專利名稱：監(jiān)控產(chǎn)品所接觸溫度的器件和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及監(jiān)控產(chǎn)品所接觸溫度的器件和方法，還涉及配備這種器件 的標(biāo)簽。
背景技術(shù)：
許多產(chǎn)品的質(zhì)量與安全受到溫度的影響。這種情況特別一但非僅僅—存在于冷藏冷凍食品、需要在受控低溫下 保存的飲料(例如酒類)以及某些化妝品、醫(yī)療用品和藥品。導(dǎo)致易腐產(chǎn)品在衛(wèi)生、營(yíng)養(yǎng)和外觀方面的質(zhì)量下降的兩個(gè)主要因素是 時(shí)間和溫度更準(zhǔn)確地說(shuō)，溫度升高到臨界溫度閾值以上，中斷了從產(chǎn)品 生產(chǎn)者到消費(fèi)者的所謂"冷鏈"和/或產(chǎn)品長(zhǎng)期所接觸溫度或多或少地高于 為保質(zhì)期間安全存放所規(guī)定的溫度。諸如衣物之類的其他產(chǎn)品，如果在例如清潔或洗滌期間處于過(guò)高溫度 下，也會(huì)受到損害。因此，在加工、維護(hù)、存儲(chǔ)和銷售產(chǎn)品的過(guò)程中，對(duì)溫度實(shí)施調(diào)控和 監(jiān)控是非常重要的，這已成為一條基本要求。產(chǎn)品溫度必須保持在預(yù)設(shè)水平，在銷售鏈上的每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)都必須進(jìn)行 定期檢査。因此，控制器在檢査消費(fèi)品的安全性和質(zhì)量中是一種重要儀器。檢查相關(guān)信息需要時(shí)間、專門的知識(shí)和合適的材料。如果使用溫度監(jiān) 控工具的成本和復(fù)雜程度高，那么其結(jié)果往往是檢查次數(shù)減少，甚至不檢 查，因而無(wú)法確認(rèn)產(chǎn)品是否安全、質(zhì)量好不好。已知有些溫度指示劑能夠指示產(chǎn)品溫度是否達(dá)到預(yù)設(shè)閾值，以突顯對(duì) 產(chǎn)品有危害的事件。時(shí)間一溫度綜合指示劑也是己知的，它們能夠同時(shí)測(cè)定時(shí)間和溫度， 并將這些信息整合為單一的可見(jiàn)結(jié)果。它們通過(guò)這種方式提供與之相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品的時(shí)間一溫度變化的完整歷史。這些指示劑一般是也能以自黏標(biāo)簽 的形式提供，貼在要監(jiān)控的產(chǎn)品上。常規(guī)指示劑包括在時(shí)間和溫度影響下能變色的物質(zhì)。這些指示劑在使 用前一般需要冷凍保存，因?yàn)槠渲写嬖趯?duì)哪怕是很小的溫度變化都很敏感 的化學(xué)物質(zhì)，這會(huì)引起其相關(guān)特性發(fā)生不可逆的變化。其他體系是基于具有特定熔點(diǎn)的化學(xué)物質(zhì)的擴(kuò)散作用。這種化學(xué)物質(zhì) 一旦活化就開(kāi)始擴(kuò)散，其擴(kuò)散速率取決于溫度；其擴(kuò)散程度可用來(lái)量度產(chǎn) 品在時(shí)間一溫度的歷史累積，但只能參照由所選化學(xué)物質(zhì)及其濃度所決定 的特定溫度閾值。其他己知的溫度傳感器是基于使用復(fù)雜程度各異的電學(xué)器件。所有情 況都需要其復(fù)雜程度隨所需性能而異的器件。因此，人們使用基于識(shí)別器件的復(fù)雜系統(tǒng)，所述識(shí)別器件利用電阻傳 感器、二極管、熱電偶、熱變換器或射頻(RFID——射頻識(shí)別器件)。RFID能夠提供隨其所接觸的溫度而變化的信號(hào)，可記錄每個(gè)包裝中有關(guān)時(shí)間一 溫度變化歷史的信息。此信息可借助掃描儀轉(zhuǎn)移到能夠計(jì)算保存期的計(jì)算 機(jī)中。一般而言，為方便讀取，已知指示劑被置于表面上，這就帶來(lái)了對(duì)室 溫的的反應(yīng)，這種反應(yīng)通常比產(chǎn)品內(nèi)部發(fā)生的反應(yīng)更顯著。表面溫度與產(chǎn) 品內(nèi)部溫度之間的關(guān)系隨產(chǎn)品而異，取決于包裝材料、物理性質(zhì)、空隙等 等。溫度變化的歷史與保存的時(shí)間之間的時(shí)間一溫度關(guān)系并非對(duì)于所有食 品或醫(yī)療產(chǎn)品來(lái)說(shuō)都是一樣的。由于生物和化學(xué)材料之間差異極大，且它們之間的加工處理方法也差 異極大，所以使用時(shí)間—溫度指示劑的時(shí)候，很難直接對(duì)每個(gè)產(chǎn)品的實(shí)際 質(zhì)量和安全性作出定量評(píng)價(jià)。然而，就時(shí)間和溫度而言，每個(gè)產(chǎn)品的保存 質(zhì)量和剩余保質(zhì)時(shí)間以及任何超出制造商預(yù)設(shè)溫度的情況在任何情況下都 是可以測(cè)定和監(jiān)控的，因此，這就為保障消費(fèi)者的安全提供了有效的指示 方法。為此，必須要有大量的指示劑，甚至是以不同方式校準(zhǔn)的指示劑。因此，為了使指示劑能夠再現(xiàn)產(chǎn)品的真實(shí)狀況，要根據(jù)所述指示劑所 用材料的類型、濃度及其隨溫度而變化的具體物理和化學(xué)性質(zhì)調(diào)整指示結(jié) 果就變得困難而復(fù)雜；不僅如此，目前還沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可接受 的精度水平，用以比較不同制造商生產(chǎn)的器件。這些指示劑常常局限于應(yīng)用在主包裝上，只能看到從生產(chǎn)商到零售商 的銷售情況，而沒(méi)有直接供消費(fèi)者使用的信息。之所以發(fā)生這種情況，是因?yàn)閷蝹€(gè)指示劑置于包裝上或直接置于將 到達(dá)消費(fèi)者手中的產(chǎn)品上時(shí)，指示劑的成本，包括施加指示劑的成本，相 對(duì)于某些產(chǎn)品來(lái)說(shuō)太高。已知傳感器的主要限制不僅在于制造成本，而且在于用來(lái)檢測(cè)指示信 息的系統(tǒng)的復(fù)雜性，這使得這些產(chǎn)品不具有競(jìng)爭(zhēng)力，難以應(yīng)用于大規(guī)模生 產(chǎn)和多樣性。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供用于監(jiān)控產(chǎn)品所接觸的溫度的器件和方法，所述 器件要容易以低成本大量制造、能同時(shí)針對(duì)預(yù)設(shè)的一種或多種溫度和處于 所述一種或多種溫度下的時(shí)間作出不同的校準(zhǔn)。本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供用于監(jiān)控產(chǎn)品所接觸的溫度的器件和方 法，所述器件要能夠準(zhǔn)確指示預(yù)設(shè)溫度是否已被超越、同時(shí)指示產(chǎn)品接觸 所述溫度的時(shí)間，其指示方式要簡(jiǎn)單，容易由普通使用者作出評(píng)價(jià)。本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供用于監(jiān)控產(chǎn)品所接觸的溫度的器件和方 法，所述器件和方法要容易安全地應(yīng)用于任何種類的產(chǎn)品，包括食品或醫(yī) 療一醫(yī)藥產(chǎn)品。本發(fā)明的又一個(gè)目標(biāo)是提供用于監(jiān)控產(chǎn)品所接觸的溫度的器件和方 法，所述器件應(yīng)可由已知的在國(guó)際上可接受用于特定用途并且在市場(chǎng)上容 易買到的材料得到，比如是在食品部門或醫(yī)療一醫(yī)藥部門可接受的。根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)目的和上述及其他目標(biāo)在下文中將能看得更清楚， 這個(gè)目的和上述及其他目標(biāo)是通過(guò)用于監(jiān)控產(chǎn)品所接觸的溫度的器件來(lái)實(shí) 現(xiàn)的，其特征在于所述器件包括至少一個(gè)空間結(jié)構(gòu)化元件，構(gòu)成所述元件的材料指示一個(gè)預(yù)設(shè)的溫度水平和一個(gè)預(yù)設(shè)的接觸時(shí)間間隔，所述空間結(jié) 構(gòu)化元件適于施加于所監(jiān)控的產(chǎn)品上，所述指示材料可選自下述材料一 旦被置于其能夠吸收預(yù)設(shè)量的熱的條件下，其形態(tài)和/或結(jié)構(gòu)和/或化學(xué)和/ 或物理狀態(tài)就能發(fā)生可檢測(cè)到的變化。本發(fā)明還涉及監(jiān)控產(chǎn)品所接觸溫度的方法，其包括選擇指示材料的步 驟和形成至少一個(gè)空間結(jié)構(gòu)化元件的步驟，其中所述指示材料由在預(yù)設(shè)的 閾值溫度下能夠改變狀態(tài)的一種或多種物質(zhì)構(gòu)成，而所述空間結(jié)構(gòu)化元件 具有這樣的構(gòu)造當(dāng)?shù)扔诨虼笥陬A(yù)設(shè)的時(shí)間間隔的一段時(shí)間過(guò)后時(shí)，其總 體積適于確保發(fā)生可檢測(cè)到的狀態(tài)變化，而且該元件適于施加于所監(jiān)控的產(chǎn)品上。附圖簡(jiǎn)述借助于對(duì)本發(fā)明器件和方法的優(yōu)選但非排他性實(shí)施方式的描述，本發(fā)明的更多特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見(jiàn)，這些實(shí)施方式通過(guò)附圖中的非 限制性實(shí)施例加以闡述，其中

圖1是顯示本發(fā)明第一實(shí)施方式中的器件在吸熱期間可能具有的性質(zhì) 或作用的示意圖，在此期間制備該器件的材料熔化；圖2是顯示本發(fā)明第二實(shí)施方式中的器件在吸熱期間可能具有的性質(zhì) 或作用的示意圖，在此期間制備該器件的材料晶化；圖3是顯示本發(fā)明第三實(shí)施方式中的器件可能具有的性質(zhì)的示意圖， 其中器件吸收的熱量引起制備器件的材料發(fā)生相偏析，起初分散的物質(zhì)形 成聚集體；圖4是本發(fā)明器件的原子力顯微圖，具體地，其中圖4a顯示了所述器 件的起始形態(tài)，圖4b顯示了沿圖4a中直線1測(cè)定的形態(tài)輪廓，圖4c顯示 了所述器件發(fā)生作用后的形態(tài)，圖4d顯示了沿圖4c中直線2測(cè)定的形態(tài) 輪廓；圖5是圖1所示實(shí)施方式中的器件在15(TC的溫度下，其表面粗糙度 隨時(shí)間變化的圖示，具體表示為其形態(tài)輪廓隨時(shí)間的變化；圖6顯示了本發(fā)明圖1所示器件吸熱后的非直接結(jié)果的一個(gè)例子，其可通過(guò)白光照射進(jìn)行檢測(cè)，具體地，圖6a顯示了起始狀態(tài)下的器件，圖6b 顯示了吸熱后的器件；圖7顯示了用于制造圖2所示實(shí)施方式中所述器件的輪烷分子的化學(xué)式；圖8顯示了通過(guò)形成圖2所示實(shí)施方式中所述可檢測(cè)空間晶體來(lái)制造 的器件的示例。
具體實(shí)施方式
參考附圖，根據(jù)本發(fā)明的用于監(jiān)控產(chǎn)品所接觸溫度的器件包括至少一 個(gè)空間結(jié)構(gòu)化元件1，構(gòu)成所述元件的材料可指示預(yù)設(shè)的閾值溫度水平Tes 和預(yù)設(shè)的接觸時(shí)間間隔Tis。所述空間結(jié)構(gòu)化元件1以一定方式提供，使得 它適于施加在要監(jiān)控的產(chǎn)品上。所述指示材料可方便地選自能夠改變形態(tài) 和/或結(jié)構(gòu)和/或化學(xué)和/或物理狀態(tài)的材料。可將所述材料置于其能夠吸收預(yù)設(shè)的熱量的條件下來(lái)檢測(cè)所述狀態(tài)變 化，這種狀態(tài)的變化是由所述指示材料吸收在以下過(guò)程中產(chǎn)生的熱流而確 定的使所述指示材料達(dá)到預(yù)設(shè)閾值溫度Tes和/或?qū)⑺鲋甘静牧显诘扔?或高于預(yù)設(shè)閾值溫度Tes的溫度T下放置一段時(shí)間At，其中At大于預(yù)設(shè) 時(shí)間間隔Tis。因此，所述器件是基于指示材料由于熱刺激而產(chǎn)生的形態(tài)變化和/或其 化學(xué)和/或物理表面改變來(lái)工作的，所述指示材料可以是塊體形式或膜形式 (厚度優(yōu)選但不限于100微米一1微米)或薄膜形式(厚度優(yōu)選但不限于1 微米以下)。所述熱刺激是通過(guò)將產(chǎn)品置于一定溫度下達(dá)一定時(shí)間而產(chǎn)生 的，該溫度必須超過(guò)Tes，該時(shí)間長(zhǎng)于Tis，以使所述材料發(fā)生轉(zhuǎn)變。在一個(gè)優(yōu)選但非限制性實(shí)施方式中，所述器件由薄結(jié)構(gòu)化標(biāo)簽構(gòu)成， 該標(biāo)簽組成結(jié)構(gòu)化元件1且包含具有表面或界面2的基層4，所述表面或界 面2用于接觸周圍介質(zhì)。還可進(jìn)一步用保護(hù)涂層覆蓋表面2。所述器件可通 過(guò)任何模塑或自結(jié)構(gòu)化或其他已知的合適工藝實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化。如果將標(biāo)簽置 于高溫(即溫度高于或等于Tes)下足夠長(zhǎng)的時(shí)間At(即長(zhǎng)于或等于Tis)， 由指示材料制成的結(jié)構(gòu)化元件1就會(huì)改變外觀和/或尺寸。將器件置于比閾值溫度Tes高的溫度下會(huì)成比例地縮短Tis。同時(shí)就溫度和接觸上述溫度的時(shí)間對(duì)器件進(jìn)行校準(zhǔn)。 所述器件外觀的改變(以下稱"作用")可以是形態(tài)的、結(jié)構(gòu)的和/或 化學(xué)的或其他類型的，所述作用可以被檢測(cè)到以滿足本發(fā)明目的，且可以發(fā)生在幾個(gè)空間尺度上——宏觀尺度所述器件包含橫向空間尺寸即寬度d為5毫米一200 微米的結(jié)構(gòu)化元件l;這些結(jié)構(gòu)1的形態(tài)改變和結(jié)構(gòu)本身甚至可用裸眼直接 觀察到；——微米尺度所述器件包含橫向空間尺寸即寬度d為200微米一l ;^脊的^;tel 1,投些^^1 1的形末FKr亦知^始太為R能《嘗fth去田讀耳)H義或顯微鏡才能直接觀察到；——亞微米和納米尺度所述器件包含橫向空間尺寸即寬度d為1微 米一l納米的結(jié)構(gòu)1;這些結(jié)構(gòu)1的形態(tài)改變和結(jié)構(gòu)本身可借助專用讀取儀 或電子顯微鏡或掃描探針顯微鏡直接觀察到。作為其他情形或除此之外，形態(tài)改變可間接地根據(jù)物理現(xiàn)象觀察到，如光衍射效應(yīng)的改變或?qū)щ娦?、磁靈敏度或電靈敏度(electrical susceptivity)和/或熱容量和/或其他性質(zhì)的改變。為了描述的簡(jiǎn)潔，在不失一般性的情況下，下文中僅提及"膜"，但 所表述的意思對(duì)于任何厚度的材料同樣有效。所述膜由指示材料組成，所述指示材料包含一種或多種純物質(zhì)或混合 物質(zhì)。出于本發(fā)明的目的，這種物質(zhì)可以屬于無(wú)機(jī)類、有機(jī)類、聚合物類、 生物類、混合類或其他類。所述膜至少有一個(gè)具有結(jié)構(gòu)化構(gòu)造3的表面或界面2，用于與周圍介 質(zhì)接觸，所述膜可用任何模塑技術(shù)或其他合適的技術(shù)成形；其形態(tài)結(jié)構(gòu)(以 下也稱模型)也可以是用于制造或沉積膜的技術(shù)的自然結(jié)果。閾值溫度Tes是構(gòu)成膜的材料發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度。在特定情況下，Tes 可與構(gòu)成所述器件的材料在器件的工作環(huán)境條件下由固態(tài)變?yōu)榱鲬B(tài)的溫度 相吻合。作為非限制性例子，在一般情況下，Tes可與構(gòu)成所述器件的材料 的熔點(diǎn)相吻合，或者與聚合物體系中的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)相吻合。所述環(huán)境條件包括所述材料向流態(tài)的轉(zhuǎn)變還涉及外部試劑的介入(例 如存在用來(lái)降低聚合物Tg的溶劑)的情況。所述器件的結(jié)構(gòu)化構(gòu)造3形成高粗糙度的接觸表面2，其糙度來(lái)自多 個(gè)由相應(yīng)的空隙7彼此隔開(kāi)的突起5;在沿垂直于粗糙表面的平面所取橫向截面上，突起5和空隙7具有類似于敞口多邊形的輪廓，其具有相當(dāng)尖銳 的邊緣6。所述突起5由適合在接觸了等于或高于預(yù)設(shè)閾值溫度Tes的溫度 之后會(huì)發(fā)生形狀改變的指示材料形成，且其空間尺寸，即高h(yuǎn)和寬d，可選 擇成使得當(dāng)其接觸所述溫度的時(shí)間間隔At等于或長(zhǎng)于預(yù)設(shè)時(shí)間間隔Tis 時(shí)，它們會(huì)平坦化，直到它們?cè)诳障?中填滿材料。形狀改變之后，邊緣6 形成圓化區(qū)域8，其減小了接觸表面2的可檢測(cè)粗糙度，當(dāng)時(shí)間超過(guò)預(yù)設(shè)時(shí) 間間隔Tis時(shí)，達(dá)到圓化半徑r的最大值。的確，由于轉(zhuǎn)變成流態(tài)，模塑的 膜失去了其形狀，變圓了 (即變得沒(méi)那么粗糙了)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述膜改變了其結(jié)構(gòu)狀態(tài)，或者更一般地說(shuō)， 發(fā)生了化學(xué)的和/或物理的和/或形態(tài)的變化，其包括組成膜的各種材料的偏 析、反濕潤(rùn)(即物質(zhì)因溫度變化而由均勻膜轉(zhuǎn)變?yōu)?滴狀"，這被控為基 層糙度增加)、晶化及其他。作為非限制性例子，圖l、 2和3給出了所述器件的作用的三個(gè)可能的圖示或?qū)嵤┓绞?。在圖1中，吸收的熱量使調(diào)整部分或突起5熔化，其在表面張力作用 下變圓，直到它們消失。在圖2中，吸收的熱量導(dǎo)致構(gòu)成所述器件的指示材料發(fā)生晶化，所述 器件起初包含由一定體積11的材料組成的低糙度接觸表面10，該材料增 加、改變其形態(tài)，產(chǎn)生突起12和空隙或凹槽13，這導(dǎo)致表面粗糙度增加。在圖3中，吸收的熱量引起相偏析，結(jié)果使起初分散的物質(zhì)形成聚集體。在圖l所示第一實(shí)施方式中，所述過(guò)程所基于的物理原理是表面張力 作用于流體的效應(yīng)。當(dāng)組成所述結(jié)構(gòu)化元件1的材料的表面因熱刺激而變 為流體的時(shí)候，表面張力傾向于使表面的面積最小化。此過(guò)程的效果是使 接觸表面2上的調(diào)整部分或突起5圓化。在圖2所示第二實(shí)施方式中，所述過(guò)程所基于的物理原理是晶化。組 成結(jié)構(gòu)化元件1的材料或物質(zhì)吸收熱量后發(fā)生晶化，形成可作為表面粗糙 度檢測(cè)的空間結(jié)構(gòu)。在圖3所示第三實(shí)施方式中，由于吸收熱量后引起的狀態(tài)改變，其他 過(guò)程會(huì)發(fā)生，包括組成結(jié)構(gòu)化元件1的各種物質(zhì)發(fā)生相偏析和/或一種或多 種組分遷移到表面以及小顆粒在該作用過(guò)程中聚集成較大的顆粒；這也可以例如作為表面粗糙度增加或光學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變來(lái)檢測(cè)。所用的物質(zhì)可彼 此不同，并且能夠相互發(fā)生化學(xué)和/或物理作用，形成的物質(zhì)甚至可以不同 于起初的物質(zhì)。因此，所述器件因吸收熱量而發(fā)生狀態(tài)改變。S-TAG發(fā)生作用所需的 預(yù)設(shè)時(shí)間(Tis)取決于——制成結(jié)構(gòu)化元件l的材料，尤其是其熱容。 一般而言，熱容越高， 所述器件發(fā)生作用所需的時(shí)間越長(zhǎng)。——接觸溫度。當(dāng)所述器件的接觸溫度相對(duì)于Tes增加時(shí)，所述器件 發(fā)生作用所需的Tis縮短?！S著表面上調(diào)整部分或突起5的體積增加，所述器件發(fā)生作用所 需的Tis縮短?！?dāng)表面上調(diào)整部分或突起5的體積相同時(shí)，隨著突起5的糙度或 高度增加，Tis變短。一般而言，圓化的趨勢(shì)可根據(jù)以下唯象方程估算~ = -尺(r)r"r(/i)"其中h是所述結(jié)構(gòu)的高度，T是溫度，V是結(jié)構(gòu)化元件的體積，K取 決于組成所述器件的材料。參數(shù)a和e是指數(shù)因子，具體取決于所述體系。 a、 g和K的例子是ci-l， 3=1，K = 0.5。對(duì)所述器件發(fā)生作用的條件，必須通過(guò)明確以下內(nèi)容來(lái)針對(duì)每種類型 的器件迸行校準(zhǔn)材料、以及所述結(jié)構(gòu)化構(gòu)造3中調(diào)整部分或突起5的尺 寸和形狀。僅作為非限制性例子，下面參考圖l所示實(shí)施方式講述器件的情況。 聚合物(聚碳酸酯)用作感測(cè)溫度的指示材料，它具體具有以下參數(shù)微結(jié)構(gòu)化膜的凹槽或空隙7的間距(pitch)為1.5微米，寬500納米， 深(h) 220納米。具體的操作規(guī)范參數(shù)如下Tes=150°C Tis = 2分鐘所發(fā)生的形態(tài)改變是凹槽7圓化，這可通過(guò)原子力顯微鏡直接觀察 到，并通過(guò)衍射效應(yīng)的消失間接觀察到。圖4顯示了結(jié)構(gòu)化元件1的原子力顯微圖像，其顯示了在接觸170°C 達(dá)2小時(shí)后由起初設(shè)置在表面2上的凹槽或空隙7的消失所表現(xiàn)出來(lái)的具 體作用，。圖4a顯示了所述器件的初始形態(tài)。圖4b顯示了圖4a所示形態(tài)沿圖4a 中直線l測(cè)定的輪廓。圖4c顯示了所述器件發(fā)生作用，即吸熱之后的形態(tài)。 圖4d顯示了圖4c所示形態(tài)在所述器件發(fā)生作用后沿圖4c中直線2測(cè)定的 輪廓。圖5的曲線是糙度，即吸熱過(guò)程中的表面粗糙度與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。 此性質(zhì)表示為所述結(jié)構(gòu)(突起5)的形態(tài)輪廓(高h(yuǎn))的延伸與其處于Tes (即15(TC)下的時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。圖6是圖1所示器件發(fā)生作用后可檢測(cè)的間接結(jié)果的一個(gè)例子。具體 地，圖6a顯示了發(fā)生作用之前的所述器件。在此情況下，結(jié)構(gòu)化元件l在 白光的適當(dāng)照射下表現(xiàn)出衍射效應(yīng)。圖6b是所述器件在發(fā)生作用之后，即 因吸熱而發(fā)生形狀改變之后的視圖。由于形態(tài)發(fā)生改變，如圖1所示，所 述器件不再表現(xiàn)出白光衍射效應(yīng)。在基于因熔化而圓化的實(shí)施方式中，所述器件可采用所有在Tes熔化 的材料，只要它們與應(yīng)用領(lǐng)域相適應(yīng)。根據(jù)第一實(shí)施方式，因發(fā)生作用而 減小表面粗糙度的體系的例子有表面經(jīng)過(guò)模塑的冷凍化學(xué)溶液、聚合物、 分子材料、低熔點(diǎn)鹽、金屬及其他。僅作為非限制性例子，下面參考圖2所示第二實(shí)施方式描述一個(gè)器件的情況，也就是，其中由于發(fā)生了作用(吸熱并改變形狀)，表面粗糙度增加。在此第二實(shí)施方式中，將名為輪垸的分子的厚20納米的薄膜用作對(duì) 溫度敏感的指示材料，輪烷的分子式示于圖7。 具體的操作規(guī)范參數(shù)如下Tes=50°C Tis = 20分鐘發(fā)生所述作用之后，所述材料的膜形態(tài)因發(fā)生晶化而完全改變。可通 過(guò)形態(tài)的變化、表面粗糙度的增加、相關(guān)長(zhǎng)度的改變及其他變化監(jiān)控該作 用。形成晶體的例子示于圖8。在此情況下，在10xl0微米2的面積上測(cè)定 的體系糙度為1納米一10納米。因發(fā)生所述作用而增加表面粗糙度的其他體系的例子是由屬于液晶類 和其他在預(yù)設(shè)的已知溫度下能夠晶化的材料/物質(zhì)構(gòu)成的體系。如圖3所示情況那樣，在一定時(shí)間和溫度條件下發(fā)生所述作用后產(chǎn)生 相偏析的材料的例子是[1^1112012(020:(:12119)16]簇，它一度分散在聚碳酸酯基 質(zhì)中，但由于溫度變化就會(huì)自發(fā)偏析而形成聚集體。在此情況下，相關(guān)參數(shù)的例子如下Tes= 150°C Tis = 3分鐘在本發(fā)明的優(yōu)選但非限制性實(shí)施方式中，所述指示材料的形態(tài)的和/或 結(jié)構(gòu)的和/或化學(xué)的和/或物理的狀態(tài)的變化還可包括顏色變化或物理性質(zhì) 的變化，比如導(dǎo)電性。這種變化例如可作為形狀變化之外的效應(yīng)來(lái)獲得， 其方法是在所述指示材料中加入另外的物質(zhì)，當(dāng)產(chǎn)品處于有害的溫度下時(shí)， 所述另外的物質(zhì)能夠進(jìn)一步提供指示信息。在此實(shí)施方式中，可對(duì)所述器件進(jìn)行校準(zhǔn)，目的是當(dāng)達(dá)到第一閾值溫 度Tesl和經(jīng)過(guò)第一接觸時(shí)間Tisl之后，其形狀發(fā)生改變；當(dāng)達(dá)到第二閾值 溫度Tes2和經(jīng)過(guò)第二接觸時(shí)間Tis2之后，其發(fā)生第二種變化，即顏色或另 一種物理性質(zhì)發(fā)生變化。顯然，可適當(dāng)預(yù)設(shè)Tesl、 Tes2、 Tisl和Tis2，使 它們相互間具有任何數(shù)值，即一個(gè)或另一個(gè)可以大于另一個(gè)數(shù)值。當(dāng)熔化后彼此接觸時(shí)會(huì)變色(光學(xué)和光譜性質(zhì))和改變物理性質(zhì)(例如導(dǎo)電性)的多種材料/物質(zhì)的例子有——石蕊在聚合物基質(zhì)中分散體。當(dāng)酸度改變時(shí)，此分散體會(huì)產(chǎn)生顏 色變化。此分散體具有遇酸性物質(zhì)變成紅色的性質(zhì)。第二種材料/物質(zhì)可由含酸基團(tuán)的聚合物(例如丙烯酸類聚合物和/或共聚物)組成。當(dāng)兩種材料因熔化和發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而接觸時(shí)，該體系從無(wú)色變?yōu)榧t色， 其強(qiáng)度和在指示材料中的延伸程度總體上取決于所加材料/物質(zhì)的量。對(duì)于 選定的時(shí)間和溫度，可進(jìn)行不同的校準(zhǔn)?！峄鶊F(tuán)的聚合物因熔化而與聚苯胺接觸后，由于摻雜效應(yīng)，其 導(dǎo)電性發(fā)生變化。在此情況中，也可以進(jìn)行多種校準(zhǔn)。從上面對(duì)所述器件的一些優(yōu)選但非限制性實(shí)施方式的描述中可以推 斷，本發(fā)明還提供一種監(jiān)控產(chǎn)品所接觸溫度的方法，其包括以下步驟選擇由一種或多種物質(zhì)組成的指示材料，所述物質(zhì)在預(yù)設(shè)閾值溫度Tes下能 改變狀態(tài)；形成至少一個(gè)具有構(gòu)造3的空間結(jié)構(gòu)化元件1，所述構(gòu)造的總體 積能夠確保等于或長(zhǎng)于預(yù)設(shè)時(shí)間間隔Tis的一個(gè)時(shí)間段過(guò)去之后檢測(cè)到狀態(tài)變化，該器件還適合固定在待監(jiān)控的產(chǎn)品上。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，上述用于監(jiān)控產(chǎn)品所接觸溫度的器件和方法能夠非常 精確地指示產(chǎn)品的保存條件，其成本非常低廉，不會(huì)影響產(chǎn)品本身的總體成本。本發(fā)明的器件所提供的指示信息，即便是非專業(yè)使用者，也能在銷售 地點(diǎn)很容易地直接檢測(cè)到，可避免他們買到有可能被動(dòng)過(guò)或剩余保質(zhì)期較 短的產(chǎn)品。此外，就這一點(diǎn)而言，所述器件可包含結(jié)構(gòu)化元件1上的一個(gè)由對(duì)預(yù) 設(shè)閾值溫度不敏感的物質(zhì)制成的區(qū)域，，其初始構(gòu)造與該元件的其余部分 相同，但即使在溫度超過(guò)預(yù)設(shè)閾值溫度后，它仍保持不變，從而為使用者 提供了參照/比較元件，當(dāng)產(chǎn)品處于有害溫度下時(shí)，此元件能夠證明所述器 件的糙度發(fā)生了改變。所述發(fā)明適用于最廣泛的工業(yè)和非工業(yè)領(lǐng)域，如農(nóng)副產(chǎn)品(agroalimentary)、醫(yī)療和醫(yī)藥、紡織品、鞋類和電子領(lǐng)域，總而言之用于消費(fèi)品或其他產(chǎn)品。所構(gòu)想的體系可以作出多種改進(jìn)和變化，它們?nèi)堪谒綑?quán)利要 求所表達(dá)的本發(fā)明的思想的范圍內(nèi)。本申請(qǐng)要求其優(yōu)先權(quán)的意大利專利申請(qǐng)MI2005A001778的內(nèi)容通過(guò)引用結(jié)合在此。如果在任何權(quán)利要求中在提到技術(shù)特征時(shí)加有附圖標(biāo)記，這些附圖標(biāo) 記僅僅是為了增強(qiáng)權(quán)利要求的可理解性而引入的，因此，這樣的附圖標(biāo)記 對(duì)通過(guò)舉例的方式利用這種附圖標(biāo)記標(biāo)示的每個(gè)要素的詮釋沒(méi)有任何限制 作用。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)控產(chǎn)品所接觸的溫度的器件，其特征在于，它包括至少一個(gè)空間結(jié)構(gòu)化元件(1)，該元件由指示預(yù)設(shè)溫度水平(Tes)和預(yù)設(shè)接觸時(shí)間間隔(Tis)的材料構(gòu)成，所述空間結(jié)構(gòu)化元件(1)適于被應(yīng)用于要監(jiān)控的產(chǎn)品，所述指示材料(1)可選自一旦其處于可吸收預(yù)設(shè)熱量的狀態(tài)即可檢測(cè)地改變它們的形態(tài)和/或結(jié)構(gòu)和/或化學(xué)和/或物理狀態(tài)的材料。
2. 如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，適于確定指示材料的狀態(tài)變 化的預(yù)設(shè)熱量通過(guò)由所述指示材料對(duì)于籍達(dá)到預(yù)設(shè)閾值溫度(Tes)和/或籍所述 指示材料(l)接觸等于或者高于預(yù)設(shè)閾值溫度(Tes)的溫度達(dá)長(zhǎng)于預(yù)設(shè)時(shí)間間隔 (Tis)的一個(gè)時(shí)間間隔(At)而生成的熱流的吸收來(lái)確定。
3. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的器件，其特征在于，所述結(jié)構(gòu) 化元件(l)包括由所述指示材料制成的膜，其至少一個(gè)表面或者界面(2)可用于 接觸具有結(jié)構(gòu)化構(gòu)造(3)的周圍介質(zhì)，所述表面(2)可任選地用保護(hù)涂層遮蓋。
4. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的器件,其特征在于，所述結(jié)構(gòu)化 元件(1)包括一薄的標(biāo)簽，其可被應(yīng)用于要監(jiān)控的產(chǎn)品、且由所述指示材料制成。
5. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的器件，其特征在于，所述結(jié)構(gòu) 化元件(1)由一個(gè)包括基層(4)的標(biāo)簽組成，基層(4)有一個(gè)表面(2)可用于接觸由 所述指示材料制成的結(jié)構(gòu)化構(gòu)造(3)被應(yīng)用于其上的周圍介質(zhì)。
6. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的器件，其特征在于，所述指示 材料(l)包括一種或多種純凈物或混合物狀態(tài)的物質(zhì)，所述物質(zhì)可選自無(wú)機(jī)物、 有機(jī)物、聚合物、生物物質(zhì)或者混合物質(zhì)。
7. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的器件，其特征在于，所述結(jié)構(gòu) 化元件(l)是模制元件。
8. 如權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)所述的器件，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)化構(gòu) 造(3)形成一個(gè)由多個(gè)突起產(chǎn)生的高粗糙度接觸表面(2)，其中的突起是由相應(yīng) 的空隙(7)相互隔開(kāi)的，所述突起(5)和所述空隙(7)沿垂直于所述粗糙表面所取 的橫截面的輪廓在形狀上像一個(gè)有相當(dāng)尖銳邊緣(6)的敞口多邊形。
9. 如權(quán)利要求8所述的器件,其特征在于，所述突起(5)由適于在接觸等于或高于所述閾值溫度(Tes)時(shí)進(jìn)行形變和/或狀態(tài)改變的指示材料制成。
10. 如權(quán)利要求9所述的器件，其特征在于，所述突起(5)的空間高度(h) 和寬度(d)尺寸選擇成當(dāng)過(guò)去的接觸時(shí)間間隔(At)等于或大于預(yù)設(shè)接觸時(shí)間間 隔(Tis)時(shí)使所述突起平坦化直到其在空隙(7)中填滿材料，所述邊緣(6)形成圓化 部分(8)，其減少所述接觸表面的可檢測(cè)粗糙度。
11. 如權(quán)利要求IO所述的器件，其特征在于，所述圓化部分(8)在所述預(yù) 設(shè)時(shí)間間隔(Tis)過(guò)去時(shí)達(dá)到它們的最大圓化半徑(r)。
12. 如權(quán)利要求8至11中任一項(xiàng)所述的器件，其特征在于，所述指示材 料的熔化溫度或玻璃化溫度選為等于預(yù)設(shè)閾值溫度(Tes)。
13. 如權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)所述的器件，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)化構(gòu) 造(3)形成一個(gè)低粗糙度接觸表面(10)，其由一定體積(ll)的所述指示材料構(gòu)成。
14. 如權(quán)利要求13所述的器件，其特征在于，形成所述體積(ll)的所述指 示材料適于在接觸等于或者大于所述閾值溫度(Tes)超過(guò)預(yù)設(shè)時(shí)間間隔(Tis)的 時(shí)間間隔(A t)之時(shí)發(fā)生形變和/或狀態(tài)改變。
15. 如權(quán)利要求14所述的器件，其特征在于，所述指示材料選擇成適合 由于所述形變而形成突起(5)、分離突起(5)、或者由凹槽(7)分離的突起(5)，所 述接觸表面(2)在所述預(yù)設(shè)時(shí)間間隔(At)過(guò)去時(shí)其可檢測(cè)粗糙度相對(duì)于起始狀 態(tài)有所提高。
16. 如權(quán)利要求13至15中的任一項(xiàng)所述的器件，其特征在于，所述指示 材料選擇成使所述形變由其晶化作用確定。
17. 如權(quán)利要求13至15中的任一項(xiàng)所述的器件，其特征在于，所述指示 材料選擇成使所述形變由反濕潤(rùn)作用確定。
18. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)或幾項(xiàng)所述的器件，其特征在于，所述結(jié)構(gòu) 化構(gòu)造(3)包括至少兩個(gè)相互分離的結(jié)構(gòu)化元件(1)，它們是由不同的由于所述 形變而能夠發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)組成的。
19. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)或幾項(xiàng)所述的器件，其特征在于，所述指示 材料包括多種物質(zhì)，所述突起(5)由互不相同的、能夠在所述材料的所述形變之 后相互發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和/或相互發(fā)生物理作用并能夠生成不同于所述起始物質(zhì) 的物質(zhì)的物質(zhì)構(gòu)成。
20. 如權(quán)利要求17、 18或19所述的器件，其特征在于，所述物質(zhì)之一對(duì) 超過(guò)所述預(yù)設(shè)閾值溫度的溫升不敏感、且構(gòu)成一個(gè)參考結(jié)構(gòu)化元件(l)，它適于 提供一個(gè)針對(duì)其它結(jié)構(gòu)化元件(l)的狀態(tài)變化的比較元件。
21. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的器件，其特征在于，所述狀態(tài)變化是 所述材料的化學(xué)性質(zhì)和/或物理性質(zhì)的改變，比如顏色和/或?qū)嵝院?或?qū)щ娦?和/或衍射指數(shù)和/或磁靈敏度和/或電靈敏度和/或熱容量和/或光學(xué)性質(zhì)和/或光 譜性質(zhì)。
22. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)或幾項(xiàng)所述的器件，其特征在于，所述適于 確定所述指示材料的任何狀態(tài)變化的預(yù)設(shè)時(shí)間(Tis)由一個(gè)或多個(gè)所述空間結(jié) 構(gòu)化元件(l)的體積確定。
23. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)或幾項(xiàng)所述的器件，其特征在于，所述適于 確定所述指示材料的任何狀態(tài)變化的預(yù)設(shè)時(shí)間(Tis)由一個(gè)或多個(gè)所述空間結(jié) 構(gòu)化元件(l)的體積和形狀確定。
24. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)或幾項(xiàng)所述的器件，其特征在于，所述適于 確定所述指示材料的狀態(tài)變化的預(yù)設(shè)時(shí)間由一個(gè)或多個(gè)所述空間結(jié)構(gòu)化元件 (l)的表面粗糙度的量確定。
25. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)或幾項(xiàng)所述的器件，其特征在于，所述適于 確定所述指示材料的狀態(tài)變化的預(yù)設(shè)時(shí)間由一個(gè)或多個(gè)所述空間結(jié)構(gòu)化元件 (l)的體積、形狀和表面粗糙度以任意比例組合來(lái)確定。
26. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)或幾項(xiàng)所述的器件，其特征在于，所述適于 確定所述指示材料的狀態(tài)變化的預(yù)設(shè)時(shí)間(Tis)由所述空間結(jié)構(gòu)化元件(l)的體 積和熱容量確定。
27. 如權(quán)利要求20至26中任一項(xiàng)或幾項(xiàng)所述的器件，其特征在于，所述 材料的化學(xué)性質(zhì)和/或物理性質(zhì)的所述改變，比如顏色和/或?qū)嵝院?或?qū)щ娦?和/或衍射指數(shù)和/或磁靈敏度和/或電靈敏度和/或熱容量是形狀改變之余的額 外改變，較佳地通過(guò)接觸閾值溫度(Tes)和/或通過(guò)預(yù)置為不同于確定形狀改變 的時(shí)間間隔的接觸時(shí)間間隔(T i s)的流逝來(lái)確定。
28. —種借助如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的器件來(lái)監(jiān)控產(chǎn)品所接觸的 溫度的方法，所述方法包括以下步驟選擇由一種或多種能夠在預(yù)設(shè)閾值溫度(Tes)下改變狀態(tài)的物質(zhì)組成的指 示材料；形成至少一個(gè)空間結(jié)構(gòu)化元件(l)，所形成的元件的構(gòu)造的總體積適于確 保在大于或等于一個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間間隔(Tis)的時(shí)間間隔(At)過(guò)去時(shí)有可檢測(cè)的狀 態(tài)變化，所述元件適于被應(yīng)用于要監(jiān)控的產(chǎn)品。
全文摘要
一種用于監(jiān)控產(chǎn)品所接觸溫度的器件，其包含至少一個(gè)空間結(jié)構(gòu)化元件(1)，該元件由指示預(yù)設(shè)水平的溫度(Tes)和預(yù)設(shè)接觸時(shí)間間隔(Tis)的材料組成，所述空間結(jié)構(gòu)化元件(1)適合施加在待監(jiān)控的產(chǎn)品上。指示材料可選自以下材料一旦該材料被置于它能夠吸收預(yù)設(shè)熱量的條件下，其形態(tài)和/或結(jié)構(gòu)和/或化學(xué)和/或物理狀態(tài)就能發(fā)生可檢測(cè)到的變化。用于監(jiān)控產(chǎn)品所接觸溫度的方法包括選擇指示材料和形成空間結(jié)構(gòu)化元件(1)，其中所述指示材料由一種或多種物質(zhì)組成，所述物質(zhì)在預(yù)熱閾值溫度(Tes)下能改變狀態(tài)；所述空間結(jié)構(gòu)化元件的總體積能確保當(dāng)?shù)扔诨蜷L(zhǎng)于預(yù)設(shè)時(shí)間間隔(Tis)的時(shí)間間隔(Δt)過(guò)去之后，它能發(fā)生可檢測(cè)到的狀態(tài)變化；元件(1)適合應(yīng)用于待監(jiān)控的產(chǎn)品上。
文檔編號(hào)G01K11/06GK101268347SQ200680034751
公開(kāi)日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2006年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月23日
發(fā)明者F·C·馬塔科塔, F·比斯卡里尼, M·卡瓦利尼, P·A·斯托利亞 申請(qǐng)人:斯可利巴納米技術(shù)有限公司