[发明专利]一种超低湿度可视化检测材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种超低湿度可视化检测材料及其制备方法和应用，涉及湿度检测技术领域。本发明提供的超低湿度可视化检测材料对水的响应机制是水分子诱导水致变色分子开关染料发生开/关异构化过程，具体的，感湿基质能够实现对微量水的捕获，同时还起到对水致变色分子开关染料的辅助活化作用；噁唑啉类、噁嗪类以及荧烷类水致变色染料能够与微量的水分子快速发生作用，引起噁唑啉类、噁嗪类以及荧烷类水致变色染料的环状结构中化学键断裂，形成共轭度增加的两性离子结构，带来明显的颜色改变，从而实现250ppm以下的超低湿度的准确可视化检测。此外，该超低湿度可视化检测材料可多次重复使用。

技术领域

本发明涉及湿度检测技术领域，具体涉及一种超低湿度可视化检测材料及其制备方法和应用。

背景技术

超低湿度的测量和监控在一些重要的工业生产中发挥着极为关键的作用，例如，为避免水分对金属器件腐蚀造成电性能的劣化，制造芯片、集成电路及某些精密电子设备的环境水分需低于100ppm；制备高性能太阳能电池、锂离子电池、有机电致发光器件(OLED)、光纤以及超级电容器的研发环境水含量不能高于1ppm。此外，输电过程中对绝缘气体的安全检测以及航空探索等，都需要监测和识别痕量级别的水。

超低湿度的检测依赖于电阻或电容类电子湿度传感器。它们对湿度传感的原理是基于电子元件中湿敏组分吸附水分子后，引起载流子传输或介电常数改变，从而带来电阻或电容信号的变化。由于在极低的湿度环境中水分子的数量极少，要求湿敏组分具有非常高的吸附性和灵敏性，以产生明显的电阻或电容信号改变。正是由于对湿敏组分有特殊的要求，它的成本/价格相对高昂，检测的湿度越底，价格越高。另外，这种强吸附必然带来难解吸的问题，由此需要安装额外的再生系统(外部电源驱动以及复杂的信号转换系统)以确保传感器的测量准确性。这些会导致该类电子湿度传感器体积庞大、不便携带、能耗高，致使其应用场所受限。因此，低成本、低(零)能耗、便携式的超低湿度检测材料/技术的开发显得十分必要。

基于颜色可视化的比色湿度传感材料，能将环境湿度信息转化为视觉色彩变化，与阻/容式类电子湿度传感器相比，不需要安装额外的再生系统，能源消耗低，传感器体积小，使用方便，便于携带且价格便宜，应用广泛。目前，可视化湿度检测材料主要为基于无机盐水合作用的湿度变色材料(如变色硅胶)和基于结构色变化的光子晶体类湿度检测材料。然而，上述视化湿度检测材料对湿度的响应阈值都在2500ppm以上，不能实现对于250ppm(相对湿度1％RH)以下的超低湿度的可视化检测。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种超低湿度可视化检测/指示材料及其制备方法和应用，本发明提供的超低湿度可视化检测材料能够实现250ppm以下的超低湿度的可视化检测/指示，尤其可以实现1ppm以下的湿度的可视化指示。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种超低湿度可视化检测材料，包括感湿基质和水致变色分子开关染料；所述水致变色分子开关染料包括噁唑啉类水致变色染料、噁嗪类水致变色染料和荧烷类水致变色染料中的一种或几种。

优选的，所述水致变色分子开关染料的质量为感湿基质质量的0.001～60％。

优选的，所述噁唑啉类水致变色染料具有式I所示的结构：

所示述式I中，R₁～R₈独立地包括氢、羟基、烃基、取代烃基、烷氧基、卤素、卤代烃基、硝基、氨基、取代氨基、醛基、羰基、羧基、酯基、酰胺基、巯基、烃硫基、砜基或取代砜基。

优选的，所述噁嗪类水致变色染料具有式II所示的结构：