CN110108552A - 一种柔性力致变色材料的检测方法及检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柔性力致变色材料的检测方法及检测装置，属于应力传感器技术领域。本发明设计了一种以乙二醇锌负载的碳量子点复合的柔性力致变色材料的应力传感器，该设备在检测力致变色样品荧光与吸收光谱的同时对力致变色材料进行拉伸，完成应力、应变和光谱的同步检测。具体是在一个普通的荧光激发过程中，将一个模拟拉伸的应力应变装置固定在样品室中央，通过外接的控制系统拉伸力致变色材料。拉伸的同时，应力应变装置会同步进行入射点跟踪位移，随后通过检测器捕获荧光信号，同时也能检测力致变色材料的吸收信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种柔性力致变色材料的检测方法及检测装置，属于应力传感器技术领域。
背景技术
随着智能终端的普及，柔性电子设备展现出巨大的市场前景。传感器作为柔性电子设备的核心部件之一，对柔性电子的功能设计与未来发展具有重大的影响。以柔性物质为衬底，力致变色材料为核心的应力传感器已经引起了很大的关注。然而研究这种应力传感器动态过程的特性如吸收、荧光与力之间关系相对较少，应力传感器的性能、寿命和灵敏度的好坏又与材料的吸收和荧光密切相关，因此研究以柔性物质为衬底可变色材料为核心的吸收和荧光变化具有很大的意义。
现如今力致变色材料已经取得了巨大的突破，Zeng, S等所发表的Bio-inspiredsensitive and reversible mechanochromisms via strain-dependent cracks andfolds的力致变色材料通过简单拉伸即可改变材料的荧光变化，甚至通过对材料表面修饰可以达到拉伸时显现或隐藏荧光文字的效果。另外Jin, X等所发表的A Novel Conceptfor Self-Reporting Materials: Stress Sensitive Photoluminescence in ZnOTetrapod Filled Elastomers中所自行组装的可拉伸式检测柔性薄膜荧光装置，将氧化锌材料掺杂在柔性薄膜中，验证柔性材料拉伸和荧光的关系。但是由于其光源为激光，无法检测薄膜拉伸时过程的吸收和透射光谱；并且这种设计的空间光路没有配备入射点跟踪装置，导致其无法准确的跟踪激光的照射点，因此拉伸前后的入射点改变，会产生不可逆的误差，影响实验的结果的准确性；该拉伸设备没有配备应力检测装置，单纯的机械拉伸没有显示应力的大小，因此在拉伸过程中缺乏一定的科学性。
发明内容
为了实现对已有一种以碳量子为核心的柔性力致变色材料的精确传感，克服现有传感器未集成荧光和吸收光谱困难，克服无法检测柔性材料动态拉伸过程、无法实时跟踪入射点以及不能实时显示应力和应变等缺陷。本发明设计了一种以聚二乙炔和碳量子点复合的柔性力致变色材料的应力传感器，该设备在检测力致变色样品荧光与吸收光谱的同时对力致变色材料进行拉伸，完成应力、应变和光谱的同步检测。具体是在一个普通的荧光激发过程中，将一个模拟拉伸的应力应变装置固定在样品室中央，通过外接的控制系统拉伸力致变色材料。拉伸的同时，应力应变装置会同步进行入射点跟踪位移，随后通过检测器捕获荧光信号。检测力致变色材料的吸收同理。
本发明的第一个方面，提供了：
一种柔性力致变色材料的测试装置，包括应力控制组件和光路系统；
所述的应力控制组件的结构包括：
追踪螺杆，垂直固定于测试装置上；
第一螺杆套管，套接于追踪螺杆上；
夹板，由上下两块组成，固定于第一螺杆套管上，用于将需要测试的柔性力致变色材料夹紧在上下两块板之间，且柔性力致变色材料与水平面垂直；
应力传感器，设置于夹板上，用于测量夹板将柔性力致变色材料拉伸时的应力大小；
拉伸电机，用于拉动夹板，使上下两块夹板之间的距离发生变化；
追踪电机，设于螺杆套管上，用于控制第一螺杆套管的高度；
手动旋转位移台，位于测试装置的底部，用于调节夹板的水平方向的旋转角度；
所述的光路系统包括：
钨灯光源和射线接收器，钨灯光源的发射方向朝向射线接收器的接收方向；且柔性力致变色材料处于钨灯光源的发射方向朝向射线接收器之间；
氙灯光源，其发射方向与钨灯光源的发射方向垂直，且指向柔性力致变色材料。
在一个实施方式中，夹板通过第二螺杆套管连接于位移螺杆上，位移螺杆连接于第一螺杆套管；拉伸电机固定于第二螺杆套管上。
在一个实施方式中，氙灯光源上还设有单色器和第一透镜组。
在一个实施方式中，钨灯光源上还设有第二透镜组。
在一个实施方式中，射线接收器上还设有第三透镜组。
在一个实施方式中，在夹板设有紧固螺丝，用于对柔性力致变色材料进行坚固。
在一个实施方式中，所述的柔性力致变色材料为平面形。
本发明的第二个方面，提供了：
一种柔性力致变色材料的测试方法，包括如下步骤：
柔性力致变色材料夹紧在夹板的上下两块板之间，将夹板拉伸至设定距离，通过钨灯光源对材料的应力吸收光谱检测；
将柔性力致变色材料旋转设定角度后，通过氙灯光源对材料的应力荧光光谱检测；
改变拉伸距离，重复上述步骤。
在一个实施方式中，所述的设定角度是45°。
本发明的第三个方面，提供了：
上述的柔性力致变色材料的测试装置在用于柔性力致变材料检测中的应用。
本发明的第四个方面，提供了：
一种柔性力致变色材料，所述的柔性力致变色材料包括PDMS（聚二甲基硅氧烷）基材以及混合于基材中的乙二醇酸锌复合的CQDs（碳量子点）。
本发明的第五个方面，提供了：
柔性力致变材料的制备方法，包括如下步骤：
第1步，将乙酸锌和六亚甲基四胺溶解于乙二醇中，并进行加热反应；反应体系进行离心分离后，得到乙二醇酸锌复合的CQDs；
第2步，提供PDMS薄膜作为基层；
第3步，将含有PDMS的溶液和固化剂混合，再加入乙二醇酸锌复合的CQDs，混合均匀后，加入至基层上，进行固化，得到中间层；
第4步，在中间层的表面再负载一层PDMS薄膜，得到柔性力致变色材料。
在一个实施方式中，第1步中，乙酸锌和六亚甲基四胺的摩尔比为1：1；加热反应条件是160 ℃条件下反应8 h；离心分离的条件是6000 rpm离心10 min。
在一个实施方式中，第2步中，固化条件是50 ℃固化12 h。
在一个实施方式中，第3步中加入乙二醇酸锌复合的CQDs是配制成悬浮液加入至基层上的，所述的悬浮液的浓度是1-100mmol/L。
在一个实施方式中，第2步和第4步中的PDMS薄膜是通过含有PDMS的溶液与固化剂混合之后升温固化后而得到的。
本发明的第六个方面，提供了：
柔性力致变色材料在用于制备吸收和荧光传感器件中的应用。
本发明的第七个方面，提供了：
PDMS作为上述的柔性力致变色材料的基材中的应用。
在一个实施方式中，PDMS用于使Z-CQDs在柔性力致变色材料中产生荧光响应。
有益效果
本发明应力传感器实现力致变色材料的精确传感，对于吸收和荧光敏感的力致变色材料可同时检测荧光和吸收的变化，追踪装置有效消除了因为拉伸而造成入射点移动的误差，应力系统操作简易，应力和应变等参数能够同步显示。
附图说明
图1是应力控制组件的结构图；
图2是光路系统的结构图；
图3是装置的俯视图；
图4是荧光拉伸关系图（每次拉伸位移1 mm）；
图5是荧光拉伸关系图（每次拉伸位移5 mm）；
图6是不同的应变幅度下的收度与应变的关系；
其中；1、氙灯光源；2、射线接收器；3、单色器；4、第一透镜组；5、第二透镜组；6、样品室；7、柔性力致变色材料；8、第三透镜组；9、钨灯光源；10、拉伸电机；11、位移校正器；12、不锈钢板；13、应力传感器；14、夹板；15、紧固螺丝；16、位移螺杆；17、第二螺杆套管；18、追踪螺杆；19、第一螺杆套管；20、三角形不锈钢板；21、追踪电机；22、手动旋转位移台。
具体实施方式
本发明提供的柔性力致变色材料的测试装置，用于检测的柔性力致变色材料可以采用为平面形。测试装置包括应力控制组件和光路系统；
如图1所示，所述的应力控制组件的结构包括：
追踪螺杆18，垂直固定于测试装置上；
第一螺杆套管19，套接于追踪螺杆18上；第一螺杆套管19可以沿着追踪螺杆18上下运动；
夹板14，由上下两块组成，上下两块之间的距离是可以调节；夹板14固定在第二螺杆套管17上，并且第二螺杆套管17套接于位移螺杆16上，第二螺杆套管17可以沿着位移螺杆16上下运动；位移螺杆16固定于第一螺杆套管19；拉伸电机10固定于第二螺杆套管17上，并且拉伸电机10与夹板14中的上面的夹板连接，用于将夹板进行上下距离的拉伸调整；夹板14用于将需要测试的柔性力致变色材料7夹紧在上下两块板之间，且柔性力致变色材料7与水平面垂直，在夹板14设有紧固螺丝15，用于对柔性力致变色材料进行坚固。
应力传感器13，设置于夹板14上，用于测量夹板14将柔性力致变色材料拉伸时的应力大小；
追踪电机21，设于螺杆套管17上，用于控制第一螺杆套管19的高度；
手动旋转位移台22，位于测试装置的底部，用于调节夹板14的水平方向的旋转角度；
光路系统用于对安装于夹板14中的材料进行测试，其的俯视结构图1，其在图2中靠近夹板14附近的位置，未在图2中画出。
所述的光路系统包括：
钨灯光源9和射线接收器2，钨灯光源9的发射方向朝向射线接收器2的接收方向；且柔性力致变色材料7处于钨灯光源9的发射方向朝向射线接收器2之间；
氙灯光源1，其发射方向与钨灯光源9的发射方向垂直，且指向柔性力致变色材料7；
光源总计两个光源，分别为氙灯光源和钨灯光源。钨灯为透射吸收光源，氙灯为荧光激发光源，两个光源呈90°放置，呈90°放置时为了配合45°手动旋转位移台，可随时在检测荧光和吸收透射的功能中切换。
在一个实施方式中，氙灯光源1上还设有单色器3和第一透镜组4；钨灯光源9上还设有第二透镜组5；射线接收器2上还设有第三透镜组8。
该测试装置的可用功能可分为：力致变色材料的应力吸收光谱检测；力致变色材料的应力荧光光谱检测。以下分别对其操作过程进行说明。
以力致变色材料的应力荧光光谱检测为例。
首先将柔性力致变色材料7固定在夹板14的上下两块板之间，再安装到光路系统的样品室6中，打开应力系统电源，旋紧紧固螺丝15。此时拉伸装置安装完毕，关闭样品室6。启动装置，拉伸电机10旋转位移螺杆16带动夹板14向上位移，此时光路系统的结构如图1所示，氙灯光源1为荧光激发光源，其发射方向与柔性力致变色材料7之间呈45度角，此时，其发射出的光线经过单色器3和第一透镜组4处理之后，射向柔性力致变色材料7，用于测定材料的荧光光谱；由于在拉伸的过程中，使得柔性力致变色材料7的整体向上被拉伸，为了保证在拉伸后的测量点仍然为同一点，同时追踪电机21旋转带动追踪螺杆18向下运动，使得柔性力致变色材料7向下位移一半距离，使光源照射位置与拉伸前在同一点，保证了测试的准确性，此时程序中止。
随后开启光路系统，此时开启的光源为氙灯光源1，光路系统为程序自动控制，所以仅需等待光路调试完毕即可。采集数据，扫描的荧光光谱和应力等参数会同步显示。
以力致变色材料的应力吸收光谱检测为例。
当需要检测力致变色材料应力吸收光谱时，停止运行光路系统，打开样品室，使用手动旋转台22将整个拉伸装置旋转45°，即如图2所示的柔性力致变色材料7逆时间旋转45°，使得柔性力致变色材料7的平面与氙灯入射口相垂直，再依上面的同法进行检测，可以测定致变色材料应力吸收光谱；同时也可以通过。将拉伸装置7安装到样品室6中，连接控制装置，打开应力系统电源，在控制显示屏将拉伸装置零点回位，随后将力致变色材料固定在拉伸装置的夹板14上，旋紧紧固螺丝15。此时拉伸装置安装完毕，关闭样品室6。可在输入端口选择输入的参数有应力、位移和速度。
随后开启光路系统，此时开启的光源为钨灯光源9，光路系统为程序自动控制，所以仅需等待光路调试完毕即可。采集数据，扫描的吸收光谱和应力等参数会同步显示。
现已制备出一种柔性力致变色材料，该种材料在应力下颜色和荧光均会产生变化。具体为以聚二甲基硅氧烷为衬底，碳量子点为力致变色材料。碳量子在力的作用的荧光和吸收产生变化，碳量子点变色机理在于相邻碳量子点距离发生变化。
乙二醇体系Zincone负载的CQDs(Z-CQDs)：称量等摩尔量的乙酸锌和六亚甲基四胺于锥形瓶中，其中乙酸锌和六亚甲基四胺的摩尔量为10mmol(也可以是1-100mmol)，随后加入100 ml乙二醇，超声10 min至完全溶解，160 ℃条件下反应8 h；反应后的液体静置分层，随后将上层清液再离心分离，转速6000 rpm，离心10 min，得到乙二醇酸锌复合的CQDs；
Z-CQDs/PDMS薄膜：本专利采用的PDMS为道康宁生产的184型号PDMS，分为A和B溶液，按10:1混合即可。
第一层PDMS薄膜制备，取PDMS的A溶液5 g(主要为PDMS溶液)，B溶液0.5 g（主要为固化剂），室温25 ℃下搅拌10 min，随后真空条件下脱气15 min，倒入长宽为1*3 cm的模具中，随后将模具放入烘箱50 ℃固化12 h，此时衬底固化反应结束，最底层的薄膜制备完毕。
中间层Z-CQDs /PDMS薄膜制备，取PDMS的A溶液5 g，B溶液0.5 g，随后倒入20 ml的二氯甲烷，室温25 ℃下搅拌10 min，随后加入5ml的Z-CQDs（配制成100mmol/L的浓度悬浮液），再次搅拌直至均匀，等待二氯甲烷挥发结束后将溶液倒入第一层PDMS薄膜上，将样品静置12 h后再次放入烘箱50 ℃固化12 h，此时Z-CQDs/PDMS薄膜制备完成。
第三层PDMS薄膜制备，取PDMS的A溶液5 g，B溶液0.5 g，室温25 ℃下搅拌10 min，随后真空条件下脱气15 min，倒入长宽为1*3 cm的模具中，随后将模具放入烘箱50 ℃固化12 h，第三层薄膜制备结束。制备得到的材料命名为Z-CQDs/PDMS。
制备得到的薄膜采用上述的测试装置进行光学性能检测。
应力荧光光谱检测：
荧光拉伸关系图分别如图4（每次拉伸位移1 mm）和图5所示（每次拉伸位移5 mm），Z-CQDs/PDMS薄膜在应力作用下的荧光响应具有荧光强度先变强后边弱，荧光峰蓝移。相比于掺杂T-ZnO/PDMS薄膜荧光强度变化又增加了峰位变化，提高了传感的稳定性。
Jin, X等所发表的A Novel Concept for Self-Reporting Materials: StressSensitive Photoluminescence in ZnO Tetrapod Filled Elastomer中的T-ZnO/PDMS薄膜在应力作用下荧光曲线只有强度单纯的上升，而Z-CQDs/PDMS薄膜在应力作用下的荧光强度是先上升后下降，并且曲线一直蓝移，在实验过程中，薄膜掺杂量、薄膜规格等误差均会导致荧光强度的变化，单一的强度与拉伸位移的关系并不准确，而光谱波长范围受外界的影响极小，通过强度和波长双重检测能够最大化的减小误差。
应力吸收光谱检测：
上述的材料在不同的应变幅度下的收度与应变的关系如图6所示，吸收值取得为350nm处。
以上可以看出，Z-CQDs在PDMS薄膜中具有荧光响应，相比于柠檬酸钠、尿素和水反应生成的CQDs（N-CQDs）复合而成的N-CQDs/PDMS薄膜没有荧光响应，N-CQDs只有分散在水中才会有荧光信号。
Claims (10)
1.一种柔性力致变色材料的测试装置，其特征在于，包括应力控制组件和光路系统；
所述的应力控制组件的结构包括：
追踪螺杆（18），垂直固定于测试装置上；
第一螺杆套管（19），套接于追踪螺杆（18）上；
夹板（14），由上下两块组成，固定于第一螺杆套管（19）上，用于将需要测试的柔性力致变色材料（7）夹紧在上下两块板之间，且柔性力致变色材料（7）与水平面垂直；
应力传感器（13），设置于夹板（14）上，用于测量夹板（14）将柔性力致变色材料拉伸时的应力大小；
拉伸电机（10），用于拉动夹板（14），使上下两块夹板之间的距离发生变化；
追踪电机（21），设于螺杆套管（17）上，用于控制第一螺杆套管（19）的高度；
手动旋转位移台（22），位于测试装置的底部，用于调节夹板（14）的水平方向的旋转角度；
所述的光路系统包括：
钨灯光源（9）和射线接收器（2），钨灯光源（9）的发射方向朝向射线接收器（2）的接收方向；且柔性力致变色材料（7）处于钨灯光源（9）的发射方向朝向射线接收器（2）之间；
氙灯光源（1），其发射方向与钨灯光源（9）的发射方向垂直，且指向柔性力致变色材料（7）。
2.根据权利要求1所述的柔性力致变色材料的测试装置，其特征在于，在一个实施方式中，夹板（14）通过第二螺杆套管（17）连接于位移螺杆（16）上，位移螺杆（16）连接于第一螺杆套管（19）；拉伸电机（10）固定于第二螺杆套管（17）上；在一个实施方式中，氙灯光源（1）上还设有单色器（3）和第一透镜组（4）；钨灯光源（9）上还设有第二透镜组（5）；在一个实施方式中，射线接收器（2）上还设有第三透镜组（8）；在一个实施方式中，在夹板（14）设有紧固螺丝（15），用于对柔性力致变色材料进行坚固；在一个实施方式中，所述的柔性力致变色材料为平面形。
3.一种柔性力致变色材料的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
柔性力致变色材料（7）夹紧在夹板（14）的上下两块板之间，将夹板（14）拉伸至设定距离，通过钨灯光源（9）对材料的应力吸收光谱检测；
将柔性力致变色材料（7）旋转设定角度后，通过氙灯光源（1）对材料的应力荧光光谱检测；
改变拉伸距离，重复上述步骤；在一个实施方式中，所述的设定角度是45°。
4.一种柔性力致变色材料，其特征在于，所述的柔性力致变色材料包括PDMS基材以及混合于基材中的乙二醇酸锌复合的CQDs。
5.权利要求4所述的柔性力致变材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第1步，将乙酸锌和六亚甲基四胺溶解于乙二醇中，并进行加热反应；反应体系进行离心分离后，得到乙二醇酸锌复合的CQDs；
第2步，提供PDMS薄膜作为基层；
第3步，将含有PDMS的溶液和固化剂混合，再加入乙二醇酸锌复合的CQDs，混合均匀后，加入至基层上，进行固化，得到中间层；
第4步，在中间层的表面再负载一层PDMS薄膜，得到柔性力致变色材料。
6. 根据权利要求4所述的柔性力致变材料的制备方法，其特征在于，在一个实施方式中，第1步中，乙酸锌和六亚甲基四胺的摩尔比为1：1；加热反应条件是160 ℃条件下反应8h；离心分离的条件是6000 rpm离心10 min；在一个实施方式中，第2步中，固化条件是50 ℃固化12 h；在一个实施方式中，第3步中加入乙二醇酸锌复合的CQDs是配制成悬浮液加入至基层上的，所述的悬浮液的浓度是1-100mmol/L。
7.根据权利要求4所述的柔性力致变材料的制备方法，其特征在于，在一个实施方式中，第2步和第4步中的PDMS薄膜是通过含有PDMS的溶液与固化剂混合之后升温固化后而得到的。
8.权利要求4所述的柔性力致变材料在用于制备吸收和荧光传感器件中的应用。
9. PDMS作为权利要求4所述的柔性力致变色材料的基材中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，PDMS用于使Z-CQDs在柔性力致变色材料中产生荧光响应。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110793887A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-02-14 | 华南理工大学 | 一种针对具有荧光性污染物质界面浓度的同步荧光探测装置及其使用方法 |
| CN112816445A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-18 | 西安交通大学 | 一种基于量子点的纤维增强复合材料界面损伤检测方法 |
| CN113739715A (zh) * | 2021-08-26 | 2021-12-03 | 西安交通大学 | 一种基于褶皱结构色的柔性应变传感器及其制备方法 |
| CN114659685A (zh) * | 2022-05-17 | 2022-06-24 | 成都飞机工业（集团）有限责任公司 | 一种管路装配应力检测方法 |
| CN117470825A (zh) * | 2023-12-28 | 2024-01-30 | 纳琳威纳米科技南通有限公司 | 一种力致变色材料的性能检测方法及系统 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB532941A (en) * | 1939-07-19 | 1941-02-04 | Gen Electric Co Ltd | Improvements in electric discharge lamps comprising luminescent materials |
| BE738409A (zh) * | 1969-09-04 | 1970-02-16 | ||
| CN102260491A (zh) * | 2011-05-26 | 2011-11-30 | 西北工业大学 | 一种压致变色粉末材料及其制备方法 |
| WO2015034070A1 (ja) * | 2013-09-06 | 2015-03-12 | 国立大学法人山口大学 | 圧力感知材料、その製造方法、及び圧力感知塗料 |
| CN105372897A (zh) * | 2015-11-27 | 2016-03-02 | 南京邮电大学 | 基于ZnO纳米管的电致变色器件及其制备方法 |
| CN109158137A (zh) * | 2018-10-26 | 2019-01-08 | 江苏德林环保技术有限公司 | 一种微流控芯片的制备方法 |
| CN109206728A (zh) * | 2017-07-03 | 2019-01-15 | 比亚迪股份有限公司 | 应力变色组合物、应力变色膜及其制备方法和应力变色光伏组件 |
-
2019
- 2019-06-17 CN CN201910519500.9A patent/CN110108552B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB532941A (en) * | 1939-07-19 | 1941-02-04 | Gen Electric Co Ltd | Improvements in electric discharge lamps comprising luminescent materials |
| BE738409A (zh) * | 1969-09-04 | 1970-02-16 | ||
| CN102260491A (zh) * | 2011-05-26 | 2011-11-30 | 西北工业大学 | 一种压致变色粉末材料及其制备方法 |
| WO2015034070A1 (ja) * | 2013-09-06 | 2015-03-12 | 国立大学法人山口大学 | 圧力感知材料、その製造方法、及び圧力感知塗料 |
| CN105372897A (zh) * | 2015-11-27 | 2016-03-02 | 南京邮电大学 | 基于ZnO纳米管的电致变色器件及其制备方法 |
| CN109206728A (zh) * | 2017-07-03 | 2019-01-15 | 比亚迪股份有限公司 | 应力变色组合物、应力变色膜及其制备方法和应力变色光伏组件 |
| CN109158137A (zh) * | 2018-10-26 | 2019-01-08 | 江苏德林环保技术有限公司 | 一种微流控芯片的制备方法 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110793887A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-02-14 | 华南理工大学 | 一种针对具有荧光性污染物质界面浓度的同步荧光探测装置及其使用方法 |
| WO2021098547A1 (zh) * | 2019-11-20 | 2021-05-27 | 华南理工大学 | 一种针对具有荧光性污染物质界面浓度的同步荧光探测装置及其使用方法 |
| CN112816445A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-18 | 西安交通大学 | 一种基于量子点的纤维增强复合材料界面损伤检测方法 |
| CN113739715A (zh) * | 2021-08-26 | 2021-12-03 | 西安交通大学 | 一种基于褶皱结构色的柔性应变传感器及其制备方法 |
| CN114659685A (zh) * | 2022-05-17 | 2022-06-24 | 成都飞机工业（集团）有限责任公司 | 一种管路装配应力检测方法 |
| CN117470825A (zh) * | 2023-12-28 | 2024-01-30 | 纳琳威纳米科技南通有限公司 | 一种力致变色材料的性能检测方法及系统 |
| CN117470825B (zh) * | 2023-12-28 | 2024-04-19 | 纳琳威纳米科技南通有限公司 | 一种力致变色材料的性能检测方法及系统 |
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