Термохромные чернила (также называемые термохромными чернилами ) — это тип красителя , который меняет цвет при повышении или понижении температуры . [1] [2] [3] Впервые он был использован в 1970-х годах в новых игрушках, таких как кольца настроения, но нашел практическое применение в таких вещах, как термометры, упаковка продуктов, ручки. [4] Эти чернила также нашли применение в области медицины для конкретных медицинских симуляций в рамках медицинского обучения. Термохромные чернила также могут стать прозрачными при нагревании; Пример термохромных чернил этого типа можно найти в углах экзаменационного листа . Это доказывает, что лист не редактировался и не копировался , а также на некоторых коробках для пиццы не указывается температура продукта.
Существует два основных варианта чернил; один состоит из лейкокрасителей , а другой - из жидких кристаллов .
Вариант лейкокрасителя обычно состоит из лейкокрасителей с дополнительными химическими веществами, которые добавляют различные желаемые эффекты . Это наиболее распространенный тип, поскольку его легче изготовить. Они могут быть спроектированы так, чтобы реагировать на изменения температуры в диапазоне от -15 °C до 60 °C. Наиболее распространенные области применения чернил имеют температуру активации ~ -10 °C (холод), ~ 31 °C (температура тела) или ~ 43 °C (тепло). При более низких температурах чернила окрашиваются в определенный цвет, а при повышении температуры чернила становятся либо полупрозрачными, либо слегка окрашенными, что позволяет увидеть скрытые узоры. Это дает эффект изменения цвета, и этот процесс также обратим, поскольку вы можете снизить температуру до более низкого уровня, чтобы снова стал виден исходный окрашенный цвет. [5] [6] [7]
Свойства жидких кристаллов могут меняться от жидких к твердым в ответ на изменение их температуры. При более низких температурах кристаллы в основном твердые и почти не отражают свет, из-за чего на этой стадии они выглядят черными. По мере постепенного повышения температуры кристаллы становятся более разнесенными, что приводит к различному отражению света и изменению цвета кристаллов. Температуры, при которых эти кристаллы могут реагировать, варьируются от -30 °C до 90 °C. [5]
Для обоих типов термохромных чернил химические вещества должны быть микроинкапсулированы в очень маленькие капсулы размером от 3 до 5 микрон . Это защищает красители и кристаллы от смешивания с другими химическими веществами, которые могут повлиять на функциональность чернил. Эти чернила содержат ионы с уровнями m/z (граммы на заряд) 245 m/z, 356 m/z, 467 m/z, 578 m/z, 689 m/z и 800 m/z. Эти ионы происходят из химического вещества под названием поливинилпирролидон (ПВП) (химическая формула C 6 H 9 NO). [5] [8]
20 июня 2017 года [9] Почтовая служба США выпустила первое применение термохромных чернил для почтовых марок на своей марке «Полное затмение Солнца навсегда» [10] в ознаменование солнечного затмения 21 августа 2017 года . При нажатии пальцем тепло тела превращает черный круг в центре марки в изображение полной луны . Изображение на марке представляет собой фотографию полного солнечного затмения, наблюдаемого в Джалу , Ливия , 29 марта 2006 года. Фотография была сделана бывшим астрофизиком НАСА Фредом Эспенаком , также известным как «Мистер Затмение».
В медицинской подготовке термохромные чернила можно использовать для имитации человеческой крови, поскольку они обладают свойством изменять цвет. В настоящее время он тестируется в медицинских симуляциях, включающих экстракорпоральную мембранную оксигенацию (ЭКМО). В этих процедурах изменение цвета крови с темно- на светло-красный указывает на оксигенацию крови и дезоксигенацию крови, что описывает уровни концентрации кислорода в образце крови человека. Важно точно определить это изменение, чтобы безопасно и правильно использовать аппараты ЭКМО. Это привело к появлению тренингов на основе моделирования (SBT), которые позволяют студентам-медикам запускать симуляции, имитирующие реальные машины ЭКМО, прежде чем использовать их в серьезных ситуациях. Используя термохромные чернила в этих симуляциях, эффект изменения цвета можно реалистично скопировать и наблюдать без использования настоящей человеческой крови или других дорогостоящих методов. [11] [12]
В этих симуляциях обычно используется искусственная кровь или кровь животных, однако использование термохромных чернил в качестве альтернативы имеет некоторые преимущества. Его можно повторно использовать для нескольких симуляций с минимальными отклонениями в результатах, и он более экономически эффективен. Существуют ограничения на использование этого метода, поскольку чернила не имеют никаких других свойств с кровью, поэтому его единственное практическое применение — наблюдать за изменением цвета крови. [11]
Упаковка продукции является важным аспектом сохранения качества потребительских товаров. Современная упаковка разделена на две категории; активная упаковка и умная упаковка . Термохромные чернила нашли применение в интеллектуальной упаковке, которая представляет собой аспект упаковки, связанный с контролем состояния продуктов. Поскольку на большинство потребительских товаров влияют изменения температуры, использование термохромных чернил в качестве индикатора этих изменений температуры позволяет потребителям распознавать, когда качество продукта изменилось. Его также можно использовать, чтобы сообщить потребителям правильную температуру для потребления продукта. [13]
В 2006 году компания Pilot Pens Inc. разработала ручку со стираемыми чернилами, в которых использовались термохромные чернила. Он состоял из растворителя, красителя и смоляного пленкообразователя. При температуре ниже 65°C чернила оставались окрашенными. Как только температура поднималась выше 65°C, чернила начинали плавиться и становились бесцветными, создавая эффект стираемых чернил. Чернила смогли вернуться в свое цветное состояние после охлаждения до температуры ниже -10 °C. [14]
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )