掺杂光致变色材料的涂料光致变色性能的研究

　3国家自然科学基金(20490210)

　柏立岗:男,1973年生,主要从事涂料的研究　Tel :022*********　E 2mail :bailigang727@https://www.wendangku.net/doc/dd834611.html,

掺杂光致变色材料的涂料光致变色性能的研究3

柏立岗

(天津城市建设学院监理公司,天津300384)

摘要 提出一种能用太阳光(或紫外光)调节色彩的涂料制备方法。通过光致变色材料、紫外线吸收剂和涂料的协同作用,当太阳光(或紫外光)照射后,漆膜能自动变色,但在无照射时又能恢复原有颜色。此涂料色彩丰富、图案变化多样,让人感觉更舒适。

关键词 掺杂光致变色材料　涂料　光致变色　紫外线吸收剂

Studies on Photochromic Properties of Coating with Blended Photochromic Materials

BA I Ligang

(Supervised Company ,Tianjin Institute of Urban Construction ,Tianjin 300384)

Abstract A photochromic polyester paint which can be used to adjust the color is developed.By co 2operative

f unction of photochromic material ,UV absorbent and polyester paint ,the formed film can automatically change color after irradiation ,but it can restore intrinsic color.Abundant color and changef ul design mate a more comfortable envi 2ronment.

K ey w ords blended photochromic materials ,coating ,photochromism ,UV absorbent

有机光致变色材料是一种有着潜在应用前景的光信息存储和光记录材料,近年来已经引起极大的兴趣[1]。吡喃类化合物由于具有较好的光响应性、较快的褪色速度以及较好的光稳定性,而成为继螺噁嗪之后,另一类具有实际应用价值的光致变色材料[2～6],其光致变色现象皆由化合物结构变化而产生,通过键的异裂和重新组合而实现。

本文研制的光致变色涂料指涂层的颜色随环境条件如太阳光(或紫外光)变化而变化的涂料,在涂料中加入光致变色的萘并吡喃,利用光照下C 2O 键的裂解而得到颜色。我们曾对2,22二芳基取代萘并吡喃化合物的光致变色机理进行了研究[7],认为这类化合物的光致变色过程是通过键的异裂和重新组合实现的,但在无照射时又能恢复原有颜色。此涂料色彩丰富、图案变化多样,可以满足不同的装饰要求,让人感觉更舒适;不仅拥有多彩涂料的多种颜色,还可以利用太阳光(或紫外光)来调节色彩,即实现光控的目的,见图1

。

图1　光调控的、智能化的多功能新材料

Fig.1　The intellectu alized multifunctional m aterials

controlled by UV 2vis light

1　实验

1.1　原料和仪器

萘并吡喃化合物1～6,自制,所用试剂均经过常规处理。聚(氨)酯涂料、硝基涂料,市售,工业品。

Schimadzu UV 22101PC 型紫外可见分光光度计。

1.2　光致变色材料的制备

萘并吡喃化合物1～6参照文献[6,8]方法制备,见图2

。

1.3　光致变色涂料的制备

光致变色涂料的配方见表1。按照表1的配方比例,首先将光致变色材料充分研细,加入抗氧剂CA 和光稳定剂UV 2

770,可加适量溶剂丙酮助溶。然后把已充分研细的光致变色复

合物(光致变色物质、抗氧剂CA 和光稳定剂UV 2770)按配方比例加入清漆中,接着按比例加入稀释剂充分搅拌,使之成分子状态。按照通常的喷涂工艺即成光致变色涂层。

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133?掺杂光致变色材料的涂料光致变色性能的研究/柏立岗

表1　光致变色涂料的配方

Table 1　The compositions of photochromic coating

原材料

重量分数/%

萘并吡喃化合物1～62～10抗氧剂CA 0.

5～1光稳定剂UV 2770

0.5～1涂料

88～97

本文用萘并吡喃化合物

1～6制备光致变色的聚酯类涂料,并用萘并吡喃化合物5制备出聚氨酯涂料和硝基涂料。

经过多次试验,光致变色材料目前市场常用的聚酯类涂料光致变色效果皆很好。该类涂料清澈透明,光致变色物质加入后不影响其透明度。加入光致变色材料后的喷涂工艺不变。

1.4　涂料的性能测试

对萘并吡喃化合物1～6在聚酯漆中的光致变色薄膜,在Schimadzu UV 22101PC 型紫外

2可见分光光度计上测定其光照前后的紫外2可见光谱以确定光致变色涂料的光致变色性能。

室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量测试采用国标G B 1858222001标准。

2　结果与讨论

2.1　聚酯类涂料的光致变色性能

聚酯类涂料光照前后有明显的颜色变化。萘并吡喃化合物2和5在聚酯类涂料中的可见2紫外吸收光谱分别见图3和图

4。由图3和图4可以看出,萘并吡喃化合物2、5在聚酯类涂料中具有较好的光致变色性能,在紫外或太阳光照射后颜色变化很快,但在无照射时又能很快地恢复原有颜色。

图3　萘并吡喃化合物2在聚酯类涂料中的可见2紫外吸收光谱

Fig.3　UV 2vis absorption spectra of compound 2

图4　萘并吡喃化合物5在聚酯类涂料中的可见2紫外吸收光谱Fig.4　UV 2vis absorption spectra of compound 5

萘并吡喃化合物在涂料中紫外2可见吸收光谱图光照前后

的最大吸收波长和吸光度值见表2。从表2数据可知,随着芳

环上的取代基的吸电子能力的增强,光照后的最大吸收波长出现红移。

表2　光致变色萘并吡喃化合物1～6制备的聚酯类涂料

的光致变色性能

Table 2　The photochromic properties of polyster coating blended photochromic materials with naph thypran1～6样品

最大吸收波长/nm 最大吸收波长处的吸收强度光照前后的颜色变化光照前光照后14720.079无色黄色24220.289无色浅黄色34850.117无色茶色44900.073无色浅黄色5502 1.052浅粉红色深红色6

5090.045无色茶色

2.2　聚酯类涂料中光照前后颜色的变化

图5为萘并吡喃化合物1～6制备的聚酯类涂料在紫外或

太阳光照射前后颜色变化的数码照。可以看出,在紫外或太阳光照射后颜色变化很快。

图5　萘并吡喃化合物1～6在聚酯类涂料中光照前后颜色的变化

Fig.5　The color changes polyester coating blended with naphthypyran 1～6before (left)and after (right)irradiation

图6　萘并吡喃5在不同涂料中的紫外2可见吸收光谱的

紫外吸收消色过程的时间曲线

Fig.6　The absorb ansce change at the λm ax of naphthopyran 5in

different coating during the coloration process after irradiation

(下转第335页)

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233?材料导报 2007年5月第21卷专辑Ⅷ

参考文献

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(上接第330页)

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(上接第332页)

2.3　不同类涂料的光致变色性能比较

萘并吡喃5在聚酯类、聚氨酯类和硝基类涂料中的紫外2可见吸收光谱的紫外吸收消色过程的时间曲线见图6。由图6可见,3种涂料中萘并吡喃5的光致变色现象都非常好。萘并吡喃5在聚酯类涂料中消色最快,其次是在聚氨酯涂料中。在硝基类涂料中色度变化相对小些。而且,在硝基类涂料中耐疲劳度极差。

3　结论

以市场销售的涂料为基料,加入自制的光致变色材料,可以得到智能化的光致变色涂料。可以根据实际需要更换不同的光致变色材料,或者根据不同比例的光致变色材料之间配色得到多种颜色变换的效果。光致变色涂料不仅拥有多彩涂料的多种颜色,还可以利用太阳光(或紫外光)来调节色彩,即实现光控的目的。

参考文献

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5

3

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自蔓延高温合成钡铁氧体的研究/兰银辉等

5 有机光致变色材料

一、绪论
应用有机化学
在外界激发源的作用下，一种物质或一个体系 发生颜色明显变化的现象称为变色性。
有机光致变色 光致变色材料 第五章 有机光致变色材料
光致变色(photochromism)： 光致变色
分子能够可逆地在两种不同吸收光谱的状态之间的转化， 光致变色是指一种化合物A受到一定波长的光照射时，可 光致变色 发生光化学反应得到产物B，A和B的颜色（即对光的吸收）明 显不同。B在另外一束光的照射下或经加热又可恢复到原来的 形式A。光致变色是一种可逆的化学反应，这是一个重要的判 断标准。 至少有一个反应是光激发的。当然，两种不同的形态不仅是它 们的吸收光谱不同，也可以是其它参数如氧化还原电位、电介 质常数等的不同。 在光作用下发生的不可逆反应，也可导致颜色的变化，只 属于一般的光化学范畴，而不属于光致变色范畴。
将光致变色色素加入透明树脂中，制成光变色材料，可以 用于太阳眼镜片，国内在变色眼镜方面已开始应用。将光致变 光致变色的材料早在1867年就有所报道，但直至1956年 Hirshberg提出光致变色材料应用于光记录存储的可能性之 后，才引起了广泛的注意。研究光致变色材料最多的国家是 美 国 、 日 本 、 法 国 等 ， 日 本在 民用 行 业 上开 发比 较 早。 色色素与高聚物连接在一起，可以制成具有光变色性能的材 料，在光电技术和光控装置中很有应用前景。用光致变色材料 可以做成透明塑料薄膜，贴到或嵌入汽车玻璃或窗玻璃上，日 光照射马上变色，使日光不刺眼，保护视力，保证安全，并可 起到调节室内和汽车内温度的作用；还可以溶人或混入塑料薄 膜中，用作农业大棚农膜，增加农产品、蔬菜、水果等的产 量。另一个重要的用途是用作军事上的隐蔽材料，例如军事人 员的服装和战斗武器的外罩等。
1

光致变色材料制备用途以及进展

光致变色材料制备用途以及进展 （青岛科技大学化学与分子工程学院应用化学084班李） 摘要： 本文针对光致变色材料这一新型材料，综述了光致变色材料的变色原理及分类，并着重对含氧、氮、硫杂螺环结构的光致变色化合物研究进展，有机光致变色高分子材料的加工方法、性能优劣及研究进展进行了论述，最后对光致变色材料的应用前景进行了总结和展望。 关键词：光致变色有机光致变色材料含氧、氮、硫杂螺环结构的光致变色 化合物 1 光致变色原理 光致变色现象［1］（对光反应变色）指一个化合物(A)受一定波长( 1)光的照射，进行特定化学反应生成产物(B)，其吸收光谱发生明显的变化；在另一波长( 2)的光照射下或热的作用下，又恢复到原来的形式： 严格意义上的光致变色化合物的主要结构形式有两种：1）光致变色材料分子作为侧链基团直接或通过间隔基与主链大分子相联；2）光致变色材料分子作为主链结构单元或共聚单元而形成聚合物但随着研究的不断深入，变色材料种类和结构形式也不断扩大，也有人认为将光致变色化合物添加到聚合物中形成聚合物的类型添加进来，但此种形式仍存在广泛争议 光致变色材料发展至今，按照不同判别标准其分类方式多种多样如果按照材料光反应前后颜色不同分类，可分为正光色性类和逆光色性类两种；而按照变色机理进行分类时，则可分为T类型和P类型；P类型材料的消色过程是光化学过程，有较好的稳定性和变色选择性［2］。 但应用最广泛的分类方法则是按照材料物质的化学成分进行分类，即分为无机化合物和有机化合物两大类 它主要有三个特点［3］：①有色和无色亚稳态问的可控可逆变化；②分子规模的变化过程；③亚稳态间的变化过程与作用光强度呈线性关系。光致变色反应中的成色和消色过程的速度和循环次数(即抗疲劳性)是其实际应用的决定性因素。 光致变色材料要想真正达到实用化，还必须满足以下条件： ○1A和B有足够高的稳定性； ○2A和B有足够长的循环寿命； ○3吸收带在可见光区；响应速度快，灵敏度高。 2 含氧、氮、硫杂螺环结构的光致变色化合物 2.1 螺吡喃化合物 1952 年Fisdher 和Hirshberg[4]首次发现了螺吡喃的光致变色性质, 1956年

有机光致变色存储材料进展

有机光致变色存储材料进展Ξ 李　瑛　谢明贵 (四川大学化学系,成都,610064) 摘　要　本文综述了最近二十年来在有机光致变色存储材料方面的进展。 关键词　光盘　有机光存储材料　光致变色化合物 1　引　言 光致变色现象最早是在生物体内发现,距今已有一百多年的历史。随后,本世纪40年代又发现了无机化合物和有机化合物的光致变色现象。光致变色材料的特异性能给这类化合物带来了广阔的、重要的应用前景。尤其是有机光致变色材料与半导体激光信号相匹配,成为新的一代光信息存储材料[1]。1993年9月在法国召开的首届有机光致变色化学和材料国际学术讨论会,宣告了一个在化学、物理和材料科学基础上互相渗透、互相交叉的新学科“光致变色化学和材料科学”的诞生。 光盘是继缩微技术(始于40年代)和磁性存储介质(始于60年代)之后所发展起来的一种崭新的信息存储系统[2]。它是通过激光束照射到旋转的圆盘(由保护层、记录介质层、反射层及基片组成)上,利用记录介质层所发生的物理和(或)化学变化,从而改变光的反射和透过强度而进行二进制讯息的记录。它的特点是:存储密度高、信息容量大(比磁盘高100倍以上);保存时间长(可达100年以上);防污染性能好;读出速度快。光盘的光学记录层分为:形成坑或孔的记录层、形成热泡的记录层、磁光记录层、染料/聚合物记录层、相变记录层和合金记录层。依功能的不同,光盘可分为三大类型:只读型光盘(Read only memory,ROM);一次写多次读型光盘(Write once read many,WORM)和可擦除型光盘(Erasable direct read after write,EDRAW)。根据当前光盘的发展趋势,本文将主要讨论EDRAW类型光盘用有机光致变色存储材料。 2　EDRAW光盘的结构及主要类型EDRAW光盘不同于CD(Compact disc)和WORW光盘,其存储是可逆的,即可写、读、擦。目前的EDRAW光盘存储信息密度达108bit/cm2,光道密度达8000～9000tracks/cm(磁盘1000～1500track/cm)。研制的类型主要有基于磁光效应(Mag2 neto-optical,m/o),可逆相变(Reversible phase change),光致变色(Photochromic)等。目前已经商品化的是磁光盘及相变光盘,但均系无机存储材料。 EDRAW光盘有两种规格,一是直径为3.25″(约130M Byte)主要用于个人电脑;另一种直径为5.25″(约300M Byte)用于档案数据存储。EDRAW 光盘的结构见图1 。 图1　EDRAW光盘结构示意图 Fig1Schematic structure of EDRAW disk 3　光致变色存储的工作原理 3.1　光致变色 一些无机和有机化合物,在某些波长的光作用下,其颜色发生可逆的变化,这就是光致变色现象。它具有三个主要特点:(a)有色和无色亚稳态间的可控可逆变化;(b)分子规模的变化过程;(c)亚稳态间的变化程度与作用光强度呈线性关系。 A λ 1 λ 2 B 大多数有机光致变色物质对紫外线敏感易变色,受热,可见光和红外线又会使其消色。光致变色物质可分为两大类:正光致变色性(Normal pho2 tochromism)和逆光致变色性(Reverse pho2 tochromism)。若λ2>λ1,此称为(正)光致变色。其中A B为光发色反应,B A为光退色或热退 Ξ四川省科学基金资助项目初稿收到日期:1997203215终稿收到日期:1997205230

有机光致变色材料汇总

有机光致变色材料 有机光致变色现象发现至今已有100 多年的历史。1867年Fritzsche 观察到黄色的并四苯在空气和光作用下的褪色现象,所生成的物质受热时重新生成并四苯,变回原来的颜色。1876 年Meer 首先报道了二硝基甲烷的钾盐经光照发生颜色变化。Markward 于1899 年研究了1 ,42二氢22 ,3 ,4 ,42四氯萘212酮在光作用下生的可逆的颜色变化行为,并把这种现象称为光色互变。 20 世纪50年代Hirshberg 陆续报道了关于螺吡蝻类化合物受光照变色,在另波长的光照射下或热的作用下又能恢复到原来颜色的现象,并把上述现象称为光致变色现象(photochromism) 。 20 世纪80 年代螺噁嗪类、苯并吡喃类抗疲劳性较好的化合物的发现使得光致变色化合物研究真正兴起。目前,对光致变色化合物的研究主要集中在俘精酸酐、二芳基乙烯、螺吡喃、螺噁嗪以及相关的杂环化合物上,同时也在探索和发现新的光致变色体系。 光致变色现象 光致变色现象[6 ] 是指一个化合物(A) 在受到一定波长的光照

射时,可进行特定的光化学反应,获得产物(B) ,由于结构或电子组态的改变而导致其吸收光谱发生明显的变化;而在另一波长光的照射下或热的作用下,又能恢复到原来的形式。其典型的紫外- 可见吸收光谱和光致变色反应可 以用图1 - 1 定性描述 1 有机光致变色化合物的分类 1．1 有机光致变色化合物 有机光致变色材料种类繁多，反应机理也不尽相同，主要包括：①键的异裂，如螺吡喃、螺嗯嗪等；②键的均裂，如六苯基双咪唑等；③电子转移互变异构，如水杨醛缩苯胺类化合物等；④顺反异构，如周萘靛兰类染料、偶氮化合物等；⑤氧化还原反应，如稠环芳香化合物、噻嗪类等；⑥周环化反应，如俘精酸酐类、

光致变色材料的研究及应用进展

Journal of Advances in Physical Chemistry 物理化学进展, 2018, 7(3), 139-146 Published Online August 2018 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/dd834611.html,/journal/japc https://https://www.wendangku.net/doc/dd834611.html,/10.12677/japc.2018.73017 Research and Application Progress of Photochromic Materials Yue Sun College of Chemistry and Chemical Engineering, Southwest Petroleum University, Chengdu Sichuan Received: Aug. 5th, 2018; accepted: Aug. 18th, 2018; published: Aug. 27th, 2018 Abstract Photochromic materials, as an important subject in the field of high technology, have wide appli-cation value and development prospect. According to different types, this paper summarizes the research progress and related applications of organic photochromic materials, inorganic pho-tochromic materials and inorganic-organic hybrid photochromic materials, and briefly discusses the future development trend. Keywords Photochromatism, Research Progress, Application, Development Trend 光致变色材料的研究及应用进展 孙悦 西南石油大学化学化工学院，四川成都 收稿日期：2018年8月5日；录用日期：2018年8月18日；发布日期：2018年8月27日 摘要 光致变色材料作为当前高科技领域研究的重要课题，具有广阔的应用价值和发展前景。根据类型不同，本文分别综述了有机光致变色材料、无机光致变色材料以及无机–有机杂化光致变色材料的研究进展及相关应用，并对光致变色材料未来的发展趋势作了简要探讨。 关键词 光致变色，研究进展，应用，发展趋势

有机光致变色材料最新研究综述

有机光致变色材料最新研究综述 刘辉 （武汉理工大学理学院） 摘要：本文介绍了有机光致变色材料体系的国内国外研究发展过程，介绍了不同体系光致变色机理，光致变色材料在信息、染料等方面的应用。 关键词：有机光致变色材料机理应用 The Recect Advance in Organic Photochromic System Hui Liu (Wuhan University of Technology) Abstract:This article have introduced the recent advance in organic photochromic system .The application of photochromic system in the area of IT、dyestuff and so on.The chromic mechanism of photochromic. Key words: Organic photochromic system mechanism application 前言 光致变色（Photochromism）是指化合物A在一定波长λ1光照射下，通过特定的化学反应生成结构和光学性能不同的化合物B，在另外一定波长λ2或者热的条件下，B又会可逆地生成化合物A的现象，其变化化学式如下：

这一过程的基本特征是：A、B在一定条件下都能稳定存在，且颜色区别明显，；A和B之间的变化是可逆的。其中温度导致的褪色材料称为T（Thermal）型，这类材料受到激发后反应速度和褪色速度都比较快；光辐射作用导致的变色材料称为P(Photoactive)型，这类材料的消色过程是光化学过程，有较好的稳定性和变色选择性。【1】 本文着重介绍有机光致变色的国内外发展状况和各变色体系的变色机理。 1光致变色材料的分类 1.1有机光致变色化合物 有机光致变色材料种类很多，反应机理也不尽相同，主要包括：①键的异裂，如螺吡喃、螺噁嗪等；②键的均裂，如六苯基双咪唑等；③电子转移互变异构，如水杨醛苯胺类化合物等；④顺反异构，如偶氮化合物等；⑤周环化反应，如俘精酸酐类，二芳基乙烯等。下面介绍几类主要的有机光致变色材料。 （1）螺吡喃类 螺吡喃是有机光致变色材料中研究和应用最早、最广泛的材料之一，其变色机理：

光致变色材料

光致变色材料 世界正因为有了颜色而五光十色，生活正因为有了颜色而变得多姿多彩，这一切都来自于大自然的馈赠和人类的聪明才智。随着科技一日千里，人类已经能用多种方式来表现颜色、应用颜色，其中变色材料的研制和应用给我们带来耳目一新的“多彩”生活。 在外界激发源的作用下，一种物质或一个体系发生颜色明显变化的现象称为变色性。光致变色是指一种化合物A受到一定波长的光照射时，可发生光化学反应得到产物B，A和B的颜色（即对光的吸收）明显不同。B在另外一束光的照射下或经加热又可恢复到原来的形式A。光致变色是一种可逆的化学反应，这是一个重要的判断标准。在光作用下发生的不可逆反应，也可导致颜色的变化，只属于一般的光化学范畴，而不属于光致变色范畴。 光致变色的材料早在1867年就有所报道，但直至1956年Hirshberg提出光致变色材料应用于光记录存储的可能性之后，才引起了广泛的注意。光致变色现象指的是化合物在受光照射后，其吸收光谱发生改变的可逆过程，具有这种性质的物质称为光致变色材料或光致变色色素。人们最熟知的就是通常感光照相使用的卤化银体系，分散在玻璃或胶片中的银微晶在紫外光照下成黑色，但在黑暗下加热又逆转，变成无色状态。目前，对光致变色的研究大都集中在二芳基乙烯、俘精酸酐、螺吡喃、螺嗪、偶氮类以及相关的杂环化合物上，同时也在继续探索和发现新的光致变色体系。研究光致变色材料最多的国家是美国、日本、法国等，日本在民用行业上开发比较早。 将光致变色色素加入透明树脂中，制成光变色材料，可以用于太阳眼镜片，国内在变色眼镜方面已开始应用。将光致变色色素与高聚物连接在一起，可以制成具有光变色性能的材料，在光电技术和光控装置中很有应用前景。用光致变色材料的涂料可以制作成各种日用品、服装、玩具、装饰品、童车或涂布到内外墙上、公路标牌和建筑物等的各种标示、图案，在光照下会呈现出色彩丰富、艳丽的图案或花纹，美化人们的生活及环境；可以做成透明塑料薄膜，贴到或嵌入汽车玻璃或窗玻璃上，日光照射马上变色，使日光不刺眼，保护视力，保证安全，并可起到调节室内和汽车内温度的作用；还可以溶人或混入塑料薄膜中，用作农业大棚农膜，增加农产品、蔬菜、水果等的产量。另一个重要的用途是用作军事上的隐蔽材料，例如军事人员的服装和战斗武器的外罩等。 近年来，将光致变色材料用于光信息存储、光调控、光开关、光学器件材料、光信息基因材料、修饰基因芯片材料等领域受到全球范围内的广泛关注。我国研究者利用新型热稳定螺噁嗪类材料进行可擦除高密度光学信息存储研究方面取得新进展。他们设计合成了一种具有良好开环体热稳定性的新型螺噁嗪分子SOFC。这类新型光致变色材料用于信息存储表现出良好的稳定性，而且可以进行信息的反复写入和擦除，并可应用于基于双光子技术的多层三维高密度光学信息存储，表现出很强的应用前景。

光致变色材料制备汇编

光致变色材料制备与合成 摘要：本文针对光致变色材料这一新型材料，综述了光致变色材料的变色原理及分类，并着重对含氧、氮、硫杂螺环结构的光致变色化合物研究进展，有机光致变色高分子材料的加工方法、性能优劣及研究进展进行了论述，最后对光致变色材料的应用前景进行了总结和展望。 关键词：光致变色有机光致变色材料含氧、氮、硫杂螺环结构的光致变色化合物 1 光致变色原理 光致变色现象［1］（对光反应变色）指一个化合物(A)受一定波长( 1)光的照射，进行特定化学反应生成产物(B)，其吸收光谱发生明显的变化；在另一波长( 2)的光照射下或热的作用下，又恢复到原来的形式： 严格意义上的光致变色化合物的主要结构形式有两种：1）光致变色材料分子作为侧链基团直接或通过间隔基与主链大分子相联；2）光致变色材料分子作为主链结构单元或共聚单元而形成聚合物但随着研究的不断深入，变色材料种类和结构形式也不断扩大，也有人认为将光致变色化合物添加到聚合物中形成聚合物的类型添加进来，但此种形式仍存在广泛争议 光致变色材料发展至今，按照不同判别标准其分类方式多种多样如果按照材料光反应前后颜色不同分类，可分为正光色性类和逆光色性类两种；而按照变色机理进行分类时，则可分为T类型和P类型；P类型材料的消色过程是光化学过程，有较好的稳定性和变色选择性［2］。 但应用最广泛的分类方法则是按照材料物质的化学成分进行分类，即分为无机化合物和有机化合物两大类 它主要有三个特点［3］：①有色和无色亚稳态问的可控可逆变化；②分子规模的变化过程；③亚稳态间的变化过程与作用光强度呈线性关系。光致变色反应中的成色和消色过程的速度和循环次数(即抗疲劳性)是其实际应用的决定性因素。 光致变色材料要想真正达到实用化，还必须满足以下条件： ①A和B有足够高的稳定性； ②A和B有足够长的循环寿命；

有机光致变色与存储材料的研究现状

有机光致变色与存储材料的研究现状 材料化学 摘要本文综述了最近十年来在有机光致变色存储材料方面的进展。重点介绍了二芳基乙烯化合物光致变色性能的相关内容。 引言 21 世纪是信息时代, 海量信息存储与高速传输成为进一步发展信息高技术产业的要求, 光信息存储已成为当今公认的重大科学技术领域的前沿课题之一. 而且随着现代科学技术的迅猛发展, 许多领域的研究开发水平都达到了前所未有的高度, 人类对计算机、电子、生物技术、材料等诸多学科提出了更高的发展要求, 需要更加快速、大容量的信息存储材料, 响应时间上甚至希望能够达到纳秒、皮秒级, 最终的目标是在分子水平甚至原子水平上存储信息. 高性能的有机光致变色材料正是能够满足这种要求的极具潜力的存储材料之一, 因为光致变色材料是以光子方式记录信息, 一旦实用化, 将实现人们所期待的光存储高速度、大容量的特性. 基本概念与原理介绍 在外界激发源的作用下，一种物质或一个体系发生颜色明显变化的现象称为变色性。 一、光致变色现象(photochromism)： 光致变色是指一种化合物A受到一定波长(λ1)的光照射时，可发生光化学反应得到产物B，A 和B的颜色（即对光的吸收）明显不同。B在另外一束光(λ2 )的照射下或经加热又可恢复到原来的形式A。 光致变色是一种可逆的化学反应，这是一个重要的判断标 准。这种在光的作用下能够发生可逆颜色变化的化合物，称为 光致变色化合物。分子能够可逆地在两种不同吸收光谱的状态 之间的转化，至少有一个反应是光激发的。当然，两种不同的 形态不仅是它们的吸收光谱不同，也可以是其它参数如氧化还 原电位、电介质常数等的不同。 在光作用下发生的不可逆反应，也可导致颜色的变化，只 属于一般的光化学范畴，而不属于光致变色范畴。 二、光致变色存储的工作原理 光盘记录的基本原理都是基于记录介质受激光辐射后所发生的物理或化学变化为基础的。光致变色材料作记录介质时,其具体记录过程是:首先用波长λ 1 的光(擦除光) 照射,将存储介质由状 态A 转变到状态B。记录时,通过波长λ 2的光(写入光) 作二进制编码的信息写入,使被λ 2 的光照 射到那一部分由状态B 转变到状态A 而记录了二进制编码的“1”;未被λ 2 的光照射的另一部分仍为状态B ,它对应于二进制编码的“0”。 信息的读出可以用读出透射率变化的方法,也可以用读出折射率变化的方法。 读出透射率变化是利用波长λ 2 的光的照射,测量其透射率变化而读出信息的。当λ 2 的光照 射到编码为“0”处(状态B) 时,因吸收大而透射率很小。当λ 2 的光照射到编码为“1”处(状态A) 时,因无吸收而透射率大。从而根据透射率的大小能够测得已记录的信息。 读出折射率变化是利用波长不在两个吸收谱中的光的照射、测量其折射率的变化而读出信息的。这是由于吸收谱的变化必然会产生折射率的变化。但要测出状态A 和状态B 的折射率的不同,就要加厚记录介质的厚度。这样,写入光的能量密度和功率就要提高数倍。 三、主要有机光致变色体系简介

硝化纤维素键合螺恶嗪光致变色材料的制备与研究

第４１卷第１期２０１３年１月化　工　新　型　材　料 ＮＥＷ　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＶｏｌ．４１Ｎｏ．１ ·３７ ·基金项目：陕西省教育科学规划课题（ＳＧＨ１０３４０）；陕西国防工业职业技术学院科研项目（１００３）作者简介：孙宾宾（１９７７－） ，男，硕士，讲师，从事有机光致变色材料领域研究工作。硝化纤维素键合螺口恶嗪光致变色材料的制备与研究 孙宾宾１　杨　博１　王明远２ （１．陕西国防工业职业技术学院化学工程系，西安７１０３００； ２．西安凯洁精细化工制造有限公司研发部，西安７１０３０２ ）摘　要　通过接枝共聚方式，将螺口恶嗪类光致变色基团引入硝化纤维素，得到了一种均相光致变色功能高分子材料。利用核磁共振碳谱、红外光谱对其结构进行了表征。利用紫外－可见吸收光谱研究发现，产物在丙酮溶液中具有良好的光致变色性质，并且显色体消色热稳定性显著增强。新材料良好的脂溶性和光致变色性使其更具实用潜力。 关键词　硝化纤维素，螺口 恶嗪，均相，脂溶性，光致变色Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐ ｈｏｔｏｃｈｒｏｍｉｃ　ｎｉｔｒｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅｍａｔｅｒｉａｌ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　 ｓｐｉｒｏｏｘａｚｉｎｅ　ｐｅｎｄａｎｔ　ｇｒｏｕｐＳｕｎ　Ｂｉｎｂｉｎ１　Ｙａｎｇ　Ｂｏ１　Ｗａｎｇ　 Ｍｉｎｇｙｕａｎ２ （１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｘｉ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ，Ｘｉ’ａｎ　７１０３００；２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｘｉ’ａｎ　Ｋａｉｊｉｅ　Ｆｉｎｅ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉ’ａｎ　７１０３０２）Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ａ　ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ　ｐｈｏｔｏｃｈｒｏｍｉｃ　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｗａｓ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　 ｇｒａｆｔ　ｃｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｐｉｒｏｎａｐｈ－ｔｈｏｘａｚｉｎｅ　ｍｏｉｅｔｙ　 ｏｎｔｏ　ｎｉｔｒｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ．Ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔａｒｇｅｔ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｗａｓ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ　ｂｙ　ＩＲ　ａｎｄ　１３　 ＣＮＭＲ．Ｔｈｅ　ｐｈｏｔｏｃｈｒｏ－ｍｉｓｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｗａｓ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｂｙ　ＵＶ－Ｖｉｓ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈｅ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｈａｄ　ｇｏｏｄ　ｐｈｏｔｏｃｈｒｏｍｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｉｎ　ａｃｅｔｏｎｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｏｐｅｎ　ｆｏｒｍ　ｏｆ　ｔａｒｇｅｔ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｈａｄ　ｂｅｅｎ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｔｈｅｅｘｃｅｌｌｅｎｔ　ｏｒｇａｎｉｃ－ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ　 ａｎｄ　ｐｈｏｔｏｃｈｒｏｍｉｓｍ　ｍａｄｅ　ｉｔ　ｈａｄ　ｍｏｒｅ　ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅ．Ｋｅｙ　 ｗｏｒｄｓ　ｎｉｔｒｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ，ｓｐｉｒｏｏｘａｚｉｎｅ，ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ　ｐｈａｓｅ，ｏｒｇａｎｉｃ－ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ，ｐｈｏｔｏｃｈｒｏｍｉｓｍ 光致变色是指一种化合物受一定波长光的照射， 进行特定化学反应生成产物，其吸收光谱发生明显变化，在另一波长 的光照下或热的作用下，又恢复到原来的形式［ １］ 。螺口恶嗪是一类光化学性质较为优异的光致变色化合物，在紫外光照射下，螺Ｃ－Ｏ键发生断裂，生成在长波区域吸收的开环显色体部花菁结构，实现ＳＰ－ＭＣ结构的转变，如图１所示。制约螺口恶嗪类化合物在工业范围内大面积应用的一个主要问题是此类物质发生光致变色后，显色体的热稳定性较差，目前很多研究工作都围绕着改善光致变色染料显色体的热稳定性而展开。将螺口恶嗪基团引入高分子会因为空间位阻效应和极性效应而使螺口恶嗪基团显色体热消色速率减慢、 热稳定性增强，同时有利于光致变色材料的器件化，从而提高其实用价值［ ２］ 。含螺口恶嗪基团的光致变色高聚物可分为如下两类：一类是将光致 变色化合物按一定比例物理混合在高分子介质中形成的光致变色高分子，这一类在分子水平上属于非均相体系；另一类是在主链或侧链上共价连接光致变色基团的高聚物，这一类在分子水平上属于均相体系。 另一方面，硝化纤维素在涂料领域有广阔的应用价值［ ３］ ，尽管将螺口恶嗪类化合物物理混合在硝化纤维素中也可以得到具有光致变色性能的涂料，但由于两者在分子水平是非均相体系，在长期使用过程中会出现相分离等缺点；本研究通过接 枝共聚反应， 将螺口恶嗪基团以共价键形式连接在硝化纤维素高分子上，得到了一种新型的光致变色高分子材料，考察了新材料的光致变色行为 。 图１　螺口恶嗪的光致变色过程 １　实验部分 １．１　仪器与试剂 红外光谱使用ＮＥＸＵＳ－６７０型ＦＩ－ＩＲ光谱仪测试，ＫＢｒ压片；核磁共振碳谱使用Ｍｅｒｃｕｒｙ－４００型核磁共振仪测定，ＴＭＳ为内标，ａｃｅｔｏｎｅ－ｄ６为溶剂，紫外－可见吸收光谱使用Ａｇｉｌｅｎｔ－８４５３型紫外－可见吸收光谱仪测试。 硝化纤维素（ＮＣ），西安惠安化工厂，涂料级１／２秒硝化纤维素，含氮量１１．８％；９′－丙烯酰氧基吲哚啉螺萘并口恶嗪按照 相关文献［ ４］ 的方法制得并表征；其余试剂为国产分析纯。１．２　合成实验 将１．０００ｇ硝化纤维素溶于１ ５ｍＬ甲基异丁基酮中，搅拌

有机光致变色自由基化合物研究进展

有机光致变色自由基化合物研究进展 摘要：本文对近年来有机光致变色自由基化合物的研究进展进行综述，着重介绍了联茚满烯二酮类自由基衍生物的发展，对自由基的生成和变色机理做了较为细致的介绍。 关键词：光致变色，光致磁性，(联茚满)二羟基烯二酮，机自由基 前言 作为人类社会生活的物质基础，材料、能源、与信息并列为现代科学技术的三大支柱。高新技术的发展与应用给人们的生产生活带来极大的方便，同时也激励着人们向更高的目标奋进。然而，所有这些高新技术的发展与应用无一不依赖于新的特殊材料的发展与应用，它们不断引起生产力的巨大变革，推动社会向前发展。在当今社会，随着人类社会的不断进步及科学技术水平的不断提高，对材料的要求也越来越高，迫使人们不断研制开发各种新型材料，使之向着信息化、功能化、多元化和智能化的方向发展［1］。 在材料科学领域．无机材料是被广泛应用于生产生活各个部门的一类传统型材料。但是，由于其受到种类、密度和加工条件的限制，新产品的研制开发相对缓慢，已渐渐不能满足高新技术领域快速发展的需要。在这种情况下，20世纪80年代，有机固体功能材料应运而生，并很快获得了迅猛的发展，取得了丰硕的研究成果。各国政府和企业纷纷投资，激烈竞争；各种国际学术会议接踵而来［2］，若干学术刊物也相继出现［3］。 有机固体功能材料［4］是一门多学科交叉的边缘学科，涉及到有

机化学、无机化学、高分子化学、固体物理和材料科学等，研究成果遍及有机半导体、有机光导体、有机导体和超导体、导电聚合物、有机非线性光学材料、有机铁磁体等各个新型的功能材料研究领域。而且，有机分子的多样性使设计、合成具有光、电、磁等多种物理性质的化合物成为可能；同一化合物所表现出来的物理或化学性质可以相互关联或具有协同效应。因此，由多功能的有机化合物制备多功能有机固体材料具有更重大的理论意义和更广阔的应用前景，并逐渐成为有机固体功能材料领域中最热门的话题。 光致变色磁性有机材料是一个全新的研究领域，目前仅有很少的几例报道。它是把有机化合物的特殊功能性质——光致变色和特殊电子性质——磁性结合起来，形成一个新的交叉边缘研究领域。本文介绍了一类全新的，既具有最重要的特殊电子性能一磁性，同时又具有晶体状态下光致变色性能的双功能有机化合物一(联茚满)二羟基烯二酮类光致变色磁性化合物及其光致变色机理。此类化合物的研制成功不仅实现了多功能有机固体材料在高科技领域中的应用，而且为新型多功能有机固体材料的研制与开发提供了很好的理论模型，具有重要的理论意义。 一、主要的有机光致变色体系 有机光致变色物质按其反应机理可分为以下几种［5］：键的异裂，如螺吡喃、螺噻喃、螺嗯嗪等化合物；键的均裂，如三芳基咪唑二聚体等化合物；周环反应体系，如俘精酸酐等化合物；顺反异构，如偶氮化合物等；氢转移互变异构，如水杨醛缩苯胺类化合物；氧化一还

光致变色聚合物的制备

光致变色聚合物的制备 一、实验目标 1．理解光致变色的基本原理。 2．掌握光致变色聚合物的制备方法。 二、产品特性与用途 聚甲基十一碳酰基偶氮苯硅氧烷，一种光致变色聚合物，在光照下（特别是紫外光或可见光），偶氮键发生顺反式的改变，从而导致聚合物颜色的改变。主要应用于光电子器件、记录存储介质和全息照相等高科技方面。 三、实验原理 光致变色高分子是在高分子侧链上引入可逆变色基团，由于光照时化学结构产生变化，使其对可见光吸收的波长也发生变化，因而产生颜色的变化。在停止光照后，又恢复原来的颜色。本实验中，4-氨基偶氮苯、十一烯-10-酰氯、聚甲基硅氧烷为反应性物料；甲苯为溶剂，甲醇为沉淀剂；环戊二烯二聚体铂铱复合物是硅氢化反应的催化剂。反应生成的最终产物——聚甲基十一碳酰基偶氮苯硅氧烷，在光照下，偶氮键发生顺反式的改变，从而导致聚合物颜色的改变。 四、主要仪器与药品 1．主要仪器 电热恒温水浴锅，电动搅拌器，冰水浴，300mL三口烧瓶，布氏漏斗、抽滤瓶以及滤纸等。 2．主要药品 4-氨基偶氮苯，AR；十一烯-10-酰氯，AR；环戊二烯二聚体铂铱复合物，AR；聚甲基硅氧烷，AR；甲苯，AR；甲醇，AR。 五、实验内容与操作步骤 1．中间产物的合成 称量4-氨基偶氮苯20克，十一烯-10-酰氯30.4克，加入到三口烧瓶中。在60℃下搅拌反应30min，反应生成中间产物4-十一烯-10-酰胺基偶氮苯。 2．重结晶 将生成的4-十一烯-10-酰胺基偶氮苯溶于热的甲苯中，制成饱和溶液，趁热过滤。将滤液置于冰水浴中降温，这时有结晶析出。用布氏漏斗过滤，得到4-十一烯-10-酰胺基偶氮苯晶体。 3．硅氢化反应 在烧瓶中加入100mL蒸馏水，取4-十一烯-10-酰胺基偶氮苯晶体20克，与10克聚甲基硅氧烷混合，加入到烧瓶中，并加适量的催化剂环戊二烯二聚体铂铱复合物，在50℃下搅拌反应1h，生成聚甲基十一碳酰基偶氮苯硅氧烷。 4．沉淀 将反应混合液冷却到室温，加100克甲醇，此时有沉淀聚甲基十一碳酰基偶氮苯硅氧烷生成。 5．干燥 将沉淀过滤、干燥，得光致变色聚合物——聚甲基十一碳酰基偶氮苯硅氧烷。 六、实验记录与数据处理 分别用可见光和紫外光照射本实验产品，观察并记录其颜色的变化。 七、安全与环保

光致变色高分子材料

光致变色高分子材料 摘要光致变色高分子是一类新型的功能高分子材料这类材料经光照后, 其化学性能, 与物理性能特别是在颜色方面会发生可逆的变化本文对光致变色高分子的研究状况进行了较全面的综述, 文中对主要的光致变色高分子, 诸如聚甲亚胺型、硫卡巴踪型、偶氮苯型、苟二酮型、邃漆型和含螺结构型等进行了讨论。关键词：光致变色高分子原理种类合成应用 引言 高分子材料的研究与应用己给人类带来了巨大的益处, 迄今科学家们仍不遗余力开拓多种新型的高分子材料, 光致变色高分子材料就是近年来受到人们瞩目的新型功能高分子材料之一光致变色材料的研究始于本世纪初叶, 人们在对功能性染料的研究中发现多种物质在不同波长的光照射时呈现不同的颜色, 有的在可见光照射下产生颜色变化, 停止光照后又能回复原来的颜色这些现象引起高分子研究者的注意, 于是, 许多研究者们把光致变色的功能性染料引入到高分子的侧链或主链中, 或与高分子化合物共混, 从而开发出一系列具有光致变色特性的新型高分子材料功能性光致变色染料是小分子, 不便于制造成器件, 光致变色高分子恰恰在这方面有很大的优势, 因而更加促进了光致变色高分子的研究与开发。【1】 1 光致变色的基本原理 由于有机物质在结构上千差万异, 因而光致变色机理也多有不同宏观上可分为光化学过程变色和光物理过程变色两种。 光化学过程变色较为复杂, 可分为顺反异构反应、氧化还原反应、离解反应、环化反应以及氢转移互变异构化反应等等。 兹以侧链带偶氮苯的光致变色高分子为例, 这是典型的顺反异构变色机理在光作用下, 偶氮苯从稳定的反式转变为不稳定的顺式, 并伴随着颜色的转变, 后面我们将进一步说明。 关于光物理过程的变色行为, 通常是有机物质吸光而激发生成分子激发态, 主要是形成激发三线态, 而某些处于激发三线态的物质允许进行三线态一三线态的跃迁, 此时伴随有特征的吸收光谱变化而导致光致变色。

常见有机光致变色体系的研究现状

常见有机光致变色体系的研究现状 任 伟,王立艳 (吉林建筑工程学院材料科学与工程学院,吉林 长春 130021) 摘 要:介绍了常见的有机光致变色材料体系,光致变色材料在染料、民用品等方面的应用,开发有机光致变色材料作为记录 介质的光盘,已成为高技术领域的一项重大课题。综述了光致变色材料在国际和国内的研究现状。光致变色材料是当前高科技领域重要的研究课题,光致变色材料在光信息存储的高科技领域、在防伪材料、装饰材料、具有广阔的应用价值和发展前景。 关键词:有机光致变色;变色材料;光致变色化合物 The R ecent Advance i n the Organic Photochro m ic Syste m RE N W ei ,WANG L i -yan (Co llege ofM ateri a l Science and Eng ineeri n g ,Jili n A rch itectural and C i v ilEng i n eeri n g I nstitute , Jilin Changchun 130021,China) Abst ract :The co mm on or gan ic photochro m ic m ateria l syste m,the application of photochro m ic m ateria l i n dyestuff and civilian use w ere introduced .O r ganic pho tochr o m i c m ateria l as the recording m edi u m beca m e m ajor issue in h i g h-tech fie l d s .And the pho tochr o m ic m aterials in the do m estic and i n ternati o na l research sit u ation w ere rev ie w ed .Pho tochr o m ic m ateria l as reco r d i n g m ed i u m had broad app lication value and prospect i n Anti-Counterfeiti n g Pri n ting M ateri a ls and decorati v e m ateria.l K ey w ords :organic pho tochr o m ic ;disco loration m ateria;l pho tochr o m ic co m pounds 作者简介:任伟(1973-),男,哈尔滨工业大学,硕士,讲师,主要从事光致变色材料的研究。E -m ai:l R W 730131@163.co m 1 常见有机光致变色体系简介 20世纪50年代,H irshberg 提出了光致变色现象(pho tochro m i s m )。光致变色现象是指一个化合物(A )在受到一定波长的光照射时,可进行特定的化学反应,获得产物(B ),由于结构改变导致其吸收光谱发生明显的变化。而在另一波长的光照下或热的作用下,又能恢复到原来的形式,其光致变色反应可用下式表示[1]。 (1) 光致变色是一种可逆的化学变化,这是一个重要的判断标准。通常情况下,A 是无色体,从A 到B 的转化要用近似于物种A 的最大吸收波长处(一般在紫外区)的光激发;B 一般为呈色体,其最大吸收波长在可见光区。目前,对光致变色材料的进一步研究发现,有些化合物在某溶剂中存在逆光致变色现象。有机光致变色物质按其光致变色反应类型可大致分为以下几类。 1.1 键的异裂 螺吡喃和螺噁嗪的光致变色都属于这种类型,当用紫外光激发无色的螺吡喃或螺噁嗪时,即可导致螺碳-氧键的异裂,生成吸收在长波区域的开环的部花菁类化合物。螺噁嗪是在螺吡喃基础上研究而成的,但抗疲劳性能较螺吡喃大大提高。螺噁嗪的光致变色反应机理如图1所示。 图1 螺噁嗪的光致变色过程 1.2 顺反异构 偶氮苯类、苄叉苯胺类等都属于顺反异构变色机理,偶氮苯的光致变色反应过程如图2所示。 图2 偶氮苯的光致变色反应过程 1.3 周环反应 俘精酸酐和二芳基乙烯的光致变色反应机理均属于周环反应,如图3和图4所示。俘精酸酐因具有耐疲劳度高、热稳定性好等特点,成为一类性能优良的可擦重写光子型存储材料。 62 广州化工2010年38卷第12期

光致变色材料的应用发展历史

光致变色材料的应用发展历史 姓名：孙相龙学号：115050910092 近年来光致变色材料因其极高的潜在应用价值得到越来越多的关注，已经成为目前国际上重要的研究课题。光致变色材料不仅在光敏装饰、变色眼镜、数字显示等领域已经投入实用，而且其在光信息存储、光开关、全息超细显影、生物探针等高新科技领域有着非常诱人的诱人前景。 一、光致变色原理 光致变色是指化合物A在受到特定波长的光hv1的照射时，发生特定化学反应生成产物B，其吸收光谱或折射率发生明显的变化；在另一波长的光hv2照射下或者在热的作用下，B又回复到原来的形式A，其光致变色反应可用下式表示： 光致变色是一种可逆的化学变化，这是一个重要的判断标准。在光作用下发生的不可逆反应，也可导致颜色的变化，只属于一般的光化学范畴，而不属于光致变色范畴。光致变色材料的可逆变色过程可以由光物理效应机理或者光化学反应机理所引起。在光物理效应机理中，在吸收光子后物质内部的电子发生能级跃迁，或者固体中的离子发生迁移并改变价态，呈现不同的光谱吸收，因而导致光致变色。在光化学反应机理中，化合物吸收光子后电子跃迁到激发态，这可能并不引起光谱吸收变化，但随后发生的光化学反应则会导致吸收光谱的变化，从而呈现光致变色。光致变色反应中生色过程和褪色过程的速度、热稳定性以及抗疲劳性（可循环次数）是决定光致变色材料实际应用的重要因素。光致变色材料主要分为三大类，即有机光致变色材料、无机光致变色材料和无机-有机光致变色材料。 二、光致变色材料的应用发展 光致变色现象最早是在生物体内发现的，距今已经有一百多年的历史。1867年，Fritsche观察到黄色的并四苯在空气和光作用下的褪色现象，所生成的物质受热时重新生成并四苯。1876年，Meer报道了类似的现象，二硝基甲烷的钾盐在光照下发生颜色变化。1889年，Phipson将类似于锌屑白的油漆漆在大门上，白天变成黑色，晚间却变成白色，引起了制造商们的极大兴趣。1889年，Marekwald观察到有机化合物苯并叉(Benzo-l-Naphthrlidine)以及四氯代一蔡酮在日光或其它强光源照射下能从无色变成紫色，放回暗处后又恢复成原来的颜色，认为这是一种新现象并称之为光致变色(Photoropy)。今天，Photoropy己经被理解为光引发的生物体系中的变化现象，Photoropism则是指植物的向阳性。

光致变色材料及其应用前景

光致变色材料及其应用前景 一、光致变色材料 光致变色指的是某些化合物在一定的波长和强度的光作用下分子结构会发生变化，从而导致其对光的吸收峰值 即颜色的相应改变，且这种改变一般是可逆的。人类发现 光致变色现象已有一百多年的历史。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[4]，随后人们对其机理和应用作了大量研究并开发出变色眼镜。但由于其较高的成本及复杂的 加工技术，不适于制作大面积光色玻璃，限制了其在建筑 领域的商业应用。此后AgX光致变色的应用重心转向了价 格便宜且质量较轻的聚合物基材料，而各种新型光致变色 材料的性能及其应用也开始了系统研究。 二、原理 不同类型的光致变色材料具有不同的变色机理，尤其是无机光致变色材料的变色机理与有机材料有明显的区 别。光致变色材料典型无机体系的光致变色效应伴随着可 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。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。有机体系的光致变色也往往伴随着许多与光化学反应有关的过程同时发生，从而导致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。以偶氮化合物为例，其光致变色效应基于分子中偶氮基-N=N-的顺-反异构反应，通常偶氮化合物顺-反异构体有不同的吸收峰，虽两者一般差值不大，但摩尔消光系数往往相差很大，另外，偶氮化合物还有明显的光偏振效应，即光致变色效果与光的偏振态有关。生物光致变色材料如细菌视紫红质等的感光效应也属于这