[发明专利]一种利用纳米颗粒判定温度高低的方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及温度测量领域，具体是一种利用纳米颗粒判定温度高低的方法。

二、背景技术

温度测量是一个广泛应用于各种行业的技术，长期以来都是温度计、接触式热电偶和光谱比色作为主要的测试手段，其原理是依靠热胀冷缩、热电材料发热电阻变化或者物体受热发射光子的光谱的比较，来实现温度大小的比较。一般水银温度计是以汞的热胀冷缩体积变化来测量和标定温度的，虽然直观，但汞本身是有毒的，测温最高范围有限；而热电偶是靠合金热电效应变化测定温度的，测定材料有特殊要求，要电信号转换显示；光谱比色靠热源发出的光谱来测定温度，必须是热源温度足够高发射出光谱才可以，而且其测定精度和适用范围是有限制的。

三、发明内容

为克服现有技术中存在的温度测定方法适用范围有限制的不足，本发明提出了一种利用纳米颗粒判定温度高低的方法。

为实现上述目的，本发明利用纳米颗粒在液体中布朗运动的增强的特性，通过比较两个不同温度液体条件下纳米颗粒在液体中透光率的变化判定温度的不同；或者通过比较加热前测定的纳米颗粒的透光率与加热后的纳米颗粒的液体透光率，得到对应的温度范围和数值。

本发明选用憎水性二氧化钛纳米颗粒，或者四氧化三钴纳米颗粒，或者其他种类不溶性纳米颗粒，并将所选纳米颗粒加入水或者乙醇中，根据纳米颗粒受热后在液体中的运动状态判定温度的高低。

本发明优选的方案有两种：

第一种方案是根据纳米颗粒在液体中的运动状态判定温度的高低，其具体过程是：

步骤一：首先在两个标有刻度的柱状透明容器中装入同等量的水或者乙醇；再在这两个容器中分别加入同等量的不透光的、或对光线有散射作用的、或对光线有折射作用的纳米四氧化三钴、纳米二氧化钛、钛酸钡颗粒纳米颗粒，所加入的颗粒为形貌均匀，且粒径应小于100nm。加入的纳米颗粒质量以分光光度计能够检出或目视能够分辨为佳。将容器一端用导热材料封口。

步骤二：将两个容器导热材料封口一端朝下，静置48小时或者用离心机离心沉降，让纳米颗粒沉淀于容器瓶口端，然后分别放置于不同温度的热源上；在放置相同的时间段后，用分光光度计测量两个容器同一高度处水平方向的透光率，并比较透光率大小：所测热源温度高的，由于纳米颗粒上升运动较强，使液体透明度降低，故透光率较差；反之，所测热源的温度较低的，由于纳米颗粒上升运动要相对弱一些，使液体透明度增加，故透光率较好。通过这一方式就可以比较出两者物体温度的不同。而判定透光率大小可以依靠人眼粗略判断，或者借助于分光光度计来测定。

第二种方案的具体过程是先测定温度数据，然后直接测定温度：

步骤一，在一个标有刻度的柱状透明容器中，装入透明液体；加入粒径小于100nm纳米颗粒；将容器一端用导热材料封口。

步骤二，将容器导热材料封口一端朝下，使纳米颗粒沉淀于容器中液体底端，此时的温度设定为初始温度，然后先后依次放置于不同温度的已知温度热源上，每个温度源上放置的相同时间，然后测定在容器相同高度的刻度处的透光率，即可得到在该温度条件下透光率的关联数值；每个温度源测定完后，应当使容器中液体温度降回至初始温度，并使纳米颗粒沉淀于容器瓶口端。通过测定容器中纳米颗粒在相同时间内、不同温度情况下在相同刻度处的透光率，得到一组不同温度热源与透光率数据的关联值，形成了不同温度时纳米颗粒的透光率值，利用所测得的透光率值，即可确定热源的未知温度。

步骤三，先让容器中液体温度降回到初始温度，然后让纳米颗粒沉淀于容器瓶口端。将容器放在热源上，测定容器中纳米颗粒在相同时间内、不同温度情况下在相同刻度处的透光率，并与已经测定好的透光率数据库数值比较，查出其对应的温度数值，实现测定温度的目的。在进行确定热源的未知温度时，其测定条件应与取得透光率数值的测定条件相同。

由于纳米颗粒受液体分子运动产生的布朗运动影响剧烈，温度不同，布朗运动强度也会不同，温度高的热源对液体加热快，在相同时间内，液体温度升得高，液体分子布朗运动强度也强，纳米颗粒在液体中随着布朗运动在容器中上升速度会很快。这样在同一刻度位置，纳米颗粒会更密集分布，就会较大的降低这一位置的水平方向透光率，分光光度计会测得较低的透光率数值；反之，热源温度低，分光光度计会测得较高的透光率数值，并通过比较加热前测定的纳米颗粒的透光率与加热后的纳米颗粒的液体透光率，得到对应的温度范围和数值。