CN110730902B - 指示预定类型的辐射的强度 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种检测装置(1)，用于指示入射到该检测装置上的电磁辐射中存在的预定类型的辐射的强度，其中，该检测装置包括：用于过滤该入射电磁辐射的滤波器元件(2)，其中滤波器元件配置用于将波长大于590nm的电磁辐射从该入射电磁辐射中滤除；会聚元件(3)，配置用于增大该入射电磁辐射中存在的该预定类型的辐射的光子密度；和材料传感器元件(4)，设置用于接收已通过该滤波器元件和该会聚元件的该入射电磁辐射，以通过该材料传感器元件的颜色变化来指示该入射电磁辐射中存在的预定类型的辐射的强度，其中该材料由以下化学式(I)表示：(M′)8(M″M″′)6O24(X,S)2:M″″ (I)。
Description
技术领域
本申请涉及用于指示入射电磁辐射中存在的预定类型的辐射的强度的检测装置和方法，以及该检测装置的用途。
背景技术
无论是由阳光所致，还是用紫外线装置进行美黑所致，紫外线(UV)照射程度升高都具有使皮肤癌、其它皮肤病以及皮肤老化机率增大的负面效应。因此，知道何时寻求遮挡紫外线辐射，或何时涂抹或再涂抹防晒乳液具有重要性。
可使用UV曝光时颜色发生改变的UV响应光致变色有机分子。目前，有诸如UV指示器手镯和卡片之类的装置，其可用于指示太阳光紫外线辐射的程度。这些装置基于有机分子，诸如螺噁嗪、螺吡喃、俘精酸酐、俘精酰亚胺、双咪唑和紫精衍生物。通常，当移除UV曝光时这些材料褪色，从而使它们成为可重复使用的指示剂，但其中有一些仅供单次使用。然而，许多可重复使用的光致变色分子所具寿命短，并且在UV曝光时间太长或强度太大之后会失去其功能。然而，螺噁嗪可持续两到三年。螺噁嗪的缺点是价格高昂。价格高且寿命短使这些材料在光致变色UV指示器装置中的可用性降低。紫方钠石通过暴露于紫外线辐射下也能改变颜色。然而，当如此使用时，其颜色强度可能相当弱，因为阳光辐射中仅含有约3％的紫外线A(UVA)及约0.1％的紫外线B(UVB)。
因此，发明人意识到需要一种可重复使用并且可长期可靠使用的低成本辐射指示装置。
目的
目的在于提供一种新检测装置及其用途。再者，目的在于提供一种用于确定预定类型的辐射的强度的方法。
发明内容
根据本申请的检测装置其特征在于权利要求1所述的内容。
根据本申请的方法其特征在于权利要求16所述的内容。
根据本申请的用途其特征在于权利要求18所述的内容。
附图说明
附图用于提供对检测装置和方法的进一步理解，并且构成本说明书的一部分。这些附图示出了具体实施方式，并且连同其描述有助于解释以上的原理。
在附图中：
图1示意性示出了检测装置的一种具体实施方式；
图2公开了实施例5的试验结果；
图3公开了实施例6的试验结果；以及
图4公开了实施例7的试验结果。
具体实施方式
本申请涉及一种检测装置，用于指示入射到该检测装置上的电磁辐射中存在的预定类型的辐射的强度，其中，该检测装置包括：
用于过滤该入射电磁辐射的滤波器元件，其中滤波器元件配置用于将波长大于590nm的电磁辐射从该入射电磁辐射中滤除；
会聚元件，其配置用于增大该入射电磁辐射中存在的预定类型的辐射的光子密度；和
材料传感器元件，设置用于接收已通过该滤波器元件和该会聚元件的该入射电磁辐射，以通过该材料传感器元件的颜色变化来指示该入射电磁辐射中存在的预定类型的辐射的强度，其中该材料通过以下化学式(I)来表示
(M')8(M″M″′)6O24(X,S)2:M″″ 化学式(I)
其中，M'表示选自IUPAC元素周期表第1族的碱金属的单原子阳离子，或这类阳离子的任何组合；
M″表示选自IUPAC元素周期表的第13族的元素或选自IUPAC元素周期表的第3～12族中任一族的过渡元素的三价单原子阳离子，或这类阳离子的任何组合；
M″′表示选自IUPAC元素周期表第14族的元素的单原子阳离子，或这类阳离子的任何组合；
X表示选自IUPAC元素周期表第16族或选自IUPAC元素周期表第17族的元素的阴离子，或这类阴离子的任何组合；以及
M″″表示选自IUPAC元素周期表稀土金属或选自IUPAC元素周期表过渡金属的元素的掺杂阳离子，或这类阳离子的任何组合，或其中M″″不存在。
本申请进一步涉及一种方法，用于指示入射电磁辐射中存在的预定类型的辐射的强度，其中该方法包括：
i)将波长大于590nm的电磁辐射从该入射电磁辐射中滤除；
ii)会聚该入射电磁辐射，以增大该入射电磁辐射中存在的预定类型的辐射的光子密度；
iii)使材料传感器元件暴露于在步骤i)和步骤ii)中已经被过滤和会聚的入射电磁辐射，其中该材料通过如本申请中定义的化学式(I)来表示；
iv)确定该材料传感器元件的颜色变化；和
v)将该材料传感器元件的颜色与参比作比较，该参比指示预定类型的辐射的强度与该材料传感器元件的颜色的相关性。
本申请进一步涉及如本申请中定义的检测装置的用途，用于指示电磁辐射中存在的预定类型的辐射的强度。在一种具体实施方式中，检测装置用于监测例如紫外线辐射敏感材料的质量和/或寿命。在一种具体实施方式中，检测装置用于在光疗期间监测例如紫外线辐射的强度。
在一种具体实施方式中，指示电磁辐射中存在的预定类型的辐射的强度包括或是指测量和/或确定电磁辐射中存在的预定类型的辐射的强度。在一种具体实施方式中，指示、测量和/或确定电磁辐射中存在的预定类型的辐射的事先未知的强度。
在一种具体实施方式中，电磁辐射中存在的预定类型的辐射的强度指电磁辐射中存在的预定类型的辐射的剂量和/或数量。
在一种具体实施方式中，预定类型的辐射是波长为大于0nm至590nm，或大于0nm至560nm，或大于0nm至500nm，或大于0nm至400nm，或大于0nm至300nm，或0.000001nm至590nm，或0.000001nm至560nm，或0.000001nm至500nm，或10nm至590nm，或10nm至560nm，或10nm至500nm，或0.000001nm至400nm，或0.000001nm至300nm，或0.000001nm至10nm，或10nm至400nm，或10nm至300nm，或0.01nm至10nm的辐射。在一种具体实施方式中，预定类型的辐射是紫外辐射和/或X辐射。在一种具体实施方式中，预定类型的辐射是紫外线辐射。在一种具体实施方式中，预定类型的辐射是X辐射。在一种具体实施方式中，预定类型的辐射是伽玛辐射。
在本说明书中，除非另有叙述，否则应将与电磁辐射有关的表述“入射”理解为从检测装置的周围入射到检测装置上的电磁辐射。电磁辐射可以是例如照射进来(incoming)的太阳辐射。
在一种具体实施方式中，步骤i)和步骤ii)以任何顺序一个在另一个之后进行，或步骤i)和步骤ii)同时进行。在一种具体实施方式中，在进行步骤iii)之前，步骤i)和步骤ii)以任何顺序一个在另一个之后进行，或同时进行。在一种具体实施方式中，步骤i)在步骤ii)之前进行。在一种具体实施方式中，步骤ii)在步骤i)之前进行。在一种具体实施方式中，步骤i)和步骤ii)同时进行。
在一种具体实施方式中，步骤iv)包括目视确定材料颜色的变化。
该参比可以是例如卡片或类似物，其指示预定类型的辐射的强度与材料传感器元件的颜色强度之间的相关性。
在一种具体实施方式中，材料传感器元件的颜色强度用于指示UV指数的值。在一种具体实施方式中，材料传感器元件的颜色强度与紫外线辐射的强度之间的相关性基于以下公式1来计算：
y＝A1*e(x/t1)+y0公式1
其中，各参数具有以下含义：
y＝颜色强度[黑色百分比]
A1＝颜色幅度
x＝阳光的UV指数值，或UVA、UVB和/或UVC的UV灯功率[％]
t1＝颜色的增长常数
y0＝颜色的初始偏移量。
在一种具体实施方式中，当从入射到检测装置上的电磁辐射的方向观视时，滤波器元件和会聚元件一个在另一个之后设置，使得入射电磁辐射先通过滤波器元件，然后再通过会聚元件。在一种具体实施方式中，当从入射到检测装置上的电磁辐射的方向观视时，滤波器元件和会聚元件一个在另一个之后排列，使得入射电磁辐射先通过会聚元件，然后再通过滤波器元件。
在一种具体实施方式中，滤波器元件和会聚元件是同一个元件。在一种具体实施方式中，滤波器元件和会聚元件是一个单一元件。在一种具体实施方式中，滤波器元件和会聚元件是同一个元件，配置用于将波长大于590nm的电磁辐射从该入射电磁辐射中滤除，并且增大该入射电磁辐射中存在的预定类型的辐射的光子密度。当滤波器元件和会聚元件是同一个元件时，入射电磁辐射将同时经受步骤i)和步骤ii)。
在一种具体实施方式中，滤波器元件由玻璃、塑料、玻璃陶瓷，或它们的组合所制成。在一种具体实施方式中，滤波器元件包括液体、气体，或它们的组合。在一种具体实施方式中，滤波器元件是电气元件和/或半透明元件。
在一种具体实施方式中，滤波器元件配置用于将波长大于400nm，或大于300nm的电磁辐射从该入射电磁辐射中滤除。
在一种具体实施方式中，该滤波器元件(2)配置用于使波长为大于0nm至590nm，或大于0nm至560nm，或大于0nm至500nm，或大于0nm至400nm，或大于0nm至300nm，或0.000001nm至590nm，或0.000001nm至560nm，或0.000001nm至500nm，或0.01nm至590nm，或0.01nm至560nm，或0.01nm至500nm，或0.01nm至400nm，或0.01nm至300nm，或10nm至590nm，或10nm至560nm，或10nm至500nm，或0.000001nm至400nm，或0.000001nm至300nm，或0.000001nm至10nm，或10nm至400nm，或10nm至300nm，或0.01nm至10nm的入射电磁辐射通过。
在检测装置中使用滤波器元件具有额外的效用，能够减少将抵达材料传感器元件的可见光和/或近红外线辐射的数量，借此暴露于入射电磁辐射中存在的预定类型的辐射(诸如紫外线辐射)下的材料的颜色变化的强度可增加。本案发明人令人惊讶地发现，当过滤入射电磁辐射以便阻挡或减少其中可见光和/或近红外线辐射的数量时，材料传感器元件可在暴露于预定类型的辐射下时增大其所示颜色变化的强度。本案发明人注意到，通过检测装置，可以降低可见光擦除材料传感器元件的颜色的影响，使得可实现更强烈的颜色变化。
会聚元件可用于增大预定类型的辐射的能量强度或光子密度，以实现材料传感器元件更强烈或更显著的颜色变化功效。在一种具体实施方式中，会聚元件用于增大预定类型的辐射的光子通量密度。在一种具体实施方式中，使用会聚元件使撞击材料传感器元件的预定类型的辐射的光子数量增加。因此，会聚元件可用于将预定类型的辐射束会聚到更小区域。在一种具体实施方式中，会聚元件配置用于以1.00001至10000，或1.0001至10000，或1.001至10000，或1.01至10000，或1.1至10000，或1.00001至2500，或1.0001至2500，或1.001至2500，或1.01至2500，或1.1至2500，或1.00001至1200，或1.0001至1200，或1.001至1200，或1.01至1200，或1.1至1200，或1.00001至1000，或1.0001至1000，或1.001至1000，或1.01至1000，或1.1至1000，或1.00001至800，或1.0001至800，或1.001至800，或1.01至800，或1.1至800，或1.00001至550，或1.0001至550，或1.001至550，或1.01至550，或1.1至550，或1.00001至500，或1.0001至500，或1.001至500，或1.01至500，或1.1至500，或1.00001至100，或1.0001至100，或1.001至100，或1.01至100，或1.1至100的致密化因子使入射电磁辐射的波束会聚。在本说明书中，除非另有叙述，否则应将表述“致密化因子”理解为电磁辐射的波束在传输通过会聚元件前的尺寸与电磁辐射的波束在传输通过会聚元件后的尺寸之间的比率。会聚元件具有额外的效用，用于将入射电磁辐射聚焦到更小区域，借此增大光子密度。在用会聚元件聚焦入射电磁辐射(例如其经过滤的部分)而使得光子密度增大时，可进一步增大材料传感器元件颜色变化的强度。在一种具体实施方式中，会聚元件是透镜、镜子、棱镜、晶格、衍射晶格、半透镜、电滤波器，或它们的任何组合。
在一种具体实施方式中，检测装置经受电磁辐射。在一种具体实施方式中，入射电磁辐射是阳光。在一种具体实施方式中，入射电磁辐射源自于人造辐射源或源自于阳光。在一种具体实施方式中，人造辐射是UV灯、LED灯、卤素灯、太阳模拟器灯、荧光灯、X辐射，或它们的任何组合。
在一种具体实施方式中，传感器元件的材料是合成材料。即，在一种具体实施方式中，该材料采用合成方式制备。
在一种具体实施方式中，传感器元件包括由化学式(I)所表示的材料。在一种具体实施方式中，传感器元件由化学式(I)所表示的材料所组成。在一种具体实施方式中，传感器元件由化学式(I)所表示的材料所制成。
在本说明书中，除非另有叙述，否则应将表述“单原子离子”理解为由单个原子所组成的离子。如果离子含有多于一个原子，即使这些原子属于相同元素，也应将其理解为多原子离子。因此，在本说明书中，除非另有叙述，否则应将表述“单原子阳离子”理解为由单个原子所组成的阳离子。
紫方钠石为方钠石材料的变形，其是具有化学式Na8Al6Si6O24(Cl,S)2的天然矿物。可制备能够检测紫外线辐射的以合成紫方钠石为基础的材料。作为经受紫外线辐射的结果，化学式(I)的合成材料具有显示颜色强度的技术效果，颜色强度与感测或检测到的辐射的辐照度成比例。因此，该材料可用于检测及指示例如造成晒伤的紫外线B辐射和紫外线C辐射的数量。
紫外光是所具波长自10nm(30PHz)至400nm(750THz)的电磁辐射。紫外线辐射(UVR)的电磁谱可以细分成ISO标准ISO-21348建议的若干范围，包括紫外线A(UVA)、紫外线B(UVB)、紫外线C(UVC)。UVA的波长大致认为是315nm至400nm，UVB的波长大致认为是280nm至320nm，UVC的波长大致认为是100nm至290nm。
在一种具体实施方式中，紫外线辐射包括紫外线A辐射、紫外线B辐射和/或紫外线C辐射。在一种具体实施方式中，紫外线辐射由紫外线A辐射、紫外线B辐射和/或紫外线C辐射所组成。在一种具体实施方式中，紫外线辐射是紫外线A辐射、紫外线B辐射和/或紫外线C辐射。
在一种具体实施方式中，M'表示选自由Na、Li、K和Rb所组成群组中的碱金属的单原子阳离子，或这类阳离子的任何组合。在一种具体实施方式中，M'表示选自由Li、K和Rb所组成群组中的碱金属的单原子阳离子，或这类阳离子的任何组合。
在一种具体实施方式中，M'表示选自IUPAC元素周期表第1族的碱金属的单原子阳离子，或这类阳离子的任何组合；前提是M'不表示单独的Na的单原子阳离子。
在一种具体实施方式中，M'表示选自IUPAC元素周期表第1族的不同碱金属的至少两种单原子阳离子的组合。
在一种具体实施方式中，M'表示选自IUPAC元素周期表第1族的不同碱金属的至少两种单原子阳离子的组合，并且该组合包括至多66摩尔百分比(mol％)的Na的单原子阳离子。在一种具体实施方式中，M'表示选自IUPAC元素周期表第1族的不同碱金属的至少两种单原子阳离子的组合，并且该组合包括至多50mol％的Na的单原子阳离子。在一种具体实施方式中，M'表示选自IUPAC元素周期表第1族的不同碱金属的至少两种单原子阳离子的组合，并且该组合包括至多40mol％的Na的单原子阳离子，或至多30mol％的Na的单原子阳离子，或至多20mol％的Na的单原子阳离子。
在一种具体实施方式中，M'表示选自IUPAC元素周期表第1族的不同碱金属的至少两种单原子阳离子的组合，并且该组合包括0mol％至98mol％的Na的单原子阳离子。在一种具体实施方式中，M'表示选自IUPAC元素周期表第1族的不同碱金属的至少两种单原子阳离子的组合，并且该组合包括0mol％至98mol％，或0mol％至95mol％，或0mol％至90mol％，或0mol％至85mol％，或0mol％至80mol％，或0mol％至70mol％的Na的单原子阳离子。在一种具体实施方式中，M'表示选自IUPAC元素周期表第1族的不同碱金属的至少两种单原子阳离子的组合，其中，该组合包括0mol％至100mol％的K的单原子阳离子。在一种具体实施方式中，M'表示选自IUPAC元素周期表第1族的不同碱金属的至少两种单原子阳离子的组合，其中，该组合包括0mol％至100mol％的Rb的单原子阳离子。在一种具体实施方式中，M'表示选自IUPAC元素周期表第1族的不同碱金属的至少两种单原子阳离子的组合，其中，该组合包括0mol％至100mol％的Li的单原子阳离子。
在一种具体实施方式中，M'表示选自由Li、Na、K和Rb所组成群组中的不同碱金属的至少两种单原子阳离子的组合。在一种具体实施方式中，M'表示选自由Li、Na、K和Rb所组成群组中的不同碱金属的两种单原子阳离子的组合。在一种具体实施方式中，M'表示选自由Li、Na、K和Rb所组成群组中的不同碱金属的三种单原子阳离子的组合。在一种具体实施方式中，M'表示Li、Na、K和Rb的单原子阳离子的组合。
在一种具体实施方式中，M'表示Na的单原子阳离子与Li的单原子阳离子、K的单原子阳离子和/或Rb的单原子阳离子的组合。在一种具体实施方式中，M'表示Na的单原子阳离子与K的单原子阳离子或Rb的单原子阳离子的组合。在一种具体实施方式中，M'表示Na的单原子阳离子与K的单原子阳离子及Rb的单原子阳离子的组合。
在一种具体实施方式中，M'表示Na的单原子阳离子与K的单原子阳离子的组合；或Na的单原子阳离子与Rb的单原子阳离子的组合；或K的单原子阳离子与Rb的单原子阳离子的组合；或Na的单原子阳离子、K的单原子阳离子与Rb的单原子阳离子的组合；或K的单原子阳离子与Rb的单原子阳离子的组合。
在一种具体实施方式中，M'表示Li的单原子阳离子与Na的单原子阳离子的组合；或Li的单原子阳离子与K的单原子阳离子的组合；或Li的单原子阳离子与Rb的单原子阳离子的组合；或Li的单原子阳离子、K的单原子阳离子与Rb的单原子阳离子的组合；或Li的单原子阳离子、Na的单原子阳离子、K的单原子阳离子与Rb的单原子阳离子的组合。
在一种具体实施方式中，M'表示Li的单原子阳离子。在一种具体实施方式中，M'表示K的单原子阳离子。在一种具体实施方式中，M'表示Rb的单原子阳离子。
选自IUPAC元素周期表第1族的不同碱金属的至少两种单原子阳离子的组合具有能够制备对紫外线A辐射、紫外线B辐射和/或紫外线C辐射敏感的材料的功效。该组合具有能够制备能够指示紫外线A辐射、紫外线B辐射和紫外线C辐射中的至少一者是否存在，或紫外线A辐射、紫外线B辐射和紫外线C辐射是否全部存在的材料的功效。
在一种具体实施方式中，M″表示选自由Al和Ga所组成群组中的金属的三价单原子阳离子，或这类阳离子的组合。
在一种具体实施方式中，M″表示B的三价单原子阳离子。
在一种具体实施方式中，M″′表示选自由Si和Ge所组成群组中的元素的单原子阳离子，或这类阳离子的组合。
在一种具体实施方式中，X表示选自由F、Cl、Br和I所组成群组中的元素的阴离子，或这类阴离子的任何组合。
在一种具体实施方式中，X表示选自由O、S、Se和Te所组成群组中的元素的阴离子，或这类阴离子的任何组合。
在一种具体实施方式中，该材料由化学式(I)表示，其中M″″不存在。在该实施方式中，该材料未经掺杂。
在一种具体实施方式中，该材料掺杂有至少一种稀土金属离子和/或至少一种过渡金属离子。在一种具体实施方式中，该材料掺杂有至少一种稀土金属离子和至少一种过渡金属离子。在一种具体实施方式中，该材料掺杂有至少一种稀土金属离子或至少一种过渡金属离子。
在一种具体实施方式中，该材料由化学式(I)所表示，其中M″″表示选自IUPAC元素周期表稀土金属的，或选自IUPAC元素周期表过渡金属的元素的阳离子，或这类阳离子的任何组合。
在一种具体实施方式中，M″″表示选自由Eu和Tb所组成群组中的元素的阳离子，或这类阳离子的组合。在一种具体实施方式中，M″″表示选自由Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn所组成群组中的元素的阳离子，或这类阳离子的任何组合。
在一种具体实施方式中，M'表示选自由Li、Na、K和Rb所组成群组中的不同碱金属的至少两种单原子阳离子的组合，并且，对该组合进行选择以为材料提供预定吸收边缘。在本说明书中，除非另有叙述，否则应将表述“吸收边缘”理解为能量阈值，材料超过该能量阈值时会改变颜色。
在一种具体实施方式中，该材料可在暴露于紫外线辐射时改变颜色，其中材料颜色强度与紫外线辐射强度之间的相关性基于以下公式1来计算：
y＝A1*e(x/t1)+y0公式1
其中，各参数具有以下含义：
y＝颜色强度[黑色百分比]
A1＝颜色幅度
x＝阳光的UV指数值，或UVA、UVB和/或UVC的UV灯功率[％]
t1＝颜色的增长常数
y0＝颜色的初始偏移量。
基于以上公式1，如下所示，可从颜色强度计算辐射强度：
x＝t1*[ln(y-y0)–lnA1]。
在一种具体实施方式中，对于太阳光UVI检测，A1＝-1至-15，t1＝-30至-5，并且y0＝5至20。
在一种具体实施方式中，对于UVA检测，A1＝-1.5至-0.1，t1＝-30至-10，并且y0＝9.5至10.5。
在一种具体实施方式中，对于UVB检测，A1＝-3.0至-1.8，t1＝-450至-20，并且y0＝11至13。
在一种具体实施方式中，对于UVC检测，A1＝-3.0至-1.8，t1＝-200至-15，并且y0＝12至13。
选自IUPAC元素周期表第1族的不同碱金属的至少两种单原子阳离子的组合的变化使得能够制备可经调节以检测紫外线A辐射、紫外线B辐射和/或紫外线C辐射的材料。
在一种具体实施方式中，该材料选自由以下所组成的群组：(Na,K)8Al6Si6O24(Cl,S)2、(Na,Rb)8Al6Si6O24(Cl,S)2、(Na,K,Rb)8Al6Si6O24(Cl,S)2、(Na,K)8Al6Si6O24(Cl,S)2:Eu、(Na,K)8Al6Si6O24(Cl,S)2:Tb、(Li,K)8Al6Si6O24(Cl,S)2、(Li,Rb)8Al6Si6O24(Cl,S)2、(Li,K,Rb)8Al6Si6O24(Cl,S)2、和(Li,Na,K,Rb)8Al6Si6O24(Cl,S)2。
在一种具体实施方式中，该材料是(Na,K)8Al6Si6O24(Cl0.8S0.05)2。该材料可用于感测紫外线辐射。
在一种具体实施方式中，该材料是(Na,K)8Al6Si6O24(F0.7S0.1)2。该材料可用于感测X辐射。
在一种具体实施方式中，根据以下资料，使用化学计量的沸石A和Na2SO4以及LiCl、NaCl、KCl和/或RbCl作为起始材料通过反应来合成该材料：Norrbo等人(Norrbo,I.；
P.；Paturi,P.；Sinkkonen,J.；Lastusaari,M.,Persistent Luminescenceof Tenebrescent Na8Al6Si6O24(Cl,S)2:Multifunctional OpticalMarkers.Inorg.Chem.2015,54,7717-7724)，该参考文献基于Armstrong&Weller(Armstrong,J.A.；Weller,J.A.Structural Observation ofPhotochromism.Chem.Commun.2006,1094-1096)。添加可能使用的至少一种掺杂剂作为氧化物，诸如Eu2O3或Tb4O7。该材料可以如下方法制备：首先使沸石A在500℃下干燥1小时。然后将初始混合物在空气中于850℃下加热48小时。接着将产物自由冷却至室温并且研磨。最后，将产物在流动的12％H2+88％N2气氛下于850℃下再加热2小时。用水清洗所制备的材料以移除任何过量的LiCl/NaCl/KCl/RbCl杂质。纯度可利用X射线粉末衍射测量来验证。
在一种具体实施方式中，检测装置是紫外线辐射传感器、紫外线辐射检测器，或紫外线辐射指示器。在一种具体实施方式中，检测装置是X辐射传感器、X辐射检测器，或X辐射指示器。在一种具体实施方式中，检测装置是伽玛辐射传感器、伽玛辐射检测器，或伽玛辐射指示器。
检测器装置可应用于例如窗户外面，以在居民外出前先警示紫外线辐射强度。检测装置还可以是例如待设有UV指示器的塑料瓶、贴纸、玻璃，和类似产品的一部分。这为产品本身提供UV指示器。还可将检测装置设想为首饰。检测装置也可以是根据阴影来校准的量计的显示部的一部分。在一种具体实施方式中，检测装置是安全装置或其一部分。在一种具体实施方式中，安全装置选自由线件、箔件及全息图所组成的群组。在一种具体实施方式中，安全装置用在钞票、护照或身份证上。
在一种具体实施方式中，检测装置用于指示紫外线辐射的强度。在一种具体实施方式中，紫外线辐射是紫外线A辐射、紫外线B辐射和/或紫外线C辐射。在一种具体实施方式中，检测装置用于指示波长为0.01nm至400nm，或10nm至400nm，或0.01nm至10nm的电磁辐射的强度。在一种具体实施方式中，检测装置用于指示X辐射的强度。X辐射是波长为0.01nm至10nm的电磁辐射。
将会理解的是，上述效益及优点可涉及一种具体实施方式，或可涉及若干种实施方式。实施方式不限于解决任何或全部所述问题的实施方式，或具有任何或全部所述效益与优点的实施方式。
本文中前述的实施方式可以彼此任何组合的方式使用。可将这些具体实施方式中的若干种组合在一起形成另外的实施方式。本申请涉及的检测装置、用途或方法可包括本文中前述具体实施方式中的至少一种。
检测装置具有额外的效用，能够有效估测例如阳光中存在的紫外线辐射的强度。检测装置具有额外的效用，能够以快速且可靠的方式估测遮挡阳光的需求，或估测例如在户外太阳照射时再涂抹防晒乳液的需求。
传感器元件的材料具有额外的效用，其为即使在高UV程度下仍提供稳定性，以及在白光下和/或在加热下脱色的低成本材料。该材料具有额外的效用，其颜色可利用可见光或加热回到无色(白色)，即脱色，从而能够将其重复使用。该材料具有额外的效用，其能很好地追踪红斑作用光谱，从而可以监测尤其是造成晒伤的UVB及UVC。该材料具有额外的效用，在太阳光下的颜色强度用于指示UV指数的值。
实施例
现将详细参照所描述的实施方式，其实施例示于附图中。
以下说明详细公开了一些实施方式，使得本领域技术人员能够基于本公开利用检测装置和方法。并非实施方式的所有步骤都有详细论述，因为基于本说明书，这些步骤中的许多步骤对于本领域技术人员来讲是显而易见的。
为简明起见，在以下示例性实施方式中，重复的部件保持相同的附图标记。
图1示意性示出检测装置的一种实施方式，该检测装置用于指示入射到该检测装置上的电磁辐射中存在的预定类型的辐射的强度。图1中的粗体箭头指出入射到装置上的入射电磁辐射，以及电磁辐射传播通过滤波器元件和会聚元件到达材料传感器元件的方式。如图1所示的检测装置1包括用于过滤入射电磁辐射的滤波器元件2。滤波器元件2配置用于将波长大于590nm的电磁辐射从该入射电磁辐射中滤除。再者，检测装置1包括会聚元件3，其配置用于增大该入射电磁辐射中存在的预定类型的辐射的光子密度。此外，如图1所示的检测装置包括材料传感器元件4，设置用于接收已通过该滤波器元件和该会聚元件的该入射电磁辐射，以通过该材料传感器元件的颜色变化来指示该入射电磁辐射中存在的预定类型的辐射的强度。该材料由如本申请中定义的化学式(I)表示。
在图1中，滤波器元件和会聚元件设置为入射电磁辐射可先通过滤波器元件，然后再通过会聚元件。顺序也可反过来，也即，这些元件也可同样很好地设置为入射电磁辐射可先通过会聚元件，然后再通过滤波器元件。在一种具体实施方式中，该滤波器元件及该会聚元件可以是同一元件，即一个单一元件，配置用于将波长大于590nm的电磁辐射从该入射电磁辐射中滤除，并且增大该入射电磁辐射中存在的预定类型的辐射的光子密度。
在以下实施例中，介绍如何制备化学式(I)的材料。
实施例1：制备(Na,K)8Al6Si6O24(Cl,S)2
采用以下方式制备由化学式(Na,K)8Al6Si6O24(Cl,S)2所表示的材料：将0.7000克经干燥(500℃进行1小时)的沸石A、0.0600克的Na2SO4与0.3067克的KCl粉末混合在一起。将该混合物在空气中于850℃下加热48小时。将产物自由冷却至室温并且研磨。最后，将产物在流动的12％H2+88％N2气氛下于850℃下再加热2小时。
实施例2：制备(Na,Rb)8Al6Si6O24(Cl,S)2
采用以下方式制备由化学式(Na,Rb)8Al6Si6O24(Cl,S)2所表示的材料：将0.7000克经干燥(500℃进行1小时)的沸石A、0.0600克的Na2SO4与0.4957克的RbCl粉末混合在一起。将该混合物在空气中于850℃下加热48小时。将产物自由冷却至室温并且研磨。最后，将产物在流动的12％H2+88％N2气氛下于850℃下再加热2小时。
实施例3：制备(Na,K)8Al6Si6O24(Cl,S)2(下文称为“Na、K复合物2”)
采用以下方式制备由化学式(Na,K)8Al6Si6O24(Cl,S)2所表示的材料：将0.7000克经干燥(500℃进行1小时)的沸石A、0.0600克的Na2SO4与0.1800克的NaCl以及0.0675克KCl粉末混合在一起。将该混合物在空气中于850℃下加热48小时。将产物自由冷却至室温并且研磨。最后，将产物在流动的12％H2+88％N2气氛下于850℃下再加热2小时。
实施例4：制备(Na,K)8Al6Si6O24(Cl,S)2:Eu
采用以下方式制备由化学式(NaK)8Al6Si6O24(Cl,S)2:Eu所表示的材料：将0.7000克经干燥(500℃进行1小时)的沸石A、0.0600克的Na2SO4及0.1800克的NaCl以及0.0675克的KCl粉末与0.002克的Eu2O3粉末混合在一起。将该混合物在空气中于850℃下加热48小时。将产物自由冷却至室温并且研磨。最后，将产物在流动的12％H2+88％N2气氛下于850℃下再加热2小时。
实施例5：测试实施例1中制备的材料的样品
通过使实施例1中制备的材料的样品在UVI 6下经受来自太阳模拟灯的辐射10秒来测试该样品。来自该灯的辐射利用可见光阻断滤波器将波长大于400nm的所有光阻断来过滤，并且利用透镜来会聚。改变焦点的尺寸，并且使用移动电话相机来记录相应的颜色强度。颜色强度通过计算未曝光白色材料与着色材料的红-绿-蓝(RGB)比率来确定。结果如图2所示。结果表明增大致密化因子使颜色强度增大，直到波束尺寸变得太小。
实施例6：测试实施例1中制备的材料的样品
通过先使实施例1中制备的材料的样品经受10秒的302nm辐射，然后用太阳模拟灯于UVI 6下辐射10秒来进行测试。来自太阳模拟器的光以致密化因子235用透镜来会聚，并且引导通过滤波器到达该材料。参照材料仅经受10秒的302nm辐射。使用移动电话相机来记录颜色强度，并且针对各滤波器，计算仅经受302nm的参照样品与经受302nm和被过滤的太阳模拟灯的样品之间的RGB比率。结果如图3所示。结果表明，到达材料的可见光的数量越高，颜色越不强烈。
实施例7：测试实施例1中制备的材料的样品
通过在以下情况下，在不同紫外线指数(UVI)值下照射实施例1中制备的材料的样品10秒来进行测试：1)不使用滤波器元件或会聚元件；2)使用滤波器元件将波长大于400nm的所有辐射都阻断；以及3)使用滤波器元件将波长大于400nm的所有辐射都阻断，并且使用致密化因子为22的透镜作为会聚元件。使用移动电话相机来记录颜色强度。颜色强度通过计算未曝光白色材料与着色材料的RGB比率来确定。结果如图4所示。
要注意的是，权利要求的具体实施方式不限于以上所述的内容，而是进一步的实施方式可存在于权利要求书的保护范围内。
Claims (33)
1.一种检测装置(1)，用于指示入射到所述检测装置上的电磁辐射中存在的预定类型的辐射的强度，其中，所述检测装置包括：
滤波器元件(2)，用于过滤入射电磁辐射，其中，所述滤波器元件配置用于将波长大于400nm的电磁辐射从所述入射电磁辐射中滤除；
会聚元件(3)，配置用于增大所述入射电磁辐射中存在的预定类型的辐射的光子密度，并且用于将预定类型的辐射束会聚到更小区域；和
材料传感器元件(4)，设置用于接收已通过所述滤波器元件和所述会聚元件的所述入射电磁辐射，以通过所述材料传感器元件的颜色变化来指示所述入射电磁辐射中存在的预定类型的辐射的强度，其中，所述材料由以下化学式(I)表示：
(M')8M”6M”'6O24(X,S)2:M””化学式(I)
其中，M'表示选自IUPAC元素周期表第1族的碱金属的单原子阳离子，或这类阳离子的任何组合；
M”表示选自IUPAC元素周期表的第13族的元素或选自IUPAC元素周期表的第3～12族中任一族的过渡元素的三价单原子阳离子，或这类阳离子的任何组合；
M”'表示选自IUPAC元素周期表第14族的元素的单原子阳离子，或这类阳离子的任何组合；
X表示选自IUPAC元素周期表第16族或选自IUPAC元素周期表第17族的元素的阴离子，或这类阴离子的任何组合；以及
M””表示选自IUPAC元素周期表的稀土金属或IUPAC元素周期表的过渡金属的元素的掺杂阳离子，或这类阳离子的任何组合，或其中M””不存在。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其中，所述滤波器元件(2)配置用于将波长大于300nm的电磁辐射从所述入射电磁辐射中滤除。
3.根据权利要求1所述的检测装置，其中，所述滤波器元件(2)配置用于使波长大于0nm至400nm的入射电磁辐射通过。
4.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中，所述滤波器元件(2)配置用于使波长大于0nm至300nm的入射电磁辐射通过。
5.根据权利要求1所述的检测装置，其中，所述滤波器元件(2)配置用于使波长0.000001nm至400nm的入射电磁辐射通过。
6.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中，所述滤波器元件(2)配置用于使波长0.000001nm至300nm的入射电磁辐射通过。
7.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中，所述滤波器元件(2)配置用于使波长0.000001nm至10nm的入射电磁辐射通过。
8.根据权利要求1所述的检测装置，其中，所述滤波器元件(2)配置用于使波长0.01nm至400nm的入射电磁辐射通过。
9.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中，所述滤波器元件(2)配置用于使波长0.01nm至300nm的入射电磁辐射通过。
10.根据权利要求1所述的检测装置，其中，所述滤波器元件(2)配置用于使波长10nm至400nm的入射电磁辐射通过。
11.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中，所述滤波器元件(2)配置用于使波长10nm至300nm的入射电磁辐射通过。
12.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中，所述滤波器元件(2)配置用于使波长0.01nm至10nm的入射电磁辐射通过。
13.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中，所述滤波器元件(2)和所述会聚元件(3)是同一个元件，配置用于将波长大于400nm的电磁辐射从所述入射电磁辐射中滤除，并且增大所述入射电磁辐射中存在的预定类型的辐射的光子密度。
14.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中，所述入射电磁辐射源自于人造辐射源或源自于阳光。
15.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中，M'表示选自IUPAC元素周期表第1族的不同碱金属的至少两种单原子阳离子的组合。
16.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中，M'表示选自IUPAC元素周期表第1族的不同碱金属的至少两种单原子阳离子的组合，其中，所述组合包括0mol％至98mol％的Na的单原子阳离子。
17.根据权利要求16所述的检测装置，其中，所述组合包括0mol％至95mol％的Na的单原子阳离子。
18.根据权利要求16所述的检测装置，其中，所述组合包括0mol％至90mol％的Na的单原子阳离子。
19.根据权利要求16所述的检测装置，其中，所述组合包括0mol％至85mol％的Na的单原子阳离子。
20.根据权利要求16所述的检测装置，其中，所述组合包括0mol％至80mol％的Na的单原子阳离子。
21.根据权利要求16所述的检测装置，其中，所述组合包括0mol％至70mol％的Na的单原子阳离子。
22.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中，M'表示选自由Li、Na、K和Rb所组成群组中的不同碱金属的至少两种单原子阳离子的组合。
23.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中，M”表示选自由Al和Ga所组成群组中的金属的三价单原子阳离子，或这类阳离子的组合。
24.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中，M”表示B的三价单原子阳离子。
25.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中，M”'表示选自由Si与Ge所组成群组中的元素的单原子阳离子，或这类阳离子的组合。
26.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中，X表示选自由O、S、Se和Te所组成群组中的元素的阴离子，或这类阴离子的任何组合。
27.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中，X表示选自由F、Cl、Br和I所组成群组中的元素的阴离子，或这类阴离子的任何组合。
28.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中，M””表示选自由Eu和Tb所组成群组中的元素的阳离子，或这类阳离子的组合。
29.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中，M””表示选自由Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn所组成群组中的元素的阳离子，或这类阳离子的任何组合。
30.一种用于指示入射电磁辐射中存在的预定类型的辐射的强度的方法，其中，所述方法包括：
i)将波长大于400nm的电磁辐射从所述入射电磁辐射中滤除；
ii)会聚所述入射电磁辐射，以增大所述入射电磁辐射中存在的预定类型的辐射的光子密度并且将预定类型的辐射束会聚到更小区域；
iii)使材料传感器元件暴露于在步骤i)和步骤ii)中已经被过滤和会聚的所述入射电磁辐射下，其中，所述材料由权利要求1至29中任一项所定义的化学式(I)来表示；
iv)确定所述材料传感器元件由于在步骤iii)中暴露于入射电磁辐射下而发生的颜色变化；和
v)将所述材料传感器元件的颜色与参比作比较，该参比指示预定类型的辐射的强度与所述材料传感器元件的颜色的相关性。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，步骤i)和步骤ii)以任何顺序一个在另一个之后进行，或者步骤i)和步骤ii)同时进行。
32.根据权利要求1至29中任一项所述的检测装置的用途，用于指示电磁辐射中存在的预定类型的辐射的强度。
33.根据权利要求32所述的用途，其中，所述检测装置经受电磁辐射。
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