CN108107023A - 一种低耗受热历史显示器及其制备和使用方法 - Google Patents

一种低耗受热历史显示器及其制备和使用方法 Download PDF

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Abstract

一种低耗受热历史显示器及其制备和使用方法，它涉及受热历史显示器及其制备和使用方法。它是要解决现有技术中监控物品受热历史成本高，稳定性低的技术问题。低耗受热历史显示器由下底薄膜、上底薄膜和多块弛豫铁电陶瓷片组成或者由多块透明弛豫铁电陶瓷片组成；制法：制备一系列不同居里温度的弛豫铁电陶瓷体块，切割抛光的陶瓷片，曝光后即为受热历史显示器，或者依照其居里温度的顺序粘在下底薄膜上，覆上底薄膜即得。使用时先将低耗受热历史显示器在不同温度、时间下放置，得到漂白分布或透射率与温度、时间对应关系的数据表或比照卡；测试后根据陶瓷阵列的漂白分布或透射率，从数据表查或与比照卡对照，得出被测物体的受热历史。

Description

一种低耗受热历史显示器及其制备和使用方法
技术领域
本发明涉及一种受热历史显示器及其制备方法。
背景技术
监测某些商品或用品的受热历史，可以辅助判断其受到极端温度的负面影响。这些商品或用品可包括药品、血浆、食品、电子产品等。现有的能够在恶劣环境下无线操作的受热历史传感器，可记录微晶玻璃基板阵列中受热历史的特征。通过测量玻璃陶瓷基板的透光率，可在曝光后通过读取透射信息而了解受热历史。然后，模式匹配算法可以通过与已知特征指标数据库相比较来识别与相关指标对应的受热历史。但该种方法不能重复使用。且成本相对较高。
而用数字方法记录热历史，是目前监测受热历史技术中的简单方法，但是存在昂贵，过于笨重，占空比较大，不利于在一些条件下使用的问题。另外还有许多其他技术可以记录热历史，但成本都较高。热致变色物质由于温度的变化有改变颜色的能力。现有的两个基本的方法是基于液晶和无色染料。虽然这些效应可以用来及时读取温度数据，但它必须与其他技术相结合，或者需要特定的设计来显示热历史。目前急需一种简便易行，成本低廉的监测设备和方法。
发明内容
本发明为解决现有技术中监控物品受热历史成本高，稳定性低的问题，进而提出一种低耗受热历史显示器及其制备和使用方法。
本发明的低耗受热历史显示器有漫反射式低耗受热历史显示器和透射式低耗受热历史显示器两种。
本发明的漫反射式低耗受热历史显示器由下底薄膜1、上底薄膜2和多块弛豫铁电陶瓷片3组成；其中多块弛豫铁电陶瓷片3排列成一维阵列或二维阵列，一维阵列是按照弛豫铁电陶瓷的居里温度从低到高或从高到低的顺序排列的；二维阵列中各行从左至右弛豫铁电陶瓷片的居里温度从低到高，二维阵列中相邻两行的下一行的第一片弛豫铁电陶瓷片的居里温度高于前一行的任意一片；同时多块弛豫铁电陶瓷片3是用波长为300nm～450nm的紫外光和可见光进行曝光处理后的；弛豫铁电陶瓷片3粘贴在下底薄膜1上；上底薄膜2覆盖在多块弛豫铁电陶瓷片3之上；下底薄膜1和上底薄膜2导热且对紫外光和可见光不通透。
进一步地，所述的弛豫铁电陶瓷体片3为非透明的弛豫铁电陶瓷或透明的弛豫铁电陶瓷，其中非透明的弛豫铁电陶瓷为锆钛酸铅铁电陶瓷Pb(Zr1-xTix)O3，其中0≤x≤0.52。
所述透明的弛豫铁电陶瓷为锆钛铌镱酸铅镧Pb0.90La0.10[(Yb1/2Nb1/2)0.15(Zr0.425Ti0.575)0.85]0.975O3、锆钛酸铅镧(Pb1-xLax)(ZryTi1-y)1-x/4O3，x＝0.1,y＝0.65或者由PbMg1/3Nb2/3O3与PbTiO3形成的固溶体。
进一步地，所述的多块弛豫铁电陶瓷片3的带隙宽度Eg均在2.0～4.0eV在之间，居里温度均在10～350℃之间；
进一步地，弛豫铁电陶瓷片3是用波长为300nm～450nm的超带隙的紫外光到近带隙的短波可见光进行曝光处理，是指透明弛豫铁电陶瓷片的紫外辐射所致透射率下降30％～60％；非透明弛弛豫铁电陶瓷片的紫外辐射所致漫反射率下降10％～40％。
上述的漫反射式低耗受热历史显示器的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、利用压力辅助烧结技术，制得一系列带隙宽度Eg在3.0～4.0eV、居里温度在10～350℃之间的弛豫铁电陶瓷体块，将其切割后进行研磨抛光，再切割成弛豫铁电陶瓷片；
步骤二：将步骤一中的多块弛豫铁电陶瓷片用导热良好的胶粘贴在导热且对紫外光和可见光不通透的下底薄膜2上，排列成一维或者二维阵列，其中一维阵列是按照弛豫铁电陶瓷的居里温度从低到高或从高到低的顺序排列的；二维阵列中各行从左至右弛豫铁电陶瓷片的居里温度从低到高，二维阵列中相邻两行的下一行的第一片弛豫铁电陶瓷片的居里温度高于前一行的任意一片；
步骤三：用波长为300nm～450nm的超带隙的紫外光至近带隙的短波可见光进行曝光处理；
步骤四：再用导热且对紫外光和可见光不通透的上底薄膜1覆盖在多块弛豫铁电陶瓷片3之上以遮挡环境中的光辐射，即得到漫反射式低耗受热历史显示器。
进一步地，步骤一中，所述的弛豫铁电陶瓷为非透明的弛豫铁电陶瓷体或透明的弛豫铁电陶瓷，其中非透明的弛豫铁电陶瓷体为锆钛酸铅铁电陶瓷Pb(Zr1-xTix)O3，其中0≤x≤0.52；其中透明的弛豫铁电陶瓷为锆钛铌镱酸铅镧Pb0.90La0.10[(Yb1/2Nb1/2)0.15(Zr0.425Ti0.575)0.85]0.975O3、锆钛酸铅镧(Pb1-xLax)(ZryTi1-y)1-x/4O3，x＝0.1,y＝0.65、钕掺杂质量百分比为1.0％的锆钛酸铅镧Nd:(Pb1-xLax)(ZryTi1-y)1-x/4O3，其中x＝0.1,y＝0.65,或者由PbMg1/3Nb2/3O3与PbTiO3组成的固溶体。
进一步地，步骤三中，用波长为300nm～450nm的超带隙的紫外光至近带隙的短波可见光进行曝光处理后，弛豫铁电陶瓷达到饱和发暗效应，即所述透明弛豫铁电陶瓷体的紫外辐射所致透射率下降30％～60％；非透明弛弛豫铁电陶瓷体的紫外辐射所致漫反射率下降10％～40％。
上述的漫反射式低耗受热历史显示器的使用方法，按以下步骤进行：
一、将漫反射式低耗受热历史显示器在不同种温度、不同的受热时间的条件下中放置，采用数值法记录或制成受热历史显示比照卡的方式，记录低耗受热历史显示器的陶瓷阵列的漂白分布与温度、时间的对应关系；
二、将漫反射式低耗受热历史显示器放在待测受热历史的物体上，需要检查物体的受热历史时，将低耗受热历史显示器的上底薄膜2揭开，根据陶瓷阵列的漂白分布情况，通过查找步骤一记录的数值，或与显示比照卡对比，查出物体的受热历史。
上述步骤二中，可以通过陶瓷阵列的漂白分布及时间，查出物体的所受温度；也可以通过陶瓷阵列的漂白分布及温度，查出物体受热的时间，也可以通过陶瓷阵列的漂白分布查出物体所受温度及时间的范围。
本发明的透射式低耗受热历史显示器是由多块透明弛豫铁电陶瓷片组成，其中多块透明弛豫铁电陶瓷片组成一维阵列或二维阵列，一维阵列是按照透明弛豫铁电陶瓷的居里温度从低到高或从高到低的顺序排列的；二维阵列中各行从左至右透明弛豫铁电陶瓷的居里温度从低到高，二维阵列中相邻两行的后一行的第一片的透明弛豫铁电陶瓷的居里温度高于前一行的最后一片；同时多块透明弛豫铁电陶瓷片是用波长为300nm～450nm的紫外光和可见光进行曝光处理后的。
上述的透射式低耗受热历史显示器的制备方法，包括如下步骤：
一、利用压力辅助烧结技术，制得一系列带隙宽度Eg在3.0～4.0eV、居里温度在10～350℃之间的透明弛豫铁电陶瓷体块，将其切割后进行研磨抛光，得到一系列透明弛豫铁电陶瓷片；
二、将步骤一制备的透明弛豫铁电陶瓷片排成一维阵列或二维阵列，一维阵列是按照透明弛豫铁电陶瓷的居里温度从低到高或从高到低的顺序排列的；二维阵列中各行从左至右透明弛豫铁电陶瓷的居里温度从低到高，二维阵列中相邻两行的后一行的第一片的透明弛豫铁电陶瓷的居里温度高于前一行的最后一片；
三、用波长范围为300nm～450nm的光源对透明弛豫铁电陶瓷片阵列进行曝光处理；得到透射式低耗受热历史显示器。
上述的透射式低耗受热历史显示器的使用方法，按以下步骤进行：
一、搭建透射式低耗受热历史显示器的读取系统：该系统包括紫外至短波可见光光源9、检测光源10、出射光束准直自聚焦透镜11、透过光束准直自聚焦透镜12、光源探测器13和数据采集分析系统14；检测光源10用光纤15与出射光束准直自聚焦透镜11连接，光源探测器13用光纤15与透过光束准直自聚焦透镜12相连，出射光束准直自聚焦透镜11与透过光束准直自聚焦透镜12同轴设置；
二、将透射式低耗受热历史显示器在不同温度、不同受热时间的条件下中放置，然后将透射式低耗受热历史显示器放在读取系统的出射光束准直自聚焦透镜11与透过光束准直自聚焦透镜12之间，开启检测光源10，光源10发出的光经光纤15传导至出射光束准直自聚焦透镜11进行准直，然后照射至透明弛豫铁电陶瓷片上，从透明弛豫铁电陶瓷片透过的光经出射光束准直自聚焦透镜11准直后，被光源探测器13接收，数据采集分析系统14计算出透明弛豫铁电陶瓷片的透射率，从而得出得到透射式低耗受热历史显示器的各个透明弛豫铁电陶瓷片的透过率与受热温度、时间的对应关系，得到透过率与受热温度、时间的对应关系数据库；
三、将透射式低耗受热历史显示器放在待测受热历史的物体上，需要检查物体的受热历史时，将透射式低耗受热历史显示器的放在读取系统的出射光束准直自聚焦透镜11与透过光束准直自聚焦透镜12之间，测试出受热历史显示器的各透明弛豫铁电陶瓷片的透过率，然后在数据库中查询，得到物体的受热历史。
本发明相对于现有技术具有如下优点：
本发明的低耗受热历史显示器是利用光致变色效应制造的，光致变色效应是指材料在暴露于可见光或紫外光后所导致的颜色的可逆变化，在PLZT及类似的陶瓷中，在短波长的光照射陶瓷时其会明显变黑发暗，而变黑发暗的陶瓷在置放于一定温度的下烘烤一段时间后会逐渐受到漂白，而最后恢复到受短波光辐照之前的原始状态。本发明采用的弛豫铁电陶瓷体是掺杂过渡金属元素的PLZT，这种掺杂使光致变色效应提高。对于铁掺杂PLZT材料，当其曝光于光功率密度为11μW.mm-2的450nm的蓝光后，可以观察到高达50％的光密度变化。进一步的优化可以加强光密度的变化。同样在不透明的锆钛酸铅陶瓷系列也观察到这种受短波辐照变黑发暗的光色效应。
发暗和漂白过程中所涉及的物理机制大致如下：当陶瓷掺杂Fe离子，陶瓷吸收边从370纳米移动到450纳米。吸收光子会使电子从Fe3+离子跃迁到导带，并被输运到略低于导带的电子俘获中心(T中心)。这些俘获中心是源于配料中的杂质或氧空位，或以Fe3+取代Ti4 +或Zr4+电荷中后为保持电中性而产生的空位造成的或晶粒边界所形成的载流子陷阱等等。因此，电子在Fe3+的状态很活跃。当被近带边的短波可见光辐照时，电子会被激发到导带。其中的一部分电子被困在俘获中心。漂白过程是由光致激发过程逆转的过程来解释；即，在T中心电子的热激发到导带，然后与Fe4+离子结合，而恢复到原来的Fe3+的状态。同时，受热漂白的速率与陶瓷材料的居里点密切相关。居里点越高，漂白需要的时间越长。所谓居里点，是指在此温度下陶瓷电畴自由掉换取向。在陶瓷电畴自由掉向时自然容易释放俘获电子。而陶瓷发暗的起因是因为在晶粒边界载流子俘获陷阱与晶粒内载流子陷阱俘获载流子所致。这种暗态在室温避光条件下储存时间极为稳定(>15年)。但若将变黑发暗的陶瓷置放在200℃的温度下会在短至几秒就可基本上被漂白。在较低的温度下，漂白时间所需时间明显加长。漂白时间随所处温度近似呈指数依赖行为。本发明就是利用弛豫铁电陶瓷的光致变色受热漂白状态与受热温度与时间相关的特性制造的，可以很好地用于受热历史的监控与显示。
本发明的低耗受热历史显示器，其所应用的热压烧结技，可高重复批量生产透明与不透明的陶瓷，紫外发暗过程也可以高重复性大批量规模完成，使受热历史显示器件的成本压低在1元人民币之内。对于简单的应用成本，还可以在此基础上再减低到一角到几角。而且陶瓷材料本身是非常稳定的，超过20年的预期寿命，陶瓷材料在力学性能和抗化学腐蚀方面也占有优势，其与各种金属和有机材料有非常好的化学相容性，且不易损坏、寿命长、可重复使用。该低耗受热历史显示器薄如纸张，有无以比拟的占空比，结果可由人眼分辨或由仪器分析。
附图说明
图1为本发明的一维的漫反射式低耗受热历史显示器的结构示意图；其中1为下底薄膜、2为上底薄膜；
图2为本发明的二维的漫反射式低耗受热历史显示器的结构示意图；其中1为下底薄膜、2为上底薄膜；
图3是实施例1中的步骤三中弛豫铁电陶瓷体曝光处理的示意图；其中1为下底薄膜，3弛豫铁电陶瓷片；4为发出波长为300nm～450nm的超带隙的紫外光到近带隙的短波可见光的灯；
图4是实施例1中步骤四中上底薄膜2覆盖在多块弛豫铁电陶瓷片3的示意图；
图5是实施例1中上底薄膜2被揭开露出弛豫铁电陶瓷片的示意图。
图6为本发明的透射式低耗受热历史显示器的读出系统，其中9为紫外至短波可见光光源、10为检测光源、11为出射光束准直自聚焦透镜、12为透过光束准直自聚焦透镜、13为光源探测器和14为数据采集分析系统。
具体实施方式
用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：本实施例的一维的反射式低耗受热历史显示器的制备方法，按以下步骤进行：
步骤一、利用压力辅助烧结技术，制得一系列弛豫铁电陶瓷体块，将其切割后进行研磨抛光，再切割成弛豫铁电陶瓷片；
其中第一种的弛豫铁电陶瓷体块为透明镱铌锆钛酸铅镧Pb0.90La0.10[(Yb1/ 2Nb1/2)0.15(Zr0.425Ti0.575)0.85]0.975O3，其Eg＝3.0V、居里温度为10℃；
第二种的弛豫铁电陶瓷体块为锆钛酸铅镧(Pb1-xLax)(ZryTi1-y)1-x/4O3，其中x＝0.1,y＝0.65,其Eg＝3.0V、居里温度为64℃；
第三种的弛豫铁电陶瓷体块为PbMg1/3Nb2/3O3的质量百分比为71％、钛酸铅的质量百分比为29％形成的PbMg1/3Nb2/3O3与PbTiO3的固溶体，其Eg＝3.0V、居里温度为25℃；
第四种的透明弛豫铁电陶瓷体块为1.0wt％钕掺杂锆钛酸铅镧Nd:(Pb1-xLax)(ZryTi1-y)1-x/4O3，其中x＝0.1,y＝0.65,其Eg＝3.0V、居里温度为52℃；
第五种的非透明的弛豫铁电陶瓷为锆钛酸铅铁电陶瓷Pb(Zr0.8Ti0.2)O3，其Eg＝3.2V、居里温度为120℃；
步骤二：将步骤一中的五种弛豫铁电陶瓷片根据其居里温度从低到高的顺序，用导热良好的胶粘贴在铝箔材质的下底薄膜1上，形成一维阵列；共粘贴五排；各排相同；
步骤三：用波长为300nm～450nm的超带隙的紫外光到近带隙的短波可见光进行曝光处理10分钟；曝光处理的示意图如图3所示，曝光处理后，这五种弛豫铁电陶瓷均达到饱和发暗效应，即透明弛豫铁电陶瓷体的紫外辐射所致透射率下降30％～60％，在此范围内都可很好的实施温度历史显示功能；
步骤四：再用铝箔材质的上底薄膜2覆盖在多块弛豫铁电陶瓷片3之上以遮挡环境中的光辐射，即得到反射式低耗受热历史显示器。此次制作的五排即为五个反射式低耗受热历史显示器。五个反射式低耗受热历史显示器的示意图如图4所示。
上述的反射式低耗受热历史显示器的使用方法，按以下步骤进行：
一、取四个反射式低耗受热历史显示器在不同种温度、不同的受热时间的条件下中放置，采用数值法记录或制成受热历史显示比照卡的方式，记录反射式低耗受热历史显示器的陶瓷阵列的漂白分布与温度、时间的对应关系；被监测物体经历过的最高温度可从有多少个点被完全漂白加以判定，曝光时间用不完全漂白的点上的灰度值来表示；
二、另取一个反射式低耗受热历史显示器放在被监测温度历史的物体上，经过一段时间后，将反射式低耗受热历史显示器的上底薄膜2揭开，如图5所示，根据反射式低耗受热历史显示器的陶瓷阵列的漂白分布，与步骤一的比照卡比对各陶瓷点的灰度，查出物体的受热历史情况。
将该使用后的反射式低耗受热历史显示器放在高温炉中加热至200℃，保持5～10秒钟，将陶瓷阵列全部被高温漂白，再经曝光处理使其完全发暗后，再覆盖上底薄膜2，还可重复使用。因为弛豫铁电陶瓷对光热有重复发暗-恢复的特性，该低耗受热历史显示器可重复使用无数次，使成本大大降低。
实施例2：:本实施例的透射式低耗受热历史显示器的制备方法，按以下步骤进行：
步骤一、利用压力辅助烧结技术，制得一系列带隙宽度Eg在3.0～4.0eV、居里温度在10～350℃之间的透明弛豫铁电陶瓷体块，将其切割后进行研磨抛光，再切割成弛豫铁电陶瓷片；
其中第一种的透明弛豫铁电陶瓷体块为铌镱锆钛酸铅镧Pb0.90La0.10[(Yb1/2Nb1/2)0.15(Zr0.425Ti0.575)0.85]0.975O3，其Eg＝3.0V、居里温度为10℃；
第二种的透明弛豫铁电陶瓷体块为1.0wt％钕掺杂锆钛酸铅镧Nd:(Pb1-xLax)(ZryTi1-y)1-x/4O3，其中x＝0.1,y＝0.65,其Eg＝3.0V、居里温度为52℃；
第三种的透明弛豫铁电陶瓷体块为锆钛酸铅镧(Pb1-xLax)(ZryTi1-y)1-x/4O3，其中x＝0.1,y＝0.65,其Eg＝3.0V、居里温度为64℃；
第四种的透明弛豫铁电陶瓷体块为PbMg1/3Nb2/3O3的质量百分比为71％、钛酸铅的质量百分比为29％形成的PbMg1/3Nb2/3O3与PbTiO3的固溶体，其Eg＝3.0V、居里温度为25℃；
二、将步骤一制备的透明弛豫铁电陶瓷片按居里温度从低到高排成一维阵列；
三、用波长范围为300nm～450nm的光源对透明弛豫铁电陶瓷片阵列进行曝光处理；得到透射式低耗受热历史显示器。
上述的透射式低耗受热历史显示器的使用方法，按以下步骤进行：
一、搭建透射式低耗受热历史显示器的读取系统：该系统包括紫外至短波可见光光源9、检测光源10、出射光束准直自聚焦透镜11、透过光束准直自聚焦透镜12、光源探测器13和数据采集分析系统14；检测光源10用光纤15与出射光束准直自聚焦透镜11连接，光源探测器13用光纤15与透过光束准直自聚焦透镜12相连，出射光束准直自聚焦透镜11与透过光束准直自聚焦透镜12同轴设置；紫外至短波可见光光源9可用于显示器的曝光处理；
二、将透射式低耗受热历史显示器在不同温度、不同受热时间的条件下中放置，然后将透射式低耗受热历史显示器放在读取系统的出射光束准直自聚焦透镜11与透过光束准直自聚焦透镜12之间，开启检测光源10，光源10发出的光经光纤15传导至出射光束准直自聚焦透镜11进行准直，然后照射至透明弛豫铁电陶瓷片上，从透明弛豫铁电陶瓷片透过的光经出射光束准直自聚焦透镜11准直后，被光源探测器13接收，数据采集分析系统14计算出透明弛豫铁电陶瓷片的透射率，从而得出得到透射式低耗受热历史显示器的各个透明弛豫铁电陶瓷片的透过率与受热温度、时间的对应关系，得到透过率与受热温度、时间的对应关系数据库；
三、将透射式低耗受热历史显示器放在待测受热历史的物体上，需要检查物体的受热历史时，将透射式低耗受热历史显示器的放在读取系统的出射光束准直自聚焦透镜11与透过光束准直自聚焦透镜12之间，测试出受热历史显示器的各透明弛豫铁电陶瓷片的透过率，然后在数据库中查询，得到物体的受热历史。
本实施例的透射式低耗受热历史显示器的镶嵌层8放在高温炉中加热至200℃，保持5～10秒钟，将陶瓷阵列全部被高温漂白，再经曝光处理使其透射率降低后，还可重复使用。因为弛豫铁电陶瓷对光热有重复发暗-恢复的特性，该透射式低耗受热历史显示器可重复使用无数次，使成本大大降低。

Claims (10)

1.一种低耗受热历史显示器，其特征在于该漫反射式低耗受热历史显示器由下底薄膜(1)、上底薄膜(2)和多块弛豫铁电陶瓷片(3)组成；
其中多块弛豫铁电陶瓷片(3)排列成一维阵列或二维阵列，一维阵列是按照弛豫铁电陶瓷片的居里温度从低到高或从高到低的顺序排列的；二维阵列中各行从左至右弛豫铁电陶瓷片的居里温度从低到高，二维阵列中相邻两行的下一行的第一片弛豫铁电陶瓷片的居里温度高于前一行的任意一片；
同时多块弛豫铁电陶瓷片(3)是经过波长为300nm～450nm的超带隙的紫外光至近带隙的短波可见光曝光处理过的；
弛豫铁电陶瓷片(3)粘贴在下底薄膜(1)上；
上底薄膜(2)覆盖在多块弛豫铁电陶瓷片(3)之上；
下底薄膜(1)和上底薄膜(2)导热且对紫外光和可见光不通透。
2.根据权利要求1所述的一种低耗受热历史显示器，其特征在于所述的弛豫铁电陶瓷体片(3)为非透明的弛豫铁电陶瓷或透明的弛豫铁电陶瓷。
3.根据权利要求2所述的一种低耗受热历史显示器，其特征在于所述的非透明的弛豫铁电陶瓷为锆钛酸铅铁电陶瓷Pb(Zr1-xTix)O3，其中0≤x≤0.52。
4.根据权利要求2所述的一种低耗受热历史显示器，其特征在于所述透明的弛豫铁电陶瓷为锆钛铌镱酸铅镧Pb0.90La0.10[(Yb1/2Nb1/2)0.15(Zr0.425Ti0.575)0.85]0.975O3、锆钛酸铅镧(Pb1-xLax)(ZryTi1-y)1-x/4O3，x＝0.1,y＝0.65或者是钕掺杂质量百分比为1.0t％的锆钛酸铅镧Nd:(Pb1-xLax)(ZryTi1-y)1-x/4O3，其中x＝0.1,y＝0.65，或者是由PbMg1/3Nb2/3O3与PbTiO3组成的固溶体。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种低耗受热历史显示器，其特征在于弛豫铁电陶瓷片(3)经波长为300nm～450nm的超带隙的紫外光到近带隙的短波可见光进行曝光处理后，透明弛豫铁电陶瓷片的紫外辐射所致透射率下降30％～60％，非透明弛弛豫铁电陶瓷片的紫外辐射所致漫反射率下降10％～40％。
6.权利要求1所述的一种低耗受热历史显示器的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
步骤一、利用压力辅助烧结技术，制得一系列带隙宽度Eg在3.0～4.0eV、居里温度在10～350℃之间的弛豫铁电陶瓷体块，将其切割后进行研磨抛光，得到弛豫铁电陶瓷片；
步骤二：将步骤一中的多块弛豫铁电陶瓷片根据其居里温度从低到高或从高到低的顺序，用导热的胶粘剂贴在导热且对紫外光和可见光不通透的下底薄膜(2)上，排列成一维或者二维阵列；
步骤三：用波长为300nm～450nm的超带隙的紫外光到近带隙的短波可见光进行曝光处理；
步骤四：再用导热且对紫外光和可见光不通透的上底薄膜(1)覆盖在多块弛豫铁电陶瓷片(3)之上以遮挡环境中的光辐射，即得到漫反射式低耗受热历史显示器。
7.权利要求1所述的一种低耗受热历史显示器的使用方法，其特征在于该使用方法按以下步骤进行：
一、将漫反射式低耗受热历史显示器在不同种温度、不同的受热时间的条件下放置，采用数值法记录或制成受热历史显示比照卡的方式，记录低耗受热历史显示器陶瓷阵列的漂白分布与温度、时间的对应关系；
二、将漫反射式低耗受热历史显示器放在待测受热历史的物体上，需要检查物体的受热历史时，将低耗受热历史显示器的上底薄膜(2)揭开，根据陶瓷阵列的漂白分布情况，通过查找步骤一记录的数值，或与显示比照卡对比，查出物体的受热历史。
8.一种低耗受热历史显示器，其特征在于该透射式低耗受热历史显示器是由多块透明弛豫铁电陶瓷片组成，其中多块透明弛豫铁电陶瓷片排列成一维阵列或二维阵列，一维阵列是按照透明弛豫铁电陶瓷的居里温度从低到高或从高到低的顺序排列的；二维阵列中各行从左至右透明弛豫铁电陶瓷的居里温度从低到高，二维阵列中相邻两行的后一行的第一片的透明弛豫铁电陶瓷的居里温度高于前一行的最后一片；同时多块透明弛豫铁电陶瓷片是经过波长为300nm～450nm的超带隙的紫外光至近带隙的短波可见光曝光处理过的。
9.制备权利要求8所述的一种低耗受热历史显示器的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
一、利用压力辅助烧结技术，制得一系列带隙宽度Eg在3.0～4.0eV、居里温度在10～350℃之间的透明弛豫铁电陶瓷体块，将其切割后进行研磨抛光，得到一系列透明弛豫铁电陶瓷片；
二、将步骤一制备的透明弛豫铁电陶瓷片排成一维阵列或二维阵列，一维阵列是按照透明弛豫铁电陶瓷的居里温度从低到高或从高到低的顺序排列的；二维阵列中各行从左至右透明弛豫铁电陶瓷的居里温度从低到高，二维阵列中相邻两行的后一行的第一片的透明弛豫铁电陶瓷的居里温度高于前一行的最后一片；
三、用波长范围为300nm～450nm的光源对透明弛豫铁电陶瓷片阵列进行曝光处理；得到透射式低耗受热历史显示器。
10.使用权利要求8所述的一种低耗受热历史显示器的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
一、搭建透射式低耗受热历史显示器的读取系统：该系统包括紫外至短波可见光光源(9)、检测光源(10)、出射光束准直自聚焦透镜(11)、透过光束准直自聚焦透镜(12)、光源探测器(13)和数据采集分析系统(14)；检测光源(10)用光纤(15)与出射光束准直自聚焦透镜(11)连接，光源探测器(13)用光纤(15)与透过光束准直自聚焦透镜(12)相连，出射光束准直自聚焦透镜(11)与透过光束准直自聚焦透镜(12)同轴设置；
二、将透射式低耗受热历史显示器在不同温度、不同受热时间的条件下中放置，然后将透射式低耗受热历史显示器放在读取系统的出射光束准直自聚焦透镜(11)与透过光束准直自聚焦透镜(12)之间，开启检测光源(10)，光源(10)发出的光经光纤(15)传导至出射光束准直自聚焦透镜(11)进行准直，然后照射至透明弛豫铁电陶瓷片上，从透明弛豫铁电陶瓷片透过的光经出射光束准直自聚焦透镜(11)准直后，被光源探测器(13)接收，数据采集分析系统(14)计算出透明弛豫铁电陶瓷片的透射率，从而得出得到透射式低耗受热历史显示器的各个透明弛豫铁电陶瓷片的透过率与受热温度、时间的对应关系，得到透过率与受热温度、时间的对应关系数据库；
三、将透射式低耗受热历史显示器放在待测受热历史的物体上，需要检查物体的受热历史时，将透射式低耗受热历史显示器的放在读取系统的出射光束准直自聚焦透镜(11)与透过光束准直自聚焦透镜(12)之间，测试出受热历史显示器的各透明弛豫铁电陶瓷片的透过率，然后在数据库中查询，得到物体的受热历史。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS554564A (en) * 1978-06-26 1980-01-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Temperature display device
CN101002090A (zh) * 2004-08-11 2007-07-18 西巴特殊化学品控股有限公司 在基材上印刷基于偶氮偶联反应的时间－温度指示剂的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS554564A (en) * 1978-06-26 1980-01-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Temperature display device
CN101002090A (zh) * 2004-08-11 2007-07-18 西巴特殊化学品控股有限公司 在基材上印刷基于偶氮偶联反应的时间－温度指示剂的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KATSUHIKO TANAKA，ET AL.: "Photochromic Effect in Fe-Doped PLZT Ceramics", 《JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY》 *
王利兵 等: "智能食品包装中指示剂的研究进展与安全评价", 《中国科学:技术科学》 *

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