CN107479216A - 热敏变色元件、热敏变色致动器和植物保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热敏变色元件、热敏变色致动器和植物保护装置，所述的热敏变色元件包括具有相对的第一表面和第二表面的第一基体、设于第二表面的热敏变色层和设于第二表面或第一表面光热吸收层，热敏变色层在升温至第一温度时变色，在降温至第二温度时恢复颜色，并且热敏变色层能够反复变色，因此能够循环使用，节省能源，所述的热敏变色致动器包括具有相对的第一表面和第二表面的第一基体和设置在第二表面上的热敏变色层和光热吸收层以及与第一基体层叠设置的第二基体，第二基体的热膨胀系数大于第一基体，光照在第一基体的第二表面上时，所述热敏变色致动器的周缘向背离光照的方向弯折，使热敏变色致动器形成防护空间，可作为植物的保护装置。

Description

热敏变色元件、热敏变色致动器和植物保护装置

技术领域

本发明涉及感温器件领域，特别是涉及一种热敏变色元件、热敏变色致动器和植物保护装置。

背景技术

传统热敏材料在温度变化后变色，但是无法再恢复颜色，因此传统的热敏材料为一次性材料，无法循环使用，容易造成资源浪费。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于针对传统的热敏材料为一次性材料且无法循环使用的问题，提供一种热敏变色元件、热敏变色致动器和植物保护装置。

为了实现上述的技术目的，本发明的采用的技术方案为：

一种热敏变色元件，其包括：

第一基体，具有相对的第一表面和第二表面；

热敏变色层，设置于所述第二表面上；

光热吸收层，设置于所述的第一表面或第二表面上，所述的热敏变色层在升温至第一温度时发生变色，在降温至第二温度时恢复颜色。

在其中一个实施例中，所述光热吸收层和热敏变色层均设置于第二表面时，所述热敏变色层和光热吸收层为拼接设置在第一基体的第二表面上。

在其中一个实施例中，所述热敏变色层和所述光热吸收层交替拼接设置。

在其中一个实施例中，所述光热吸收层内部设置有相互间隔的多个第一气泡。

在其中一个实施例中，所述热敏变色层含有供电子化合物、受电子化合物和有机溶剂。

在其中一个实施例中，所述光热吸收层由石墨烯、氧化石墨烯、碳黑、碳纳米管、氧化钨纳米颗粒、金纳米颗粒、银纳米颗粒中的一种以上组合构成。

一种热敏变色致动器，采用上述的热敏变色元件制成，其包括：

第一基体，具有相对的第一表面和第二表面；

光热吸收层；

热敏变色层，所述热敏变色层在升温至第一温度时变色，在降温至第二温度时恢复颜色；

所述热敏变色层和光热吸收层均设置在所述第二表面上；

所述的热敏变色致动器还包括：第二基体，与所述第一基体层叠设置，其中，所述第二基体的热膨胀系数大于所述第一基体的热膨胀系数。

在其中一个实施例中，所述第二基体内设置有多个间隔设置的第二气泡，所述多个第二气泡形成气泡层，该气泡层沿着平行于所述第二基体表面的方向延伸。

在其中一个实施例中，所述第一基体的湿膨胀系数大于所述第二基体的湿膨胀系数。

在其中一个实施例中，所述第一基体内设置有毛细网络；所述第一基体至少部分表面暴露在外，所述第一基体暴露的部分表面设置有导热部件，所述导热部件与所述毛细网络连接。

在其中一个实施例中，所述第二基体远离所述热敏变色元件的表面设置有波纹结构。

一种保护装置，由所述的热敏变色致动器制成，当光照在第二表面上时，所述热敏变色致动器的周缘向背离光照的方向弯折，使所述热敏变色致动器形成防护空间。

本发明提供的热敏变色元件的光热吸收层能够吸收热量，另外，光热吸收层吸收的热量能够快速传给热敏变色层，使热敏变色层温度升高，令热敏变色层能够在第一温度变色，并在降温至低于第一温度的第二温度进行恢复颜色，并且所述的热敏变色层能够反复变色，使得所述的热敏变色元件能够进行循环使用，节省能源，另外，本发明提供的热敏变色致动器通过在第一基体的第二表面上设置热敏变色层和光热吸收层且第一基体上层叠设置有热膨胀系数大于第一基体的第二基体，并使得光照在第一基体的第二表面上时，热敏变色致动器的周缘向背离光照的方向弯折，使所述热敏变色致动器形成防护空间，可将其作为喜阴植物的保护装置。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的阐述：

图1为本发明实施例提供的热敏变色元件的结构图；

图2为本发明实施例提供的热敏变色元件的立体图；

图3为本发明实施例提供的热敏变色层和光热吸收层在第一基体一侧的结构图；

图4为本发明实施例提供的热敏变色层和光热吸收层在第一基体一侧的立体图；

图5为本发明实施例提供的热敏变色致动器的结构图；

图6为本发明实施例提供的热敏变色致动器立体图；

图7为本发明实施例提供的热敏变色致动器受热变形示意图；

图8为本发明实施例提供的第二基体设置于所述交替拼接的热敏变色层和光热吸收层的表面的结构图；

图9为本发明实施例提供的植物保护装置结构图；

其中，图1至图9中的主要元件符号说明如下：

热敏变色元件10、第一基体100、第一表面110、第二表面120、毛细网络130、导热部件140、混合层200、热敏变色层210、光热吸收层220、第一气泡221、热敏变色致动器20、第二基体300、第二气泡310、波纹结构320、植物保护装置30、顶盖400、遮挡板500。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及技术效果更加清楚明白，以下结合附图对本发明的具体实施例进行描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1或2所示，本发明实施例提供一种热敏变色元件10，其中，所述热敏变色元件10包括第一基体100、热敏变色层210和光热吸收层220，所述第一基体100具有相对的第一表面110和第二表面120，所述热敏变色层210附着设置于所述的第二表面120上，所述光热吸收层220附着设置于所述的第二表面120或所述第一表面110上，所述热敏变色层210在升至第一温度时变色，在降至第二温度时恢复颜色。

另外，所述的第一基体100可以用于支撑所述热敏变色元件10，所述第一基体100可以为片状结构，所述第一基体100可以具有一定的强度，并且，所述第一基体100可以为具有一定柔性的有机材料，也可以为具有一定韧性的无机材料，所述第一基体100也可以为天然纤维或人工纤维制成的片状基体。

作为热敏变色层210的其中一种实施方式，所述热敏变色层210可以由含有供电子化合物、受电子化合物和有机溶剂构成的组合物构成。其中，所述有机溶剂可以为含苯环的羧酸与二元醇形成的二酯或二元羧酸与含苯环的脂肪醇形成的二酯，所述的组合物常温下为有色状态。所述组合物加热到第一温度或高于所述第一温度时发生消色反应，另外，所述组合物颜色消失且停止加热颜色不再恢复，当被消色的组合物置于所述第二温度或低于所述第二温度时颜色重新恢复，其中，所述的第二温度低于所述第一温度，且组合屋的消色与颜色恢复的过程可重复进行。作为其中一个实施例子，所述的第一温度为55~60℃，所述第二温度为-8~-10℃，由于，所述的热敏变色层210由所述的组合物构成，因此所述热敏变色层210也可以具有上述性质，所述组合物可以为液体，并将所述的液体覆涂于所述第一基体100并干燥便可以形成所述热敏变色层210。

所述光热吸收层220用以将光能转换为热能，并将热能传递给所述热敏变色层210使所述热敏变色层210变色。作为其中一个实施例，所述的光热吸收层220可以为石墨烯、氧化石墨烯、碳黑、碳纳米管、金纳米颗粒、银纳米颗粒、氧化钨纳米颗粒或其任意两个或多个组分的组合组成。所述的光热吸收层220和所述热敏变色层210可以涂覆于所述第一基体100的两侧或者所述光热吸收层220和所述热敏变色层210也可以涂覆于所述第一基体100的一侧。可以理解为所述光热吸收层220和所述热敏变色层210可以在所述第一基体100的一侧混合形成所述混合层200，构成所述热敏变色层210的组合物和构成所述热敏变色层210的组合物可以先充分混合然后涂覆于所述第一基体100。所述光热吸收层220和所述热敏变色层210也可以分区域分别附着于所述第一基体100。

当所述的热敏变色元件10在受到光照后，所述光热吸收层220能够快速吸收光能，并将光能转换为热能。所述热敏变色层210在接收热能后温度升高。当所述热敏变色层210的温度升高到所述第一温度后变色。当温度降到第二温度后恢复颜色。在其中一个实施例中，所述热敏变色层210的原色为蓝色，在温度为第一温度后变为白色。当温度降为第二温度后所述热敏变色元件10恢复为蓝色。所述热敏变色元件10在变色后能够长期保持变色后的颜色和状态，在恢复颜色后能够再次重复使用，因此所述热敏变色元件10能够反复使用，节省能源。

如图3或4所示，作为光热吸收层220和热敏变色层210的其中一种实施方式，所述光热吸收层220和热敏变色层210均附着于第二表面120时形成混合层200。

当所述光热吸收层220和所述热敏变色层210均设置于所述第二表面120时，所述热敏变色层210和所述光热吸收层220在所述第一基体100的第二表面120拼接设置。所述热敏变色层210可以具有特定的形状，比如矩形、多边形。所述光热吸收层220的形状可以与所述热敏变色层210对应设置以使所述热敏变色层210和所述光热吸收层220的边界可以无缝衔接形成完整的平面。可以理解，所述热敏变色层210和所述光热吸收层220可以为各种图案相互拼接形成所述混合层200。优选地，所述光热吸收层220和所述热敏变色层210之间的拼接线较长以增加所述光热吸收层220向所述热敏变色层210传递热量的面积。进一步地，所述光热吸收层220可以具有较小的面积，所述热敏变色层210具有较大的面积。通过改变不同的光照区域可以使所述热敏变色层210变色形成各种图案。通过线性光源照射可以在所述混合层200表面进行书写。由于所述光热吸收层220可以为深色，在所述混合层200表面形成图案后，所述光热吸收层220会影响视觉效果。因此可以使得所述光热吸收层220具有较小的面积并与所述热敏变色层210具有较长的拼接线，并且使所述光热吸收层220和所述热敏变色层210可以具有较大的拼接密度以降低人观看所述混合层200表面图案时所述光热吸收层220的深颜色对视觉的影响。

作为光热吸收层220和热敏变色层210的一种实施方式，所述热敏变色层210和所述光热吸收层220交替拼接设置，所述热敏变色层210和所述光热吸收层220为条状，其中条状的热敏变色层210和光热吸收层220相互交替拼接设置。条状的所述热敏变色层210和所述光热吸收层220相互交替拼接可以具有较长的接触边界以增加换热面积。优选地，所述光热吸收层220的宽度要明显小于所述热敏变色层210的宽度。上述设置可以在整体观看所述混合层200时减少所述光热吸收层220对视觉的影响。在其中一个实施例中，所述热敏变色层210的宽度和所述光热吸收层220的宽度的比为10:1。

进一步的，所述光热吸收层220内部设置有相互间隔的多个第一气泡221。所述第一气泡221可以由有机透明材料制成。在形成所述光热吸收层220的过程中可以将所述第一气泡221嵌入所述光热吸收层220内部。可以理解，所述第一气泡221也可以在所述光热吸收层220形成的过程中通过向所述光热吸收层220内部通气形成，优选地，所述第一气泡221的直径为5~10μm。常态下，所述第一气泡221在所述光热吸收层220中为椭圆形，并且相互挤压。因此在宏观角度下观察，所述光热吸收层220颜色较深。当所述光热吸收层220受到光照开始吸热后，所述光热吸收层220将热量传递给所述第一气泡221。所述第一气泡221内部温度升高空气开始膨胀使所述第一气泡221开始增大。同时，所述光热吸收层220将热量传递给所述热敏变色层210使得所述热敏变色层210温度升高变色。当所述热敏变色层210温度升高到所述第一温度后开始变色。同时，所述第一气泡221也开始逐渐膨胀增大。并且，所述第一气泡221使所述光热吸收层220之间的间隙增大，通的光增多。由于所述第一气泡221可以具有反光的作用，因此从宏观上看，所述光热吸收层220的颜色变淡。上述结构可以减少所述光热吸收层220的深色对所述混合层200中所述热敏变色层210形成的图案的视觉影响。

如图5至8之一所示，本发明实施例还提供一种热敏变色致动器20，其包括上述的热敏变色元件，所述的热敏变色致动器20包括第一基体100，所述的第一基体100具有相对的第一表面110和第二表面120，所述的热敏变色致动器20还包括设置在第二表面120上的光热吸收层220和热敏变色层210，所述热敏变色层210在升温至第一温度时变色，在降温至第二温度时恢复颜色。所述热敏变色致动器20还包括第二基体300，所述第二基体300与所述第一基体100层叠设置。其中，所述第二基体300的热膨胀系数大于所述第一基体100的热膨胀系数。作为其中一种实施方式，所述的热敏变色层210和所述光热吸收层220在所述第二表面120交替拼接设置。另外，所述第二基体300可以由为双向拉伸聚丙烯、聚丙烯、聚乙烯、硅橡胶、氟硅橡胶、聚甲基丙烯酸甲醋、聚对苯二甲酸乙二醇醋、聚氨脂、环氧树脂、聚丙烯酸乙醋、聚丙烯酸丁醋、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚丙烯睛中的一种或几种的组合构成，所述第一基体100可以为天然纤维制或化学纤维制成的纸材料。

在温度升高后，由于所述第二基体300的热膨胀系数大于所述第一基体100的热膨胀系数，所述第二基体300会朝着所述述第一基体100所在的方向弯折，达到致动形变的效果。

作为第二基体300的其中一种实施方式，所述第二基体300中间隔设置有多个第二气泡310，所述多个第二气泡310沿着所述第二基体300的表面的延伸方向上形成气泡层。所述气泡层沿着平行于所述第二基体300表面的方向延伸，所述气泡层可以将所述第二基体300分割为两层。所述第二基体300弯折时，所述气泡层可以减小弯折阻力，增大所述热敏变色致动器20的变形幅度。进一步地，所述第二气泡310中的空气为热的不良导体，因此所述第二气泡310具有隔热效应。当所述第二基体300其中一层的温度升高时，所述气泡层可以减缓热量向所述第二基体300的另一层传递的速度以增加温度梯度。所述气泡层分割的所述第二基体300的两层产生较大的温度差异可以增大所述第二基体300中所述气泡层分割的两层的膨胀程度的差异，从而使形变更为明显。

作为其中一种实施方式，所述第一基体100的湿膨胀系数大于所述第二基体300的湿膨胀系数。因此在潮湿环境下，所述第一基体100可以朝向所述第二基体300所在的方向弯折，所述第一基体100的厚度可以为27μm~80μm。

作为其中一种实施方式，所述第一基体100中设置有毛细网络130，所述第一基体100至少部分表面暴露在外，并且，所述第一基体100暴露的部分表面进一步设置有导热部件140，所述导热部件140与所述毛细网络130连接，因此，所述导热部件140设置在所述第一基体100暴露在环境的部分的表面。优选地，所述导热部件140部分嵌入所述第一基体100，所述导热部件140的另一部分暴露在空气中以冷凝空气中的水分。所述导热部件140与所述毛细网络130连接。所述毛细网络130可以为在所述第一基体100形成过程中设置。在其中一个实施例中，所述毛细网络130可以为在所述第一基体100形成过程中铺设在所述第一基体100中的柔性钢丝铺成的网络。当所述第一基体100成型后，将每一根柔性钢丝抽出形成毛细孔。所述毛细孔相互连接形成所述毛细网络130。优选地，所述毛细网络130在所述第一基体100内部均匀布置。所述导热部件140可以为导热性能良好的金属。在其中一个实施例中，所述金属可以为铁、铜、银。所述导热部件140可以为球形或立方体。在具有湿度的环境中，所述导热部件140温度低于环境温度。空气中的水分会在所述导热部件140表面凝结成水珠。可以理解，液体水分的流动速度要大于空气中水分向所述第一基体100中传递的速度。水珠可以沿着所述毛细网络130在所述第一基体100中快速扩散使所述热敏变色致动器20产生形变动作。

进一步，所述第二基体300远离所述热敏变色元件10的一侧设置有波纹结构320。可以理解，所述第二基体300远离所述热敏变色元件10的一侧暴露在环境中。所述波纹结构320可以增加所述第二基体300的受光面积，提高传热效率。另外，所述波纹结构320使所述第二基体300表面的厚度不同，改变了所述第二基体300内部应力，在所述第二基体300弯曲时，所述波纹结构320可以减少弯曲阻力，提高所述热敏变色致动器20的变形程度。

如图9所示，本发明实施例提供应用上述热敏变色致动器20的一种植物保护装置30，所述植物保护装置30由所述的热敏变色致动器20制成，当光照在所述的第二表面120上时，所述热敏变色致动器20的周缘向背离光照的方向弯折，使所述热敏变色致动器（20）形成防护空间。

作为其中一种实施方式，所述植物保护装置30包括所述的变色致动器20制成的顶盖400、遮挡板500，所述顶盖400与所述遮挡板500一体成型。当光照射所述的植物保护装置30时，所述遮挡板500弯折，所述遮挡板500和所述顶盖400之间形成容纳植物的防护空间。优选地，所述第二基体300位于所述植物保护装置30的外侧以吸收光线。所述第二基体300温度升高后，由于热膨胀系数高，所述遮挡板500向背离光线照射的方向弯折，四个所述遮挡板500共同弯折将植物罩住。阴天或夜晚，所述遮挡板500两侧的趋于温度一致，所述遮挡板500再次恢复到与所述顶盖400相同的平面，便于植物的呼吸作用。作为其中一种实施方式，需要保护的植物可以为喜阴植物。

作为其中一种实施方式，所述的植物保护装置30从外侧到内侧可以依次为第二基体300、混合层200和第一基体100，所述第二基体300可以为透明材料。所述混合层200中的光热吸收层220可以加速所述第二基体300吸热以加速变形，并且所述混合层200在温度升高后变为浅色可以反射阳光，以减缓温度的进一步升高。所述第一基体100的湿度膨胀系数大于所述第二基体300的湿度膨胀系数时，夜晚由于植物的呼吸作用释放的水分可以使得所述第一基体100向所述第二基体300所在的方向弯折，从而加速所述遮挡板500的张开，以方便植物的呼吸作用。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种热敏变色元件，其特征在于，其包括：

第一基体（100），具有相对的第一表面（110）和第二表面（120）；

热敏变色层（210），设置于所述第二表面（120）上；

光热吸收层（220），设置于所述的第一表面（110）或第二表面（120）上，所述的热敏变色层（210）在升温至第一温度时发生变色，在降温至第二温度时恢复颜色。

2.如权利要求1所述的热敏变色元件，其特征在于，所述光热吸收层（220）和热敏变色层（210）均设置于第二表面（120）时，所述热敏变色层（210）和光热吸收层（220）为拼接设置在第一基体（100）的第二表面（120）上。

3.如权利要求2所述的热敏变色元件，其特征在于，所述热敏变色层（210）和所述光热吸收层（220）交替拼接设置。

4.如权利要求1所述的热敏变色元件，其特征在于，所述光热吸收层（220）内部设置有相互间隔的多个第一气泡（221）。

5.如权利要求1所述的热敏变色元件，其特征在于，所述热敏变色层（210）含有供电子化合物、受电子化合物和有机溶剂。

6.如权利要求1所述的热敏变色元件，其特征在于，所述光热吸收层（220）由石墨烯、氧化石墨烯、碳黑、碳纳米管、氧化钨纳米颗粒、金纳米颗粒、银纳米颗粒中的一种以上组合构成。

7.一种热敏变色致动器，其特征在于，其包括权利要求1至6之一所述的热敏变色元件，所述热敏变色元件的热敏变色层（210）和光热吸收层（220）均设置在第一基体（100）的第二表面（120）上；所述的热敏变色致动器还包括第二基体（300），所述的第二基体（300）与热敏变色元件的第一基体（100）层叠设置，其中，所述第二基体（300）的热膨胀系数大于所述第一基体（100）的热膨胀系数。

8.如权利要求7所述的热敏变色致动器，其特征在于，所述第二基体（300）内设置有多个间隔设置的第二气泡（310），所述多个第二气泡（310）形成气泡层，该气泡层沿着平行于所述第二基体（300）表面的方向延伸。

9.如权利要求7所述的热敏变色致动器，其特征在于，所述第一基体（100）的湿膨胀系数大于所述第二基体（300）的湿膨胀系数。

10.如权利要求9所述的热敏变色致动器，其特征在于，所述第一基体（100）内设置有毛细网络（130）；所述第一基体（100）至少部分表面暴露在外，所述第一基体（100）暴露的部分表面设置有导热部件（140），所述导热部件（140）与所述毛细网络（130）连接。

11.如权利要求7所述的热敏变色致动器，其特征在于，所述第二基体（300）远离所述热敏变色元件（10）的表面设置有波纹结构（320）。

12.一种保护装置，其特征在于，由权利要求7-11任一项所述的热敏变色致动器（20）制成，当光照在第一基体（100）的第二表面（120）上时，所述热敏变色致动器（20）的周缘向背离光照的方向弯折，使所述热敏变色致动器（20）形成防护空间。