CN103399419A - 一种温控型滤光器件 - Google Patents

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叶嘉明
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Abstract

本发明提出一种温控型滤光器件，其特征在于，所述的滤光器件由一个具有感温变色特性的高分子基片以及温度控制模块所组成。使用本发明所提供的温控型滤光器件，只需将该滤光器件放置于所使用的光路系统中，通过温度控制模块对具有感温变色特性的基片的温度进行精确的控制，便可精确地调节基片的颜色以及透光率，实现滤光功能。使用此器件，可以在同一个滤光片上获得不同的滤光特性，操作简便灵活，特别适合于智能化、小型化的光学分析系统。

Description

一种温控型滤光器件
技术领域
本发明涉及一种智能材料，特别是涉及一种温控型滤光器件。
背景技术
光学检测由于操作简便、快速直观、检测灵敏度高等优点，成为目前工业生产、科学研究的众多领域中最为广泛使用的检测方法之一。在光学的检测系统中，对从光源发射出来的光线进行一些特殊化处理，例如聚焦、分散、滤光、分光等等操作是非常必要的，上述的光处理对提高检测分析结果的灵敏度、检测限都有十分重要的意义。滤光片是目前光学检测中非常重要的光学器件，例如截止型的滤光片往往被用于荧光检测中，带通型的滤光片常常被用于光度检测中。
目前，滤光片普遍采用玻璃、塑料等硬质材料进行制备，这些材料虽然机械性能优异、制备工艺成熟，但是一方面加工成本较高，另一方面，大多数使用场合中，往往需要多种滤光器件的搭配，系统略显复杂。因此，如果能够发展一种智能型的滤光器件，如果该滤光器件能够在不同的控制条件下呈现不同的滤光特性，不仅将大大降低材料成本和制备成本，同时将大大简化光学检测系统，将具有十分重要的应用价值和市场前景。基于此，本发明提出一种智能型的滤光器件，更具体地，是一种温控型滤光器件，通过简便地调控滤光片的温度，就能获得不同的滤光效果。
发明内容
本发明提出一种温控型滤光器件，其特征在于，所述的滤光器件由一个具有感温变色特性的高分子基片以及温度控制模块所组成。
本发明提供一种温控型滤光器件，所述的具有感温变色特性的高分子基片材料包括聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等，材料内部掺杂具有感温变色特性的物质。
本发明提供一种温控型滤光器件，所述的感温变色特性的高分子基片是指该基片材料在不同的温度环境下，呈现不同的颜色以及不同的透明度。
本发明提供一种温控型滤光器件，所述的感温变色物质包括市售或自行合成的感温变色粉末或其溶液、感温变色微胶囊、感温变色油墨等，其感温变色的范围为-15℃～100℃。
本发明提供一种温控型滤光器件，所述的掺杂方法包括将感温变色材料的固体粉末或溶液，加入到液相高分子聚合物材料中，固化成型而成。所述的固化成型可以是高温融化状态下的聚合物固化而成，也可以是将溶解有聚合物的溶液中的溶剂挥发后固化而成，或者是促使聚合物的单体溶液发生聚合反应后固化而成。
本发明提供一种温控型滤光器件，所述的温度控制模块可以是外置型的温度控制器件，例如半导体制冷器、金属加热板、硅胶加热薄膜、ITO加热板等；也可以是内置型的温度控制器件，例如制备在高分子基片表面或其内部的加热电极、加热流体通道等。
本发明提供一种温控型滤光器件，所述的滤光器件的工作原理如下：将该滤光器件放置于所使用的光路系统中，通过温度控制模块对具有感温变色特性的基片的温度进行精确的控制，从而精确地调节基片的颜色以及透光率，实现滤光功能。
本发明提供一种温控型滤光器件，所述的温控型滤光器件，可以通过对基片的温度控制从而在同一个滤光片上获得不同的滤光特性，操作简便灵活，特别适合于智能化、小型化的光学分析系统。
附图说明
图1.本发明提供的一种集成半导体制冷器的温控型滤光器件。其中，A1为感温变色滤光片；B1为半导体制冷器。
图2.本发明提供的一种集成加热或制冷流体通道的温控型滤光器件。其中，A2为感温变色滤光片；B2为基片内部的流体通道。
图3.本发明提供的一种集成加热电极的温控型滤光器件。其中，A3为感温变色滤光片；B3为Pt电极。
具体实施方案
下面的实施例将结合说明书附图对本发明予以进一步的说明。
实施例1一种集成半导体制冷器的温控型滤光器件
一种具有感温特性的PMMA滤光片及其配套温控系统如图1所示。滤光片A1的制备过程如下：首先，150℃条件下，将粒径10微米的感温变色材料的粉末按照1％质量比与PMMA的熔融体充分混合，搅拌均匀，真空除尽气泡；将上述混合液取一部分浇铸在一个表面抛光的、镜面平整的不锈钢基片上，厚度为500微米；基片降至常温后，取出，将薄膜从基片剥离，获得具有感温特性的PMMA滤光片A1。
为了对PMMA滤光片进行温度调控，使用特定形状的半导体制冷片B1紧贴于滤光片的上下表面，为了保证滤光区域能够正常工作，应使滤光片中心区域不被半导体制冷片覆盖。
最后使用温控器对半导体制冷片进行温度调控，从而精确调控滤光片的温度。该滤光片在不同温度下，分别呈现不同的颜色，如图1中所示，在低温(例如25℃)时呈现深蓝色；高温(45℃)时呈无色透明。上述的温控型滤光器件，通过温度切换，基片的滤光特性也随之发生可逆转换。
实施例2集成加热或制冷流体通道的温控型滤光器件
一种集成加热或制冷流体通道的PDMS滤光器件及其配套温控系统如图2所示。PDMS滤光片A2的制备过程如下：室温下，将粒径10微米的感温变色材料的粉末按照1％质量比与PDMS的预聚体(单体∶引发剂＝10∶1)充分混合，搅拌均匀，真空除尽气泡；将上述混合液取一部分浇铸在一个表面抛光的、镜面平整的不锈钢基片上，另取部分浇铸在一个表面具有凸起结构的金属镍模具上，厚度为500微米；将上述基片置于80℃烘箱中，1h后降至常温，取出，将薄膜从基片剥离，获得两张具有感温特性的PDMS基片；最后使用氧等离子体表面活化处理，将两层对准后实现不可逆键合，实现内部集成有流体通道B2的具有感温特性的PDMS芯片A2。
为了对PDMS滤光片进行温度调控，使用不同温度的水注入PDMS滤光片内部的流体通道，为了保证滤光区域能够正常工作，应使滤光片中心区域没有通道结构。
最后使用泵阀设备将不同温度的水注入滤光片的流体通道B2中，从而精确调控滤光片的温度。该滤光片在不同温度下，分别呈现不同的颜色，如图2中所示，在低温(例如25℃)时呈现深红色；高温(45℃)时呈无色透明。上述的温控型滤光器件，通过温度切换，基片的滤光特性也随之发生可逆转换。
实施例3一种集成加热电极的温控型滤光器件
一种具有感温特性的PC滤光片及其配套温控系统如图3所示。滤光片A3的制备过程如下：首先，高温条件下，将粒径5微米的感温变色材料的粉末按照1％质量比与PC的熔融体充分混合，搅拌均匀，真空除尽气泡；将上述混合液取一部分浇铸在一个表面抛光的、镜面平整的不锈钢基片上，厚度为0.3毫米；基片降至常温后，取出，将薄膜从基片剥离，获得具有感温特性的PC滤光片A3。
为了对PC滤光片进行温度调控，进一步使用溅射金属薄膜后刻蚀的方法，在滤光片A3表面制备加热Pt电极B3，为了保证滤光区域能够正常工作，应使滤光片中心区域不被Pt电极覆盖。
最后使用温控器对加热电极B3进行电压施加及温度调控，从而精确调控滤光片的温度。该滤光片在不同温度下，分别呈现不同的颜色，如图3中所示，在低温(例如25℃)时呈现深绿色；高温(40℃)时呈无色透明。上述的温控型滤光器件，通过温度切换，基片的滤光特性也随之发生可逆转换。
使用本发明所提供的温控型滤光器件，只需将该滤光器件放置于所使用的光路系统中，通过温度控制模块对具有感温变色特性的基片的温度进行精确的控制，便可精确地调节基片的颜色以及透光率，实现滤光功能。因此我们可以通过对基片的温度控制从而在同一个滤光片上获得不同的滤光特性，操作简便灵活，特别适合于智能化、小型化的光学分析系统。

Claims (8)

1.一种温控型滤光器件，其特征在于，所述的滤光器件由一个具有感温变色特性的高分子基片以及温度控制模块所组成。
2.按照权利要求1诉述的一种温控型滤光器件，其特征在于，所述的具有感温变色特性的高分子基片材料包括聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等，材料内部掺杂具有感温变色特性的物质。
3.按照权利要求1和2所述的一种温控型滤光器件，其特征在于，所述的感温变色特性的高分子基片是指该基片材料在不同的温度环境下，呈现不同的颜色以及不同的透明度。
4.按照权利要求2所述的一种温控型滤光器件，其特征在于，所述的感温变色物质包括市售或自行合成的感温变色粉末或其溶液、感温变色微胶囊、感温变色油墨等，其感温变色的范围为-15℃～100℃。
5.按照权利要求2所述的一种温控型滤光器件，其特征在于，所述的掺杂方法包括将感温变色材料的固体粉末或溶液，加入到液相高分子聚合物材料中，固化成型而成。所述的固化成型可以是高温融化状态下的聚合物固化而成，也可以是将溶解有聚合物的溶液中的溶剂挥发后固化而成，或者是促使聚合物的单体溶液发生聚合反应后固化而成。
6.按照权利要求1诉述的一种温控型滤光器件，其特征在于，所述的温度控制模块可以是外置型的温度控制器件，例如半导体制冷器、金属加热板、硅胶加热薄膜、ITO加热板等；也可以是内置型的温度控制器件，例如制备在高分子基片表面或其内部的加热电极、加热流体通道等。
7.按照权利要求1诉述的一种温控型滤光器件，其特征在于，所述的滤光器件的工作原理如下：将该滤光器件放置于所使用的光路系统中，通过温度控制模块对具有感温变色特性的基片的温度进行精确的控制，从而精确地调节基片的颜色以及透光率，实现滤光功能。
8.按照权利要求1所述的一种温控型滤光器件，其特征在于，所述的温控型滤光器件，可以通过对基片的温度控制从而在同一个滤光片上获得不同的滤光特性，操作简便灵活，特别适合于智能化、小型化的光学分析系统。
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