pas pro každou konkrétní šarži barvy může udávat přesnější přechodovou teplotu a větší přesnost.

    Termochemické barvy podle TU 133-67 (SSSR)

    Seznam barev produkovaných průmyslem. [3]

    Označit malovat	teplota přechod ° C	Původní barva	Barva po zahřátí
    1a	45	Light Pink	modrý
    31	70	růžový	zelená
    32	85	Light Pink	světle modrá
    13	90	světle zelená	světle hnědá
    50	110	Light Pink	světle fialová
    4	120	světle zelená	fialová
    30	130	žlutý	oranžový
    5	150	fialová	černá
    6	180	světle zelená	černá
    230	200	zelená	béžová
    8	240	světle zelená	hnědý
    240	250	tyrkysový	bílá
    10	280	šeřík	černá a modrá
    12	360	modrý	béžová
    6b	410	bílá	hnědý
    470	445	modrozelená	světle šedá
    15	470	oranžový	šedá
    480	485	modrý	světle šedá
    490	510	modrozelená	oranžový
    528	555	černá	tmavozelený
    14	570	růžový	bílá přes béžovou
    7	700	světle zelená	jasně zelená
    100	800	šeřík	světle fialová

    Formy uvolnění

    Jednou z forem výroby termoindikačních barev byly „voskové tužky“.

    Další příklady

    Prášky vhodných anorganických pigmentů lze přimíchat do vysoušecího oleje, dextrinu nebo tsaponlaku (nitro lepidlo).

    Oxid zinečnatý (zinková běloba), 500–600 °C

    Bílý prášek, který při zahřátí reverzibilně žloutne.

    Tetrajodmerkurát měďnatý, 60°-65°C (červená/hnědá)

    • roztok 1: rozpustit 20 g KI ve 2,5 cm³ vody po rozpuštění přidat 8 g HgI;₂.
    • roztok 2: 20 cm³ vody + 3 g CuSO₄.
    • nalijte roztok 2 do roztoku 1 po malých částech za míchání. Necháme 30 minut uležet, usazeniny zachytíme na papírovém filtru a alespoň 10x propláchneme vodou. [4]

    Tetrajodmerkurát stříbrný, 40°-45°C (citronově žlutá/hnědá)

    • roztok 1: rozpusťte 200 g KI ve 5 cm³ vody, zahřejte, přidejte 8 g HgI₂ a míchejte, dokud se úplně nerozpustí.
    • roztok 2: 10 cm³ vody + 2,5 g AgNO₃ (lapis).
    • Ve tmě za míchání nalijte roztok 1 do studeného roztoku 2 Po 20 minutovém stání ve tmě shromážděte (může být na světle) citronově zbarvenou sraženinu. Opláchněte vodou. Vysušte mezi 2 listy filtračního papíru. [4]

    Poznámky

    1. ↑Barvy citlivé na teplo – článek z Velké sovětské encyklopedie
    2. ↑Abramovič B.G.Tepelné indikátory a jejich aplikace.. – CHEMIE a CHEMISTI, 2008. – V. 5.
    3. ↑ „Kolenko E.A.‘ Technologie laboratorních experimentů: Příručka. – Petrohrad. : Politekhnika, 1994. – S. 69. – 751 s. — ISBN 5-7325-0025-1
    4. ↑ 12[1] Časopis Mladý technik č. 10, 1982, str. 64-65 (soubor)

    См. также

    • Indikátory teploty tekutých krystalů
    • Teplotní indikátor tavící barvy (TU 6-10-1131-71)
    • Pigmenty
    • Barviva
    • Barva
    • Chemické indikátory
    • Tepelné inženýrství

    Wikimedia Foundation. 2010.

    • Termodynamická stavová funkce
    • Termomammografie
    Přečtěte si více

    Jak ručně nastartovat Mazdu CX 5 klíčem?