基于热致变色材料的纸基智能可视化标签开发及其在冷链(-18°C)温度监测中的应用

针对冷链物流中温度实时监测缺失、数据准确性不足及环境干扰等问题，研究人员开发了由96%十一烷和4%正十二醇组成的相变热致变色材料(TCMs)，将其涂覆于纸基QR码表面。当温度超过-18°C阈值时，QR码图案发生不可逆模糊，实现了冷链温度的智能动态监测，为食品药物安全提供了低成本、高灵敏的解决方案。

　　

冷链物流是保障食品、药品和疫苗安全的关键环节，但现有温度监测技术如RFID（射频识别）和NFC（近场通信）存在体积大、成本高、易受电磁干扰等缺陷。传统时间-温度指示剂(TTIs)多依赖有机金属化合物或荧光材料，却难以适应零下环境。更棘手的是，可逆性温度响应材料无法提供永久性超温证据，导致冷链断裂难以追溯。

针对这些痛点，江南大学的研究团队创新性地将相变材料与QR码技术结合，开发出纸基智能温度标签。研究通过精确调控十一烷(C₁₁
H₂₄
)与正十二醇(C₁₂
H₂₆
O)的96:4质量比，构建了熔点为-18°C的二元溶剂体系。该材料涂覆的QR码在超温时发生不可逆电子转移反应：低温下结晶紫内酯(CVL)与双酚A(BPA)形成开环显色结构，超温后溶剂液化导致分子解离，QR码永久模糊。这种"一旦超温，终身留痕"的特性，解决了冷链监测中的数据篡改风险。相关成果发表于《Journal of Food Engineering》。

关键技术包括：(1)二元溶剂相变温度调控；(2)CVL-BPA电子转移体系构建；(3)纸基QR码图案印刷与热循环测试；(4)智能手机可读性验证。

【材料与试剂】
选用熔点为-26.4°C的十一烷和21.3°C的正十二醇，通过差示扫描量热法(DSC)验证其相变误差<1.54%，低极性的十一烷增强了溶剂相容性，相比十四烷更适合作低温指示剂。

【热致变色材料制备】
相变温度测试显示二元体系在-18°C发生固-液转变，其高焓值(ΔH)确保了温度响应的敏感性。CVL与BPA的电子转移反应被相变溶剂锁定，超温后即使恢复低温，开环结构也无法复原。

【结论】
该研究首创将12OH-C₁₁
溶剂体系用于亚冷链监测，QR码的图案破坏阈值与疫苗(-18°C)等关键温区精准匹配。相比传统TTIs，纸基标签成本降低90%，响应速度提升3倍，且无需外部电源。国家自然科学基金(32302247)等项目的支持，推动了这项技术在生鲜物流和医药冷链中的产业化应用。

讨论部分强调，这种"材料-图案"双重验证机制：QR码提供数字化追溯，热致变色实现物理防伪。未来可通过调节烷烃链长度(C₁₀
-C₁₆
)拓展监测温区，或结合深度学习实现破损图案的自动分级。研究为《"十四五"冷链物流发展规划》提供了关键技术支撑，尤其适用于农村最后一公里冷链监控场景。