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【文章摘要】：本文研究了一种针对电力和能源等领域大范围过热预警巡检问题的新型技术。传统的红外摄像头巡检存在设备造价高、抗干扰能力差和难以实现实时自动化监测等问题。为解决这些问题，我们提出了一种基于可见光感温变色材料的宽温域渐变色示温技术，并形成系列化的胶贴产品，实现了低成本、高效的巡检。

【关键词】：过热预警，可逆感温变色材料，渐变色示温技术，胶贴产品

一、研究背景及意义

目前电力和能源等领域对大范围潜在过热点的巡检方式主要包括人工手持红外热成像仪巡检和无人搭载红外摄像头巡检两种方式。两种方案均存在以下问题：

（1）对于覆盖范围较大的区域检测，设备造价或人工成本过高，不适合大面积作业。

（2）抗干扰能力差，测量结果易受材料表面特性和环境因素影响。

（3）多为人工或无人机抽样检测，难以实现实时自动化监测和预警。

本文拟开发的基于可见光感温变色材料的宽温域渐变色示温技术将形成系列化的胶贴产品，根据具体场景需求将其粘贴在待测部位，胶贴颜色随待测部位温度升高逐渐变色，冷却后恢复原色，可循环使用。由于通过可见光直接反映被测物体表面温度的高低，极大提高了人工巡检的效率和准确性，采用无人机搭载可见光镜头可实现低成本、高效的日间巡检。由于可见光监控摄像头相对于红外摄像头具有压倒性价格优势，使用固定机位可见光监控摄像头实时记录感温渐变色可逆胶贴的颜色变化并及时预警的成本也极大降低，配合公司开发的人工视觉温度预警软件，为过热预警提供了准确、高效、经济的解决方案。

二、国内外研究现状和发展趋势

1.国内外研究现状

目前感温变色材料在工业领域的应用主要包括感温变色涂料和感温变色胶贴两类。均有可逆和不可逆两种类型。

（1）感温变色涂料

广东绿色大地化工有限公司研发的340℃高温变色示温涂料在不同温度下呈现出不同的颜色，兼具了基材保护与高温预警作用。

中昊北方有限公司研发了多变色不可逆示温涂料，单品种的测温跨度只有350℃-400℃左右，产品的示温间隔比较大，主要用于飞机仪表、蒙皮各部的温度分布的测量。

石家庄纳伦化工公司的感温变色涂料主要是由环氧改性有机硅树脂为粘合剂，以着色颜料及陶瓷颜料为主，辅以高温无机填料经研磨分散而成，具有变色灵敏，色差明显，色彩鲜艳，长期耐高温的特点，适用于发动机热端部件温度分布的测量。

（2）感温变色胶贴

目前仅美国3M公司推出变色胶带示温产品，主要面向电力系统领域布局，且仅为不可逆一次性变色方案，变色温度阈值为80℃，产品规格和参数比较单一，完全变色时间较长（>60分钟），价格较贵，为非渐变色示温方案，只能显示温度是否超过阈值，无法体现过热程度。且没有配套的自动化预警平台，无法满足智能过热预警的需求。

2.发展趋势解析

感温变色示温技术在航空、电力、炼油、电子、机械等各个工业领域具有广泛的应用。存在问题主要有：

（1）目前大多产品为涂料或油墨的形式，对施工工艺有一定要求，主要覆盖70℃以下和150℃以上的温度区域，100℃附近的产品很少。示温特性也比较单一，无法通过渐变色精细显示温度高低。

（2）低温下粘附性降低，在北方区域冬季存在剥落问题；耐老化性能也有待加强，在户外长时间日照条件下示温核心材料易分解退化，寿命有限。

本文开发的宽温域渐变色示温材料的变色温度在50℃至120℃，专门面向电力和能源领域，通过薄膜封装技术将提高示温材料的耐候性，使用安装也更加方便，成本仅为3M公司产品的1/3，在具有可逆变色特性的同时兼有颜色随温度渐变的特性，拓展了产品的应用领域范围和市场竞争力。

三、研究内容与方法

1.研究内容

（1）宽温域渐变色示温材料技术：突破传统相变示温材料单一颜色变化的示温特性，开发变色温度在50℃至120℃的渐变色示温材料，增加高低温度过渡过程中的颜色对比度，实现通过变色深浅显示温度高低的目的；研究材料配方与示温特性的关系，满足电力和能源等领域不同应用场景的过热预警温度范围需求。

（2）高耐候性示温材料封装技术：研究高低温、日照和盐碱等环境因素对示温材料寿命的影响，开发高耐候性示温材料薄膜封装技术，在室外-40℃至120℃范围内保持良好粘结强度，紫外老化大于1000小时仍具有变色示温能力。

2.研究方法

使用一种温致相变的离子液体凝胶，从而实现在不添加变色染料的情况下，实现随温度变化透明—白之间的可逆转换。

向丙烯酸酯中加入离子液体进行填充，首先通过研究离子液体与各种丙烯酸酯之间进行混合光固化，选出可以与两者相容性优秀，确定使用邻苯基苯氧乙基丙烯酸酯和2-苯氧基乙基丙烯酸酯，将两种丙烯酸酯混合后，加入离子液体、光引发剂和交联剂，UV光固化后，最终形成一种离子液体凝胶。常温下，该离子液体凝胶属于均相结构，呈现透明效果；随着温度升高，相结构发生分离，离子凝胶开始变白，温度越高，变白效果越明显。该离子凝胶的相结构调控是可逆的，当温度回转，离子凝胶又从分相回到均相，实现从白色回到透明，最终实现离子凝胶的可逆温致变色，可以循环使用。

上述感温变色材料的使用方法，直接将凝胶放置或粘连在需要感温的机器设备或者管道连接处，直接开始作用。

四、感温变色材料的应用实验

所制备的样品在室温下透明，随着室温环境的变化，即温度升高颜色逐渐变白，在100℃左右完全变白，随温度的具体变化效果见图2-图7。

结语：

本文提出的感温变色材料是通过相结构调控实现可逆变色效果，没有使用变色染料，因此不会出现变色染料由于室外光照射，从而分解，导致变色效果变差。另外，本文提出的另一种组分使用的是离子液体，离子液体是一种极其稳定，不易挥发的常温下液体状态的熔融盐，环境耐受性好，因此本方案离子液体凝胶稳定性、耐用性以及耐光性极其优秀，可支持户外环境使用。

本文所研究的制备方法是直接将所有组分按比例混合后进行光固化，涉及到的制备工艺简单，反应迅速，操作方便，并且可以大量制备，实现产业化，成功解决了电力和能源等领域大范围过热预警巡检中存在的设备造价高、抗干扰能力差和难以实现实时自动化监测等问题。通过胶贴产品的形式，我们实现了温度预警的低成本、高效巡检方法，为电力和能源等行业提供了一种创新的解决方案。

作者简介：

申岩、男、1978年11月、汉、山东烟台、研究生、副高级职称

沈欢、女、1986年3月、汉、浙江湖州、本科、中级职称