具体实施方式

应当理解，详细描述和具体示例虽然指示了装置、系统和方法的示例性实施例，但仅用于说明的目的，并不旨在限制本发明的范围。通过以下描述、所附权利要求和附图，将更好地理解本发明的装置、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点。应当理解，附图仅仅是示意性的，并未按比例绘制。还应当理解，在所有附图中使用相同的参考数字来表示相同或相似的部分。

提供了一种具有表面的系统。表面上布置有标记，该标记代表视觉信息。在标记上设置层。该层由加热元件加热。该层包括热致变色材料，用于在该层的温度超过阈值温度时改变该层在可见光波长的光吸收。该层在阈值温度或阈值温度以上具有足够的光学透射性，使得标记提供的视觉信息可以通过该层被观察到。

该系统本身可以是一个装置或装置的一部分，这将在下文中更详细地解释。

本文中使用的术语“视觉”指在日光条件下，例如在离系统0至5米或更远的距离内，健康人眼睛可感知的东西。

图1A和1B示意性地描绘了根据本发明实施例的系统100的横截面。系统100包括：

-包括表面102的基底101；

-布置在表面上的标记104，所述标记代表视觉信息；

-设置在标记上的层106；和

-用于加热该层的加热元件103，

该层包括热致变色材料，该热致变色材料适于改变该层的光吸收，使得当该层的温度超过阈值温度时，该标记变得可见。

优选地，加热元件103适于通过直接热交换或间接热交换来加热基底101。

表面102由加热元件103加热。加热元件适于通过直接热交换(例如通过彼此直接接触)加热(通过传导)基底101。

图1C示意性地描绘了根据本发明实施例的系统的一部分的横截面。图1C的系统与图1A的系统的不同之处在于，加热元件与基底间接热交换，例如通过彼此不直接接触(例如，通过如图所示的中间的空气层或中间的任何其他元件或部分)。因此，加热元件适于通过间接热交换(通过传导和/或对流)加热基底。

只要加热元件103能够向层106供热，可以使用加热元件103的任何合适设计。加热元件103可以是例如电阻加热元件，并且加热元件103产生的热量可以通过传导传递到表面102。电阻加热元件可以例如适于加热蒸汽室(未示出)中的水以产生蒸汽。换句话说，加热元件103还可以限定包括电阻加热元件的蒸汽发生器，例如在熨斗、蒸汽烫机等中。

替换地，加热元件103可以例如通过磁感应加热表面102，前提是基底101由合适的材料(例如铁)制成。这种加热元件设计本身是众所周知的，仅为了简洁起见，在此不再进一步描述。

优选地，基底101由金属材料、塑料材料、橡胶和陶瓷中的至少一种形成。例如，为基底选择的材料可能取决于系统的特定应用。

合适的金属材料例如可以是金属，例如铝或铁。替换地，金属材料可以是金属合金，例如钢。

合适的塑料材料的一个例子是聚丙烯。如本领域技术人员容易理解的，可以选择用于基底101的材料以承受由加热元件103加热产生的温度。

图1A和1B仅示出了被标记104覆盖的表面102的一部分。标记104布置在表面102上，并且用于向例如系统100的用户可视地传达信息。特别地，标记104可以是警告用户或任何可能接触系统100的人系统100过热而无法安全接触的警告标记或符号。

优选地，标记104包括文本字符、符号、图片图像和图案中的至少一种。

例如，标记104可以拼出单词“热”，和/或包括适当的比喻性警告。因此，标记104可用作警告标志，以保护系统100的用户免于因接触热表面而被烧伤。

如果标记104在视觉上与表面102以及表面102和标记104之间的任何其他层形成充分对比，则可以考虑标记104的任何合适厚度。在本上下文中，术语“厚度”旨在指标记104的平均高度105，如在图1A、1B、1C、2A、2B、3A和3B的截面图中所见。厚度可以在例如1微米至50微米的范围内。

图2A和2B示出了图1A和1B所示的系统，但也示出了表面102未被标记104覆盖的部分。术语“标记”应被认为是指标记104与表面102的周围部分以及可能存在于表面102和标记104之间的任何其他层有适当的区别。在这方面，标记104可以与表面102或该等其他层(如果存在)的颜色和/或纹理形成对比的方式进行着色和/或纹理化。通过这种方式，当超过阈值温度时，系统100的用户可以感知标记104。这种对比在图1A、1B、1C、2A和2B中通过标记104被示意性地示出，标记104由实心黑色区域表示，而基底101由不含任何图案的实心白色区域表示。为避免疑义，本文中使用的术语“颜色”和“着色”不旨在排除如黑色、白色、灰色等阴影。因此，下文所述的颜色对比可以例如通过将黑色颜料用于施加到包含白色颜料的基底101上的标记104来实现，反之亦然。可以想到多种不同的颜色组合。

标记104可以通过任何合适的方式(例如使用印刷技术)施加到基底101的表面102。因为标记104本身不需要响应温度变化而发生任何颜色变化，所以消除了标记104包含热致变色材料即颜料的要求。因此，在将标记104布置在表面102上的过程中，可以使用与常规热致变色颜料相比具有较小颗粒尺寸的颜料。这可能意味着所得标记104可以具有适当高的分辨率，以便向系统100的用户清楚地传达信息，例如警告。此外，可以使用印刷工艺(例如丝网印刷工艺)将标记104设置在表面102上，处理困难(例如丝网堵塞)的风险较小，因为可以使用相对小的颗粒尺寸的颜料来形成标记104。

优选地，标记104直接设置在表面102上。换句话说，在标记104和表面102之间不存在其他层。

尽管图1A、1B、1C、2A、2B、3A和3B示出了标记104直接设置在表面102上，但这不应被视为限制。标记104可替代地设置在表面102中(例如雕刻)。还应当注意，标记104不需要直接施加到基底101的表面102。其他层可以例如位于表面102和标记104之间。下面将参考图3A和3B描述这一点的示例。

优选地，标记104和表面102相对于彼此被不同地着色，以在超过阈值温度时在标记104和表面102之间提供视觉对比。

标记104可以例如被印刷、压印、喷涂或散布在表面102上。合适的印刷方法的例子包括网印刷，例如丝网印刷、喷墨印刷、移印等。优选地，通过网印刷施加标记104，以便提供高分辨率标记104。例如，标记104可以包括合适的颜料，以便与表面102的周围部分以及可能存在于表面102和标记104之间的任何其他层形成必要的对比。还可以选择颜料，使得它们在系统100的温度操作范围内是热稳定的。例如，这种合适的颜料可以包括黑色颜料、红色颜料和蓝色颜料中的至少一种。

标记104中包含的颜料可以例如在印刷糊中转移到表面102。这种印刷糊料可用于例如网印刷工艺。

除了颜料之外，印刷糊还可包含粘合剂前体，例如聚合物或(可固化的)溶胶-凝胶组分。在非限制性实施例中，通过使用水、醇(例如2-丁醇)和酸(例如HCl)中的一种或多种预水解甲基硅酸盐前体来制备溶胶-凝胶组分。该预水解可以例如在将颜料加入到溶胶-凝胶组合物之前在室温下进行至少一小时。例如，可向组合物中额外添加填料，例如气相硅酸盐。可以在印刷前彻底混合糊料。对于本领域技术人员而言，上述糊料制备的许多变化将是显见的。

然后，印刷糊可用于在表面102上形成标记104，例如通过网印刷。在该示例中，在将层106置于标记104上之前，印刷糊优选被干燥和固化，例如在60℃和150℃之间。

层106设置在标记104上。层106可以与表面102热接触，使得层106可以响应表面102的温度的任何升高，即由于加热元件103向表面102供热。

实际上，通过热能从表面102直接传导至层106，层106经由表面102被加热。注意，标记104不会显著影响从表面102到层106(包括层的覆盖标记的部分)的热传递。

在表面102和层106之间布置任何其他层的情况下，这些其他层将热量从表面102传导至层106。

当温度超过阈值温度时，层106提供必要的视觉响应，这显示或强调了标记104(即标记本身和/或标记的视觉信息)。

为此，层106包括热致变色材料，当超过阈值温度时，该热致变色材料使得层106在可见波长(即，在390和700纳米之间的波长)的光吸收发生变化。正是这一变化揭示或强调了标记104。处于或高于阈值温度时，通过层106可以看到标记104，从而使得信息(例如温度警告消息)能够通过层106传递，以便通知系统100的用户系统100的部分(例如层106)可能过热而无法安全接触。

热致变色材料本身是众所周知的，并且在层106中可以使用任何合适的热致变色材料。当层106的温度低于阈值温度时，热致变色材料可以逆转层106的光吸收的变化，即当超过阈值温度时。因此，层106可以响应高于和低于阈值温度的温度循环。因此，当表面102变热时，标记104(例如警告标志)可能出现，而当表面102冷却至安全值(例如60℃或更低)时，标记104可能消失。

有机和无机热致变色颜料都是已知的，并且可商购获得。术语“热致变色材料”和“热致变色颜料”在本文中可互换使用。无机热致变色颜料包括例如过渡金属化合物，例如过渡金属氧化物，例如二氧化钛和三氧化二铁，或基于镉的化合物。有机热致变色颜料包括无色染料。

优选地，热致变色材料包括无色染料。

无色染料在两种化学形式之间切换，这改变了该化合物的发色团，并导致该材料的光吸收发生相应变化。一种化学形式可以是无色的，即吸收可见区域外的光，另一种可以是有色的，即吸收可见区域内的光。无色染料可包括，例如，螺环内酯、荧烷、螺吡喃和俘精酸酐中的至少一种。

热致变色颜料可以具有任何合适的颗粒尺寸，例如在0.1微米至50微米的范围内，优选在0.5微米至10微米的范围内

在一个实施例中，热致变色材料包括无色染料。热致变色材料可以例如采取微胶囊的形式，该微胶囊包裹(即在里面密封)无色染料和任何其他所需的成分，以帮助无色染料实现其变色功能。在这方面，除了无色染料以外，微胶囊可包含其它组分，例如弱酸和溶剂。

热致变色材料的选择可决定系统100的温度工作范围。例如，一些热致变色材料可能在超过200℃的温度下失去其热致变色性能。因此，采用这种热致变色材料的系统100的温度工作范围可能被限制在例如0℃至100℃之间。另一方面，可以承受高达400℃的温度的热致变色材料也是已知的，因此在此不再进一步描述。使用这种高温稳定的热致变色材料可以使系统100的温度工作范围相应地提高。一些高温稳定的热致变色材料可被有用地用在置于熨斗底板上层106中，该层可能暴露于高于200℃的温度。

系统100的合适工作温度范围可以是例如20℃至150℃。150℃的最高工作温度可以使系统100具有合适的寿命，特别是由于许多目前可获得的热致变色颜料的最高工作温度约为150℃

可以基于层106的期望阈值温度和/或在阈值温度以下和以上的期望颜色，从当前可获得的各种热致变色颜料中进行选择。例如，由于包含热致变色材料，低于阈值温度的层106的颜色可以是红色、黄色、蓝色、黑色、绿色、橙色、紫色或棕色。

优选地，阈值温度在30℃和70℃之间。

在该实施例中，热致变色材料被选择为使得阈值温度在30℃和70℃之间。该温度范围可用于警告系统100的用户层106的温度过高而无法安全接触。阈值温度可以是例如约65℃

接近该范围上限的阈值温度，例如接近70℃，可能是出于安全原因，即为了防止与层106直接接触而造成的烧伤。

另一方面，当与层106热接触的系统100的另一部分过热而无法安全接触时，接近该范围下限的阈值温度(例如接近30℃)也可能允许层106发出信号。在后一种情况下，系统100的部分可能比层106本身热得多。

根据所选择的特定热致变色材料，并考虑到层106的期望视觉响应，层106的热致变色变化可以例如从有色变为无色，反之亦然。在一个实施例中，热致变色材料被选择为使得层106在高于阈值温度时变得透明或半透明，并且标记104通过层106变得可见。

优选地，热致变色材料适于改变层106的光吸收，使得当不超过阈值温度时，标记104不可见。

替换地，热致变色材料适于改变层106的光吸收，使得当不超过阈值温度时，标记104部分可见。

在这两种情况下，由标记104提供的信息可以在高于阈值温度时通过层106被观察到。也通过低于阈值温度时遮掩(例如完全遮掩)标记104，可以提供对温度变化的更显著的响应，即，由于当超过阈值温度时，从标记104在视觉上不可感知切换到通过层106在视觉上被感知。

层106还包括作为含氟聚合物(例如特富龙)和(固化的)溶胶-凝胶材料中的至少一种的粘合剂。这种粘合剂材料在高温下是稳定的，因此即使在这种高温下也有助于层106的坚固性。

含氟聚合物还具有特别有用的不粘特性，例如，当层106在系统使用过程中可能与否则会粘在层106上的异物接触时。

热致变色材料因此可以分散在粘合剂中。粘合剂包括聚合物(例如特富龙)和/或(固化的)溶胶-凝胶材料。换句话说，聚合物或固化的溶胶-凝胶材料可用作热致变色颜料的载体，并提供抗磨损和/或不粘性能。

在非限制性示例中，层106可由成层组合物制备，该成层组合物通过加入溶胶-凝胶前体(例如甲基三甲氧基硅烷)并用酸(例如HCl)水解该混合物而获得。热致变色颜料可随后加入到水解混合物中。随后的搅拌，例如30分钟，可确保成层组合物适当均匀。对于本领域技术人员而言，上述成层组合物制备的许多变化将是显而易见的。

然后，可以通过将成层组合物施加到标记104(和表面102)上，例如通过涂敷、涂布、喷涂等，形成层106。具体而言，可以将成层组合物喷涂到标记104上。施加后，成层组合物可被干燥，例如在60℃至120℃之间，然后在150℃下固化。

对于本领域技术人员而言显见的是，可以选择干燥和固化的温度，以避免引起热致变色材料发生不必要的劣化。例如，传统的溶胶-凝胶固化温度，例如300℃，可能与热致变色材料不相容，热致变色材料可能在该高温下失去热致变色性能。在这方面，干燥和固化温度可以等于或低于热致变色材料的最高工作温度。例如，可以使用150℃至200℃之间的固化温度。

这种溶胶-凝胶粘合剂可能意味着层106是热稳定的，并且具有良好的抗刮擦性和抗磨损性。因此，层106除了实现其热致变色功能外，还可用于保护表面102和标记104免受磨损。因此，层106可能特别适合应用于例如熨斗的底板或煎锅的表面102。

如将结合图5进一步解释的，当层106将被施加到的表面102在正常使用过程中倾向于暴露于比底板和煎锅情况下更低的温度时，可能不需要溶胶-凝胶载体。

例如，在熨斗或蒸汽烫机的情况下，层106可以施加在塑料外壳的邻近被加热板110的区域114上。这样的区域114在使用过程中可能变热，但是仍然暴露于比被加热板110本身更低的温度。在这种情况下，标记104可以通过丝网印刷、压印或以其他方式将墨转移到区域114上来印刷。例如，层106可以通过将热致变色颜料分散在溶剂(例如乙酸丁酯或乙酸乙酯)中，并将分散体喷涂到印刷有标记104的区域114上而形成。

层106的厚度可取决于层106的光吸收特性，尤其是热致变色材料的光吸收特性。当希望层106在阈值温度以下完全遮掩标记104时，可以使用适当高消光的热致变色材料，以及该热致变色材料在层106中的足够高浓度。对于本领域技术人员而言显见的是，高于阈值温度时层106必须仍然不吸收光，使得标记104在高于该温度时通过层106不可见。在这方面还必须考虑层106的厚度。层106的合适厚度可以在例如1微米至50微米之间。

由于标记104位于层106下方，在某些情况下，例如在相对较薄的层106的情况下，层106和标记104可能需要具有相同的颜色或相当相似的颜色。在这种情况下，当温度低于阈值温度时，标记104可以融合到层106中，并且仅当层106的光吸收在高于阈值温度时变化(例如变得透明)才被显示。

图1A和2A示出了低于阈值温度时的层106。层106的光吸收使得层106至少部分遮掩标记104(即标记104不可见或部分可见)。

图1B和2B示出了高于阈值温度时的层106。层106的光吸收使得层106允许通过层106视觉感知标记104。这种变化可导致层106变得透明或至少半透明，从而可通过层106看到标记104。在这种情况下，标记104和其上直接施加有标记104的基底101之间的对比意味着系统100的用户可以适当地感知标记104，如前所述。

在图1A-图1C、图2A和图2B所示实施例的替代实施例中，基层108布置在基底101和标记104之间。

基层108提供合适的表面，在该表面上施加例如印刷标记104。在这种情况下，标记104直接布置在基层108上。

转到图3A和3B，系统100还包括布置在基底101和标记104之间的基层108。

优选地，基层108包括颜料和粘合剂。

例如，可以选择粘合剂，使得标记牢固地附着在基层上。在这方面，粘合剂可以例如包括(固化的)溶胶-凝胶材料和/或聚合物，例如特富龙。

标记104与基层108的周围部分可适当区分。在这方面，标记104可以以与基层108的颜色和/或纹理形成对比的方式进行着色和/或纹理化。这使得当超过阈值温度时，系统100的用户可以感知到标记104，这在图3B中示出。

标记104和基层108之间的对比在图3A和3B中通过标记104由实心黑色区域表示而基层108由交叉影线区域表示而示意性地示出。基层108的厚度没有特别限制，例如可以在1微米至50微米之间。

在一个实施例中，基层108可以包括颜料和粘合剂。例如，粘合剂可以包括聚合物和/或固化的溶胶-凝胶材料。换句话说，聚合物或固化的溶胶-凝胶材料可以用作基层108的颜料的载体。替换地，基层108可不包括颜料，在这种情况下，聚合物和/或固化的溶胶-凝胶材料可仅用于提供直接施加有标记104的合适表面。

在非限制性示例中，基层108可由通过用酸(例如顺丁烯二酸、HCl)水解溶胶-凝胶前体(例如金属醇盐，例如甲基三甲氧基硅烷和正硅酸四乙酯)获得的基层形成组合物制备。可以添加透明或半透明的填料，例如尺寸范围为10纳米至10微米的二氧化硅或氧化铝颗粒。随后，可以加入一种或多种合适的热稳定颜料。对于本领域技术人员而言，上述基层形成组合物制备的许多变化将是显而易见的。

然后，基层形成组合物可被施加到基底101的表面102，例如通过涂敷、涂布、喷涂等。特别地，基层形成组合物可以被喷涂到基底101上。在施加之前，基底101可以例如经受喷砂预处理。施加后，层形成组合物可被干燥，例如在60℃至120℃之间，然后在150℃下固化。

对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以选择干燥和固化的温度，以便不会导致可能包含在基层108中的颜料发生不希望的降解。如上所述，标记104和层106可随后施加到基层108。

优选地，加热元件103适于通过直接热交换(如图1A所示)或间接热交换(如图1C所示)加热基底101。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括上述系统100的装置400、500。

优选地，装置400、500对应于：

-取自蒸汽烫机400、500、蒸汽熨斗(未示出)、加压蒸汽熨斗(未示出)或地毯清洁器(未示出)中的任何一项的服装护理设备；或者

–取自水壶(未示出)或烤箱(未示出)中的任何一项的烹饪设备(未示出)。

图4示出了根据本发明实施例的蒸汽挂烫机400的前部，而图5示出了根据本发明另一实施例的蒸汽挂烫机500的顶部。

蒸汽挂烫机400和500包括用于处理服装的被加热板110。被加热板110具有孔112，用于允许蒸汽离开蒸汽挂烫机400。塑料外壳的区域114位于被加热板110附近。

在一个实施例中，系统100包括在装置400、500中。加热元件103可以例如集成到装置400、500中。

装置400、500例如可以是服装护理设备或烹饪设备，其具有被布置为由加热元件103加热的基底。

服装护理设备可以是例如蒸汽烫机、蒸汽熨斗、加压蒸汽熨斗或地毯清洁器。在这种情况下，基底101对应于蒸汽烫机、蒸汽熨斗(未示出)或加压蒸汽熨斗(未示出)的被加热板110(即底板)，或从加热元件103接收热的外壳的区域114。

烹饪设备可以是例如水壶或烤箱。在这种情况下，基底101对应于从加热元件103接收热的外壳的区域114。

图4的上视图示出了低于阈值温度时的蒸汽挂烫机400。层106可见，但其下方的标记104不可见。然而，当超过阈值温度时，层106的光吸收发生变化，在这种情况下，层106变得透明或半透明，并且标记104变得(部分)可见。

如前所述，图4和图5中所示的双向箭头旨在表示颜色变化的可逆性。

在这种情况下，标记104拼写出“热”一词，以便提供必要的视觉警告。这在图4和图5的相应下方窗格中示出。

以这种方式，蒸汽挂烫机400能够在被加热板110过热而无法安全接触时警告用户。在图4所示蒸汽挂烫机400的情况下，考虑到标记104和层106在使用过程中可能暴露于高温，前述类型的溶胶-凝胶衍生组合物可能特别适于标记104和层106中的每一个。

图5示出了标记104和层106可替代地或附加地应用于蒸汽烫机500的(塑料)外壳的区域114。在该特定示例中，区域114位于远离/远隔开加热板110的位置。该区域114可能不会被加热元件103直接加热，而是可能由于从被加热板110向外壳的该相邻区域114的一些热传导而变热。

区域114可用于在被加热板110的温度超过安全极限时发出警告，例如通过标记104的可视信息“热”。区域114上的层106的阈值温度可低于设置在被加热板110自身上的层的阈值温度，使得区域114可用于在被加热板110的温度(在使用过程中可能明显高于区域114的温度)接触不安全时警告用户。

换言之，区域114可被视为被加热元件103间接加热。

如前所述，标记104可以通过网印刷、压印或以其他方式将墨转移到区域114上来印刷。层106可通过将热致变色颜料分散在溶剂(例如乙酸丁酯或乙酸乙酯)中，并将分散体喷涂到其上印刷有标记104的区域114上而形成。

根据本发明的另一方面，提供了一种方法600，包括以下步骤：

-在基底表面上提供620标记，该标记代表视觉信息；

-在标记上设置630层，该层包括热致变色材料，该热致变色材料适于改变该层的光吸收，使得当该层的温度超过阈值温度时，该标记变得可见；和

-提供640用于加热该层的加热元件。

优选地，方法600还包括在表面上提供610基层的步骤，其中提供620标记的步骤包括直接在基层上提供标记。

优选地，提供620标记的步骤包括在表面上印刷、压印或喷涂标记。

设置630步骤包括将粘合剂组合物和热致变色材料的混合物设置在标记上。

图6示出了根据本发明的方法600的流程图。方法600包括以下步骤：

-在基底表面上提供620标记，该标记代表视觉信息；

-在标记上设置630层，该层包括热致变色材料，该热致变色材料适于改变该层的光吸收，使得当该层的温度超过阈值温度时，该标记变得可见；和

-提供640用于加热该层的加热元件。

如前所述，步骤620可以例如包括在表面上印刷、压印或喷涂标记。

在步骤630中，该层与表面热接触。

步骤630包括将粘合剂组合物和热致变色材料的混合物设置于标记上。该层包括热致变色材料，其适于在超过阈值温度时改变该层的光吸收。高于阈值温度时视觉信息通过该层传递。

在步骤640中，提供加热元件用于加热该层。

优选地，该方法进一步包括在表面上提供610基层的步骤，其中提供620标记的步骤包括直接在基层上提供标记。如前所述，标记的颜色和/或纹理可与基层形成对比，使得标记在高于阈值温度时可被视觉感知。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元素或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除复数。在相互不同的从属权利要求中列举某些措施这一事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何参考标记不应被解释为限制范围。