2017 变色材料 515111910060 傅璟
2017 515111910060 傅璟
CONTENTS 光致变色材料 简介+应用实例 热致变色材料 02 简介+应用实例 电致变色材料 03 简介+应用实例
CONTENTS 01 电致变色材料 简介+应用实例 02 03 热致变色材料 简介+应用实例 光致变色材料 简介+应用实例
显色原理 物质颜色 吸收光 颜 波长范围nm 从微观分子结构的观点来看，分子的颜色 紫 400-450 变化和分子吸收光子而发生由低能级向高 蓝 450-480 480-490 能级跃迁所对应的吸收光谱的位置密切相 橙红 绿蓝 蓝绿 490-500 关。 紫红 绿 500-560 当吸收光谱处在可见光区就显示颜色，其 鉴 黄 560-580 黄 580-600 颜色为被吸收波长光线颜色的补色。 绿蓝 600-650 蓝绿 红 650-700
显色原理 从微观分子结构的观点来看，分子的颜色 变化和分子吸收光子而发生由低能级向高 能级跃迁所对应的吸收光谱的位置密切相 关。 当吸收光谱处在可见光区就显示颜色，其 颜色为被吸收波长光线颜色的补色。 物质颜色
原理-无机体系 01 另一种变色机理是Schirmer等在1980年 典型无机体系的变色是由于可逆的 费养静 氧化还原反应，如WO3为半导体材 料，其变色机理可用1975年由 中离子 晶 Faughnan提出的双电荷注入/抽出模 32g4相 型解释，即在紫外光照射下，价带 C2集g4翼 注低温 中电子被激发到导带中，产生电子 务不病型，熟时它转 空穴对，随后光生电子被WV)捕 获，生成WV,同时光生空穴氧 依构程乱：B层月素是这 B -O-WWE 因 化薄膜内部或表面的还原物种，生 成质子H+,注入薄膜内部，与被还 朱变此典型无机材料的光致变色效 原的氧化物结合生成蓝色的钨青铜 应具有良好的可逆性和耐疲劳性能。 HxWO,该蓝色是由于W(V)价带 中电子向WVW导带跃迁的结果。 02
原理-无机体系 01 02 另一种变色机理是Schirmer等在1980年 所提出的小极化子模型，他们认为， 光谱吸收是由于不等价的2个钨原子之 间的极化子跃迁所产生，即注入电子 被局域在W(V）位置上，并对周围的晶 格产生极化作用，形成小极化子。入 射光子被这些极化子吸收，从一种状 态变到另一种状态，可简略表示如下： WA (V)-O-WB (VI）→WA (VI)-O-WB (V) 由于 上述变化不会引起材料晶体结构的破 坏，因此典型无机材料的光致变色效 应具有良好的可逆性和耐疲劳性能。 典型无机体系的变色是由于可逆的 氧化-还原反应，如WO3为半导体材 料，其变色机理可用1975年由 Faughnan提出的双电荷注入/抽出模 型解释，即在紫外光照射下，价带 中电子被激发到导带中，产生电子 空穴对，随后光生电子被W(VI）捕 获，生成W(V），同时光生空穴氧 化薄膜内部或表面的还原物种，生 成质子H+，注入薄膜内部，与被还 原的氧化物结合生成蓝色的钨青铜 HxWO3，该蓝色是由于W(V）价带 中电子向W(VI）导带跃迁的结果。 晶格点阵扩张, 原子间距离改变, 晶体 结构的变化： 铬原子占据八面体或似八面体格点阵, 温度变化时, 它与中心离子的距离发生 变化而导致颜色变化。Ag2HgI4 和 Cu2HgI4 的晶型在低温下是β型式的正 四方体构型, 当加热时它们转变成立方 体构型(即 α型) , β—α是同素异型体, 这 种同素异型晶格的相互转变使颜色发 生变化
原理-有机体系 hv N=N 03 hy'or heat trans-azobenzene cis-azobenzene 有机体系的光致热致变色主要来源于分子结 构的某种改变，其反应方式主要包括：价键异构 UV light 顺反异构、键断裂、聚合作用、氧化-还原、周 环反应等。这些有机变色分子以某种速度反向异 visible light 构化为更稳定的形式，并且这种反异构化通过加 R 热而加速。因此，光致变色和热致变色化合物之 open form closed form 间有着密切的关系。 (generally colorless) (generally colored) 而电致有机分子在氧化还原过程中会出现颜 色变换。一开始分子内部电子迁移受到禁阻，因 此颜色较浅。随着施加电位的提高，中性态结构 逐渐向部分氧化态转变，最终生成稳定的离子形 UV 式。 heat leuco form colored form
原理-有机体系 03 有机 体 系的光 致 热 致 变色 主 要来 源于 分 子结 构的某种改 变，其 反 应 方 式 主要 包 括 ： 价键 异 构、 顺反异构、 键断裂 、 聚 合 作 用、 氧 化 - 还原 、周 环反应等。 这些有 机 变 色 分 子以 某 种 速 度反 向 异 构化为更稳 定的形 式 ， 并 且 这种 反 异 构 化通 过 加 热而加速。 因此， 光 致 变 色 和热 致 变 色 化合 物 之 间有着密切 的关系 。 而电 致 有机分 子 在 氧 化还 原 过程 中会 出 现颜 色变换。一 开始分 子 内 部 电 子迁 移 受 到 禁阻 ， 因 此颜色较浅 。随着 施 加 电 位 的提 高 ， 中 性态 结 构 逐渐向部分 氧化态 转 变 ， 最 终生 成 稳 定 的离 子 形 式
01 光致变色材料
01 光致变色材料
简介 光致变色材料，是指受到光源激发后能够发生颜色变化的一类材料。光致变色是化 学物质在两种形式之间通过吸收电磁辐射而可逆转化的形式，其中两种形式具有不同的吸 收光谱。简而言之，这可以被描述为暴露于光线时可逆的颜色变化。 在19世纪8O年代后期发现了光致变色，Markwaldi研究了固态的2,3,4,4-四氯萘 -1(4H)-酮的可逆变色。他将这种现象称为“光向性”。 直到2O世纪5O年代，以色列的魏兹曼科学研究所的耶胡达赫希伯格才提出“光致变 色”一词。光致变色可以在有机和无机化合物中发生，并且在生物系统中也有其地位。 第一个成功的商业应用始于2O世纪6O年代，美国的Corning工作室的两位材料学 家Amistead和Stooky首先发现了含卤化银(AgX)玻璃的可逆光致变色性能
简介 光致变色材料，是指受到光源激发后能够发生颜色变化的一类材料。光致变色是化 学物质在两种形式之间通过吸收电磁辐射而可逆转化的形式，其中两种形式具有不同的吸 收光谱。简而言之，这可以被描述为暴露于光线时可逆的颜色变化。 在19世纪80年代后期发现了光致变色，Markwald研究了固态的2,3,4,4-四氯萘 -1（4H） - 酮的可逆变色。 他将这种现象称为“光向性”。 直到20世纪50年代，以色列的魏兹曼科学研究所的耶胡达·赫希伯格才提出“光致变 色”一词。 光致变色可以在有机和无机化合物中发生，并且在生物系统中也有其地位。 第一个成功的商业应用始于20世纪60年代，美国的Corning工作室的两位材料学 家Amistead和Stooky首先发现了含卤化银(AgX）玻璃的可逆光致变色性能
应用：太阳眼镜 将纳米级氯化银与氯化铜（工）粒子同置天玻璃镜片 中，当受到阳光照射时，方程式1)向右进行。镜 片中出现银的微粒，镜片会立即变成黑褐色。这种 太阳眼镜从室外移入室内时，因光线减弱，反应向 左，银粒变成氯化银，镜片自动由黑褐色回复澄清。 此类材料的缺点为变色速率较为缓慢，变色时间有 时长达3“4分钟，且变色速度受到温度的影响， 目前量产商品主要应用于变色太阳眼镜上。 应用光致变色技术最大的限制是材料的稳定性 不足以承受室外长达数千小时以上的暴露，因此户 外长期的应用仍有待研究以突破技术瓶颈。 AgCl(s)+Cu*aq+光→Agg+Caq)+Cu2+aq (1)
应用：太阳眼镜 太阳眼镜的的镜片是光致变色玻璃，由 光致变色材料与玻璃所组成，照光时改变其 光学特性，并具有可逆性。 将纳米级氯化银与氯化铜(I)粒子同置于玻璃镜片 中，当受到阳光照射时，方程式(1)向右进行。镜 片中出现银的微粒，镜片会立即变成黑褐色。这种 太阳眼镜从室外移入室内时，因光线减弱，反应向 左，银粒变成氯化银，镜片自动由黑褐色回复澄清。 此类材料的缺点为变色速率较为缓慢，变色时间有 时长达3~4分钟，且变色速度受到温度的影响， 目前量产商品主要应用于变色太阳眼镜上。 应用光致变色技术最大的限制是材料的稳定性 不足以承受室外长达数千小时以上的暴露，因此户 外长期的应用仍有待研究以突破技术瓶颈
国防上的用途 信息存储元件 利用光致变色化合物受不同强度和波 应用前景 光致变色材料对强光特别敏感，可以 长光照射时可反复循环变色的特点， 测量电离辐射（紫外线、X射线、y射线） 等的剂量。如将其涂在飞船的外部， 可以将其制成计算机的记忆存储兀件， 实现信息的记忆与消除过程. 能快速精确地计量出高辐射的剂量。 用于武器上，可记录飞机、军舰的行 装饰和防护包装材料 回 踪，形成可褪色的暂时痕迹。 光致变色化合物可用作指甲漆、漆雕工 自显影全息记录照相 艺品、服装、墙壁纸等装饰品。还可将 在透明胶片上涂一层很薄的光致变色物 光致变色化合物制成包装膜、建筑物的 9 质，只对紫外光感光，从而形成有色影 调光玻璃窗、汽车及飞机的屏风玻璃等， 像。这种成像方法分辨率高，无操作误 防护日光照射，保证安全。 差，而且影像可以反正录制和消除
应用前景 国防上的用途 光致变色材料对强光特别敏感，可以 测量电离辐射(紫外线、X射线、y射线) 等的剂量。如将其涂在飞船的外部， 能快速精确地计量出高辐射的剂量。 用于武器上，可记录飞机、军舰的行 踪，形成可褪色的暂时痕迹。 自显影全息记录照相 在透明胶片上涂一层很薄的光致变色物 质，只对紫外光感光，从而形成有色影 像。这种成像方法分辨率高，无操作误 差，而且影像可以反正录制和消除。 信息存储元件 利用光致变色化合物受不同强度和波 长光照射时可反复循环变色的特点， 可以将其制成计算机的记忆存储兀件， 实现信息的记忆与消除过程. 装饰和防护包装材料 光致变色化合物可用作指甲漆、漆雕工 艺品、服装、墙壁纸等装饰品。还可将 光致变色化合物制成包装膜、建筑物的 调光玻璃窗、汽车及飞机的屏风玻璃等， 防护日光照射，保证安全
02 热致变色材料
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