CN116013145A - 一种基于光子晶体的温度色彩标签、制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于光子晶体的温度色彩标签、制备方法与应用，涉及光子晶体复合材料以及低温传感材料技术领域。包括具有结构色的光子晶体色彩标签、低温相变材料和壳体；所述低温相变材料和具有结构色的光子晶体色彩标签分别置于壳体内的A腔室和B腔室中，所述A腔室和B腔室能够相互隔绝或者能够相互连通。所制备的光子晶体温度色彩标签同时兼具对超出预设温度进行不可逆的监控与记录、抗短暂扰动性能和防伪性能，可以实现对冷链物流过程中冷冻设备内部环境温度超过预设温度后的警示能力。
Description
技术领域
本发明涉及光子晶体复合材料以及低温传感材料技术领域，更具体地，涉及一种基于光子晶体的温度色彩标签、制备方法与应用，尤其涉及一种基于光子晶体的温度色彩标签、制备及其监测冷链物流过程中温度变化的应用。
背景技术
随着社会工业化的日益发展，冷链物流已广泛运用于人们的生产生活中。在对温度敏感或需低温保存的物品，如：药品、疫苗、血浆、器官、水果、海鲜、蔬菜、熟食等的储存、运输及配送过程中，环境温度的波动会显著影响货物的质量。如若环境温度长时间高于货物要求的临界温度，往往会导致货物的损坏甚至变质，从而造成重大安全事故及经济损失。因此，为了更为直观的得到货物在冷链物流过程中所处环境的温度变化，有必要开发出一种新型温度标签。同时，光子晶体的温度色彩标签应当同时兼备传感功能。
货物在冷链运输过程中，如果温度发生巨大波动，但是在到达终点后温度恢复正常，则用户无法判断物品是否变质，从而可能造成重大安全事故及经济损失。因此，温度标签需要对环境温度超出预设温度时进行不可逆的监控与记录。
发明内容
本发明的目的在于开发一种基于光子晶体的温度色彩标签及其制备方法，其能够通过可视的色彩变化来反应环境温度的变化，具有方便观察记录的特点。光子晶体温度色彩标签不仅能够对超出预设温度进行不可逆的监控与记录，对极短时间内的温度波动具有抵抗能力，制备原料无毒且绿色环保。此外，由于光子晶体基底的结构色能够随观察视角的变化而变化，赋予了光子晶体温度色彩标签防伪能力。从而解决现有技术中温度标签无法对环境温度超出预设温度时进行不可逆的监控与记录的技术问题。
根据本发明第一方面，提供了一种基于光子晶体的温度色彩标签，包括具有结构色的光子晶体色彩标签、低温相变材料和壳体；所述低温相变材料和具有结构色的光子晶体色彩标签分别置于壳体内的A腔室和B腔室中，所述A腔室和B腔室能够相互隔绝或者能够相互连通；所述光子晶体色彩标签为由单分散的胶体粒子自组装得到的胶体晶体阵列；所述低温相变材料的凝固点为-70℃-20℃，所述低温相变材料为复合溶剂或高分子溶液。
优选地，所述单分散的胶体粒子为二氧化硅胶体粒子、聚苯乙烯胶体粒子、聚甲基丙烯酸甲酯胶体粒子、聚多巴胺胶体粒子和硫化锌胶体粒子中的至少一种。
优选地，所述胶体粒子的尺寸为160nm-280nm。
优选地，所述低温相变材料为乙二醇水溶液、二甲基亚砜水溶液或聚乙二醇水溶液。
优选地，所述乙二醇水溶液中乙二醇的体积百分数小于等于50％；所述二甲基亚砜水溶液中二甲基亚砜的体积百分数大于等于60％；所述聚乙二醇水溶液中聚乙二醇的体积百分数大于等于60％。
根据本发明另一方面，提供了任一项所述基于光子晶体的温度色彩标签的制备方法，包括以下步骤：
(1)将单分散的胶体粒子沉积到基板上，形成胶体晶体阵列，得到具有结构色的光子晶体色彩标签；通过复合不同类型的溶剂或者采用高分子溶液，作为低温相变材料，所述低温相变材料的凝固点为-70℃-20℃；
(2)将步骤(1)所述的低温相变材料置于壳体的A腔室中，所述光子晶体色彩标签连同基板置于壳体的B腔室中，即得到基于光子晶体的温度色彩标签。
优选地，所述胶体粒子为二氧化硅胶体粒子、聚苯乙烯胶体粒子、聚甲基丙烯酸甲酯胶体粒子、聚多巴胺胶体粒子和硫化锌胶体粒子中的至少一种。
优选地，所述低温相变材料为二甲基亚砜水溶液、乙二醇水溶液或聚乙二醇水溶液；
优选地，所述乙二醇水溶液中乙二醇的体积百分数小于等于50％；所述二甲基亚砜水溶液中二甲基亚砜的体积百分数大于等于60％；所述聚乙二醇水溶液中聚乙二醇的体积百分数大于等于60％。
根据本发明另一方面，提供了任一项所述基于光子晶体的温度色彩标签的应用，用于监测冷链物流过程中温度变化。
优选地，所述应用具体为：将位于A腔室的低温相变材料冷冻，并使A腔室和B腔室连通，然后置于装载待监测冷链物品的冷藏柜中；
若冷链物流过程中冷藏柜的温度低于所述低温相变材料的凝固点，则所述光子晶体色彩标签保持结构色；若冷藏柜中的温度高于等于所述低温相变材料的凝固点，则所述低温相变材料融化并扩散至所述光子晶体色彩标签表面并渗入结构内部，从而破坏了所述光子晶体色彩标签的结构色。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
(1)光子晶体是一类由不同折光指数材料周期性排列产生的光学材料。胶体粒子的周期性排列形成的有序结构赋予了光子晶体材料独特的光学特性：光子禁带。波长与光子禁带相匹配的光将被禁止在光子晶体结构内部传播，并被镜面反射出去。如果光子禁带与可见光区范围内的光的波长相匹配时，光子晶体材料将会获得肉眼可见的鲜艳结构色。由于光子晶体材料的结构色与周期性排列的结构密切相关，因此，一旦周期性结构遭到破坏，光子晶体材料的结构色将会减弱甚至消失。此外，光子晶体材料的结构色还与胶体粒子的尺寸以及有效折光指数有直接关系。当纳米粒子尺寸或折光指数差发生变化时，光子晶体材料的结构色会随之发生变化。如果将与胶体粒子折光指数相近的介质填充入光子晶体材料的微观结构，由于显著降低了折光指数差，因此光子晶体材料的结构色将会变得暗淡，甚至消失。
(2)为防止对不法分子的伪造，光子晶体温度色彩标签应具有防伪能力。由于光子晶体结构的特殊性，其结构色可以随着入射光角度的变化而发生明显变化，呈现出虹彩色的特点。因此，这种随角度变化的结构色将会显著提升了光子晶体温度色彩标签的防伪能力。
(3)为了匹配实际应用需求，可以通过调整胶体粒子的尺寸来制备具有不同鲜艳结构色的光子晶体色彩标签。
(4)二甲基亚砜和乙二醇等有机溶剂由于其在水溶液中独特的溶剂化效果，这类有机小分子可以与水分子互相破坏彼此的氢键网络并形成新的混合氢键网络，因此显著了降低混合溶液的凝固点，并且其凝固点可以通过改变有机溶剂的体积分数来精确调控。作为一种聚醚类聚合物，由于其独特的分子结构，低分子量的聚乙二醇可以与水无限互溶，并在彼此间形成稳定的氢键网络，因此聚乙二醇水溶液拥有更低的凝固点，并且其凝固点随着水含量的增加而降低。
(5)在冷链物流的终端运输及储存过程中，部分场景可能会出现极短时间内的温度波动超出预定温度的情况，但这种情况并不会导致物品的损坏及变质。由于低温相变材料具有一定的比热容，在极为短暂的温度波动中不会融化。因此，光子晶体温度色彩标签可以对极短时间内的温度波动具有抵抗能力，从而不会传递错误信息。
(6)为防止货物在冷链运输过程中，储存环境温度发生巨大波动，但是在到达终点后温度恢复正常，而用户无法得知物品储存时的温度历史，从而可能造成重大安全事故及经济损失。由于低温相变材料融化扩散的过程是不可逆的，而且蒸发速率非常缓慢。因此，光子晶体温度色彩标签可以对环境温度超出预设温度时进行不可逆的监控与记录。
(7)本发明所使用的基于光子晶体的温度色彩标签用于温度传感器，制备方法简单，稳定性强，检测结果不可逆，在药品，疫苗，血浆，器官，水果，海鲜，蔬菜，熟食等需要低温储藏和运输的冷链物流温度监控领域具有广泛的应用前景。由于常见需要冷链运输的物品包括食品，药品等食用物品。因此，光子晶体温度色彩标签的制备原料需为绿色环保且无毒。相较于传统的涂料和颜料产生的结构色，光子晶体结构产生的结构色具有绿色环保的特点。而且低温相变材料的组成均为生物相容性良好的溶剂。因此，光子晶体温度色彩标签适用于运输包括食品，药品等食用物品。
附图说明
图1为本发明所述的光子晶体温度色彩标签的结构示意图。
图2为光子晶体色彩标签的角度依赖色彩展示。
图3为不同体积分数的聚乙二醇水溶液的凝固点曲线。
图4为不同体积分数的二甲基亚砜水溶液的凝固点曲线。
图5为不同体积分数的乙二醇水溶液的凝固点曲线。图6为光子晶体温度色彩标签对环境温度超出预设温度的不可逆记录。
图7为光子晶体温度色彩标签对环境温度超出预设温度的不可逆记录前后反射光谱的变化。
图8为光子晶体温度色彩标签在环境温度反复波动时反射率的变化。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明一种基于光子晶体的温度色彩标签的制备及其监测冷链物流过程中温度变化的应用，步骤和条件如下：
(1)光子晶体色彩标签的制备
在基板表面沉积胶体晶体阵列，得到具有鲜艳结构色的光子晶体色彩标签；具体为：将胶体粒子与分散液混合，通过超声混合均匀。利用胶体晶体阵列沉积方法将胶体粒子分散液铺平于基板表面，静置或加热处理。待溶剂完全挥发，即可得到具有鲜艳结构色的光子晶体色彩标签；
(2)低温相变材料的制备
通过复合不同类型的溶剂或采用高分子溶液，得到凝固点不同的低温相变材料；
(3)光子晶体温度色彩标签的制备
利用3D打印、激光雕刻等技术，制备出传感器壳体，包括两部分：A腔室和B腔室；将低温相变材料加入A腔室后冷冻；待低温相变材料完全固化之后，将光子晶体色彩标签嵌入B腔室，即可使用。
一些实施例中，所述用来组装光子晶体色彩标签的组装基元可以为二氧化硅胶体粒子(SiO2)、聚苯乙烯胶体粒子(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯胶体粒子(PMMA)、聚多巴胺胶体粒子(PDA)、硫化锌胶体粒子(ZnS)等当中的一种或几种；其尺寸范围为160nm-280nm。
优选地，所述用来组装光子晶体色彩标签的组装基元为二氧化硅胶体粒子。
一些实施例中，所述用来组装光子晶体色彩标签的胶体晶体阵列沉积方法可以采用喷涂、滴涂、旋涂、垂直沉积法、浸涂法等方法。
一些实施例中，所述用来组装光子晶体色彩标签的胶体粒子分散液为水、碳酸丙烯酯、乙醇、乙二醇、丙三醇、N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种；优选地，为乙醇和碳酸丙烯酯的混合溶液，体积比为(0.1-10)：1，优选地，体积比为0.8：1。
一些实施例中，所述的胶体粒子分散液中，胶体粒子与混合溶液的体积比为(0.4-1.7)：4；用来制备光子晶体色彩标签的胶体粒子分散液中胶体粒子的体积分数为10％-30％，优选地，体积分数为20％。
一些实施例中，所述用来组装光子晶体色彩标签的基板材质可以为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、钢板、玻璃板等。
一些实施例中，所述用来制备低温相变材料的混合溶液可以为二甲基亚砜水溶液(DMSO-H2O)、乙二醇水溶液(EG-H2O)、聚乙二醇水溶液(PEG-H2O)等。
优选地，所述的聚乙二醇水溶液中的聚乙二醇的分子量为400-1000，优选为600。
一些实施例中，所述的聚乙二醇水溶液中，聚乙二醇的体积分数大于等于60％(图3)；二甲基亚砜水溶液中二甲基亚砜的体积分数大于等于60％(图4)；乙二醇水溶液中乙二醇的体积分数小于等于50％(图5)。
以下为具体实施例：
实施例1一种光子晶体温度色彩标签的制备方法及其应用，步骤和条件如下：
(1)光子晶体色彩标签的制备
将0.9g二氧化硅胶体粒子加入0.36g乙醇和1.44g碳酸丙烯酯的混合溶液中，超声分散。待二氧化硅胶体粒子完全分散后，将分散液喷涂至聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基板表面。待溶剂完全挥发后，即可得到具有鲜艳结构色的光子晶体色彩标签。
(2)低温相变材料的制备
在室温环境下，制备了体积分数为80％的聚乙二醇(分子量为600)水溶液，其凝固点为5℃(图3)。
(3)光子晶体温度色彩标签的制备
利用3D打印技术制备出色彩标签的壳体，将聚乙二醇水溶液灌入A腔室后冷冻。待聚乙二醇水溶液完全凝固之后，将光子晶体色彩标签嵌入B腔室，即可使用。
(4)结论
该光子晶体温度色彩标签适用于果、蔬类保鲜，新冠疫苗等需要在2-8℃条件下冷链运输的物品。对该光子晶体温度色彩标签对于环境温度波动的不可逆记录进行研究，具体如下：
将光子晶体温度色彩标签放置于环境温度为3℃的冷藏柜中，可以观察到鲜艳的结构色及清晰的二维码图案，扫描该二维码时，显示safety(图1)。将冷藏柜内的环境温度升高至6℃后，五分钟内聚乙二醇水溶液融化，流至光子晶体温度色彩标签表面，破坏了光子晶体温度色彩标签的鲜艳结构色，同时也无法从二维码图案中获得相应信息(二维码无法扫描)(图6)。将冷藏柜内的环境温度重新降低至3℃后，聚乙二醇水溶液在光子晶体温度色彩标签表面及内部重新凝固，但是结构色及二维码图案仍处于被破坏的状态而无法观察(图7)。
经过多次将冷藏柜内的环境温度在3℃-6℃变化后，仍无法观察到光子晶体温度色彩标签的结构色及二维码图案(图8)。将该光子晶体温度色彩标签在室温下放置一个月，仍无法观察到光子晶体温度色彩标签的结构色及二维码图案。此外，随观察视角变化的结构色赋予了光子晶体温度色彩标签防伪能力(图2)。说明本发明制备的光子晶体温度色彩标签对于环境温度超出预设温度的波动可以不可逆的永久记录并具有防伪性能。
实施例2一种光子晶体温度色彩标签的制备方法及其应用，步骤和条件如下：
(1)光子晶体色彩标签的制备
将0.9g二氧化硅胶体粒子加入0.44g乙醇和1.44g碳酸丙烯酯的混合溶液中，超声分散。待二氧化硅胶体粒子完全分散后，将亲水化处理后的玻璃板插入二氧化硅胶体粒子分散液中。待乙醇完全挥发后，即可得到具有鲜艳结构色的光子晶体色彩标签。
(2)低温相变材料的制备
在室温环境下，制备了体积分数为70％的聚乙二醇(分子量为600)水溶液，其凝固点为-6℃(图3)。
(3)光子晶体温度色彩标签的制备
利用3D打印技术制备出色彩标签的壳体，将聚乙二醇水溶液灌入A腔室后冷冻。待聚乙二醇水溶液完全凝固之后，将光子晶体色彩标签嵌入B腔室，即可使用。
(4)结论
该光子晶体温度色彩标签适用于食品，药品，设备，特殊试剂等需要在-5--10℃条件下冷链运输的物品。对该光子晶体温度色彩标签对于环境温度波动的不可逆记录进行研究，具体如下：
将光子晶体温度色彩标签放置于环境温度为-8℃的冷藏柜中，可以观察到鲜艳的结构色及清晰的二维码图案，扫描该二维码时，显示safety(图1)。将冷藏柜内的环境温度升高至-4℃后，五分钟内聚乙二醇水溶液融化，流至光子晶体温度色彩标签表面，破坏了光子晶体温度色彩标签的鲜艳结构色，同时也无法从二维码图案中获得相应信息(图6)。将冷藏柜内的环境温度重新降低至-8℃后，聚乙二醇水溶液在光子晶体温度色彩标签表面及内部重新凝固，但是结构色及二维码图案仍处于被破坏的状态而无法观察(图7)。
经过多次将冷藏柜内的环境温度在-8℃--4℃变化后，仍无法观察到光子晶体温度色彩标签的结构色及二维码图案(图8)。将该光子晶体温度色彩标签在室温下放置一个月，仍无法观察到光子晶体温度色彩标签的结构色及二维码图案。说明本发明制备的光子晶体温度色彩标签对于环境温度超出预设温度的波动可以不可逆的永久记录。
实施例3一种光子晶体温度色彩标签的制备方法及其应用，步骤和条件如下：
(1)光子晶体色彩标签的制备
将0.8g二氧化硅胶体粒子加入0.36g乙醇和1.44g碳酸丙烯酯的混合溶液中，超声分散。待二氧化硅胶体粒子完全分散后，将分散液喷涂至聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基板表面。待溶剂完全挥发后，即可得到具有鲜艳结构色的光子晶体色彩涂层。
(2)低温相变材料的制备
在室温环境下，制备了体积分数为60％的聚乙二醇(分子量为600)水溶液，其凝固点为-23.5℃(图3)。
(3)光子晶体温度色彩标签的制备
利用3D打印技术制备出色彩标签的壳体，将聚乙二醇水溶液灌入A腔室后冷冻。待聚乙二醇水溶液完全凝固之后，将光子晶体色彩涂层嵌入B腔室，即可使用。
(4)结论
该光子晶体温度色彩标签适用于血浆，冷冻肉类，冷冻蔬菜等需要低于-20℃条件下冷链运输的物品。对该光子晶体温度色彩标签对于环境温度波动的不可逆记录进行研究，具体如下：
将光子晶体温度色彩标签放置于环境温度为-25℃的冷藏柜中，可以观察到鲜艳的结构色及清晰的二维码图案，扫描该二维码时，显示safety(图1)。将冷藏柜内的环境温度升高至-20℃后，五分钟内聚乙二醇水溶液融化，流至光子晶体温度色彩标签表面，破坏了光子晶体温度色彩标签的鲜艳结构色，同时也无法从二维码图案中获得相应信息。将冷藏柜内的环境温度重新降低至-25℃后，聚乙二醇水溶液在光子晶体温度色彩标签表面及内部重新凝固，但是结构色及二维码图案仍处于被破坏的状态而无法观察(图7)。
经过多次将冷藏柜内的环境温度在-25℃--20℃变化后，仍无法观察到光子晶体温度色彩标签的结构色及二维码图案(图8)。将该光子晶体温度色彩标签在室温下放置一个月，仍无法观察到光子晶体温度色彩标签的结构色及二维码图案。说明本发明制备的光子晶体温度色彩标签对于环境温度超出预设温度的波动可以不可逆的永久记录。
实施例4一种光子晶体温度色彩标签的制备方法及其应用，步骤和条件如下：
(1)光子晶体色彩标签的制备
将0.45g聚苯乙烯胶体粒子加入0.36g乙醇和1.44g碳酸丙烯酯的混合溶液中，超声分散。待聚苯乙烯胶体粒子完全分散后，将分散液喷涂至聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基板表面。待溶剂完全挥发后，即可得到具有鲜艳结构色的光子晶体色彩标签。
(2)低温相变材料的制备
在室温环境下，制备了体积分数为80％的聚乙二醇(分子量为600)水溶液，其凝固点为5℃(图3)。
(3)光子晶体温度色彩标签的制备
利用3D打印技术制备出色彩标签的壳体，将聚乙二醇水溶液灌入A腔室后冷冻。待聚乙二醇水溶液完全凝固之后，将光子晶体色彩标签嵌入B腔室，即可使用。
(4)结论
该光子晶体温度色彩标签适用于果、蔬类保鲜，新冠疫苗等需要在2-8℃条件下冷链运输的物品。对该光子晶体温度色彩标签对于环境温度波动的不可逆记录进行研究，具体如下：
将光子晶体温度色彩标签放置于环境温度为3℃的冷藏柜中，可以观察到鲜艳的结构色及清晰的二维码图案，扫描该二维码时，显示safety。将冷藏柜内的环境温度升高至8℃后，五分钟内聚乙二醇水溶液融化，流至光子晶体温度色彩标签表面，破坏了光子晶体温度色彩标签的鲜艳结构色，同时也无法从二维码图案中获得相应信息。将冷藏柜内的环境温度重新降低至3℃后，聚乙二醇水溶液在光子晶体温度色彩标签表面及内部重新凝固，但是结构色及二维码图案仍处于被破坏的状态而无法观察。
经过多次将冷藏柜内的环境温度在3℃-8℃变化后，仍无法观察到光子晶体温度色彩标签的结构色及二维码图案。将该光子晶体温度色彩标签在室温下放置一个月，仍无法观察到光子晶体温度色彩标签的结构色及二维码图案。说明本发明制备的光子晶体温度色彩标签对于环境温度超出预设温度的波动可以不可逆的永久记录。
实施例5一种光子晶体温度色彩标签的制备方法及其应用，步骤和条件如下：
(1)光子晶体色彩标签的制备
将0.9g二氧化硅胶体粒子加入0.36g乙醇和1.44g碳酸丙烯酯的混合溶液中，超声分散。待聚苯乙烯胶体粒子完全分散后，将分散液喷涂至聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基板表面。待溶剂完全挥发后，即可得到具有鲜艳结构色的光子晶体色彩标签。
(2)低温相变材料的制备
在室温环境下，制备了体积分数为95％的二甲基亚砜水溶液，其凝固点为6℃(图4)。
(3)光子晶体温度色彩标签的制备
利用3D打印技术制备出色彩标签的壳体，将二甲基亚砜水溶液灌入A腔室后冷冻。待二甲基亚砜水溶液完全凝固之后，将光子晶体色彩标签嵌入B腔室，即可使用。
(4)结论
该光子晶体温度色彩标签适用于果、蔬类保鲜，新冠疫苗等需要在2-8℃条件下冷链运输的物品。对该光子晶体温度色彩标签对于环境温度波动的不可逆记录进行研究，具体如下：
将光子晶体温度色彩标签放置于环境温度为5℃的冷藏柜中，可以观察到鲜艳的结构色及清晰的二维码图案，扫描该二维码时，显示safety。将冷藏柜内的环境温度升高至8℃后，五分钟内二甲基亚砜水溶液融化，流至光子晶体温度色彩标签表面，破坏了光子晶体温度色彩标签的鲜艳结构色，同时也无法从二维码图案中获得相应信息。将冷藏柜内的环境温度重新降低至5℃后，二甲基亚砜水溶液在光子晶体温度色彩标签表面及内部重新凝固，但是结构色及二维码图案仍处于被破坏的状态而无法观察。
经过多次将冷藏柜内的环境温度在5℃-8℃变化后，仍无法观察到光子晶体温度色彩标签的结构色及二维码图案。说明本发明制备的光子晶体温度色彩标签对于环境温度超出预设温度的波动可以不可逆的记录。
实施例6一种光子晶体温度色彩标签的制备方法及其应用，步骤和条件如下：
(1)光子晶体色彩标签的制备
将0.9g二氧化硅胶体粒子加入0.44g乙醇和1.44g碳酸丙烯酯的混合溶液中，超声分散。待聚苯乙烯胶体粒子完全分散后，将分散液喷涂至聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基板表面。待溶剂完全挥发后，即可得到具有鲜艳结构色的光子晶体色彩标签。
(2)低温相变材料的制备
在室温环境下，制备了体积分数为10％的乙二醇水溶液，其凝固点为-5℃(图5)。
(3)光子晶体温度色彩标签的制备
利用3D打印技术制备出色彩标签的壳体，将乙二醇水溶液灌入A腔室后冷冻。待乙二醇水溶液完全凝固之后，将光子晶体色彩标签嵌入B腔室，即可使用。
(4)结论
该光子晶体温度色彩标签适用于食品，药品，设备，特殊试剂等需要在-5--10℃条件下冷链运输的物品。对该光子晶体温度色彩标签对于环境温度波动的不可逆记录进行研究，具体如下：
将光子晶体温度色彩标签放置于环境温度为-10℃的冷藏柜中，可以观察到鲜艳的结构色及清晰的二维码图案，扫描该二维码时，显示safety。将冷藏柜内的环境温度升高至-4℃后，五分钟内乙二醇水溶液融化，流至光子晶体温度色彩标签表面，破坏了光子晶体温度色彩标签的鲜艳结构色，同时也无法从二维码图案中获得相应信息。将冷藏柜内的环境温度重新降低至-10℃后，乙二醇水溶液在光子晶体温度色彩标签表面及内部重新凝固，但是结构色及二维码图案仍处于被破坏的状态而无法观察。
经过多次将冷藏柜内的环境温度在-10℃--4℃变化后，仍无法观察到光子晶体温度色彩标签的结构色及二维码图案。说明本发明制备的光子晶体温度色彩标签对于环境温度超出预设温度的波动可以不可逆的记录。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于光子晶体的温度色彩标签，其特征在于，包括具有结构色的光子晶体色彩标签、低温相变材料和壳体；所述低温相变材料和具有结构色的光子晶体色彩标签分别置于壳体内的A腔室和B腔室中，所述A腔室和B腔室能够相互隔绝或者能够相互连通；所述光子晶体色彩标签为由单分散的胶体粒子自组装得到的胶体晶体阵列；所述低温相变材料的凝固点为-70℃-20℃，所述低温相变材料为复合溶剂或高分子溶液。
2.如权利要求1所述的基于光子晶体的温度色彩标签，其特征在于，所述单分散的胶体粒子为二氧化硅胶体粒子、聚苯乙烯胶体粒子、聚甲基丙烯酸甲酯胶体粒子、聚多巴胺胶体粒子和硫化锌胶体粒子中的至少一种。
3.如权利要求1或2所述的基于光子晶体的温度色彩标签，其特征在于，所述胶体粒子的尺寸为160nm-280nm。
4.如权利要求1所述的基于光子晶体的温度色彩标签，其特征在于，所述低温相变材料为乙二醇水溶液、二甲基亚砜水溶液或聚乙二醇水溶液。
5.如权利要求4所述的基于光子晶体的温度色彩标签，其特征在于，所述乙二醇水溶液中乙二醇的体积百分数小于等于50％；所述二甲基亚砜水溶液中二甲基亚砜的体积百分数大于等于60％；所述聚乙二醇水溶液中聚乙二醇的体积百分数大于等于60％。
6.如权利要求1-5任一项所述基于光子晶体的温度色彩标签的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将单分散的胶体粒子沉积到基板上，形成胶体晶体阵列，得到具有结构色的光子晶体色彩标签；通过复合不同类型的溶剂或者采用高分子溶液，作为低温相变材料，所述低温相变材料的凝固点为-70℃-20℃；
(2)将步骤(1)所述的低温相变材料置于壳体的A腔室中，所述光子晶体色彩标签连同基板置于壳体的B腔室中，即得到基于光子晶体的温度色彩标签。
7.如权利要求6所述的基于光子晶体的温度色彩标签的制备方法，其特征在于，所述胶体粒子为二氧化硅胶体粒子、聚苯乙烯胶体粒子、聚甲基丙烯酸甲酯胶体粒子、聚多巴胺胶体粒子和硫化锌胶体粒子中的至少一种。
8.如权利要求6所述的基于光子晶体的温度色彩标签的制备方法，其特征在于，所述低温相变材料为二甲基亚砜水溶液、乙二醇水溶液或聚乙二醇水溶液；
优选地，所述乙二醇水溶液中乙二醇的体积百分数小于等于50％；所述二甲基亚砜水溶液中二甲基亚砜的体积百分数大于等于60％；所述聚乙二醇水溶液中聚乙二醇的体积百分数大于等于60％。
9.如权利要求1-5任一项所述基于光子晶体的温度色彩标签的应用，其特征在于，用于监测冷链物流过程中温度变化。
10.如权利要求7所述的应用，其特征在于，所述应用具体为：将位于A腔室的低温相变材料冷冻，并使A腔室和B腔室连通，然后置于装载待监测冷链物品的冷藏柜中；
若冷链物流过程中冷藏柜的温度低于所述低温相变材料的凝固点，则所述光子晶体色彩标签保持结构色；若冷藏柜中的温度高于等于所述低温相变材料的凝固点，则所述低温相变材料融化并扩散至所述光子晶体色彩标签表面并渗入结构内部，从而破坏了所述光子晶体色彩标签的结构色。
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