光致变色材料

光致变色材料

Photochromic materials

摘要：光致变色的应用前景非常广阔，如信息存储原件、装饰和防护包装材料、自显影全息记录照相、国防上的用途等。因此，综述这些年涌现的光致变色新材料，分析他们的制备方法、性能。

关键词：光致变色材料应用

Abstract: Application prospect of photochromism is very broad, such as information storage, materials of the original decorative and protective packaging, automatic developing holographic recording camera, the use of national defense. Therefore, this article summarizes the emergence of new photochromic materials in these years, preparation methods and properties of them were analysed.

Key words:photochromic materials application

1 引言

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。光致变色化合物分为两类：第一类是有机光致变色化合物，如螺毗喃类、二芳基乙烯类、偶氮苯类、俘精酸醉类。第二类是无机光致变色化合物，如过渡金属氧化物、金属卤化物、稀土配合物。光致变色材料由于其在光能量转换、光学镜片、汽车挡风玻璃、光学防伪、装饰材料等方面的应用越来越普及，以及在光信息存储、光记录和光开关等领域显示出巨大的潜在应用前景而受到关注。目前在中国发展迅猛。笔者综述了几种光致变色材料，探讨目前光致变色材料的合成。

2 .1光致变色材料简介

2.1.1硝化纤维素键合螺口恶嗪光致变色材料

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。

该种实验采用接枝共聚反应，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。

图一螺口恶嗪的光致变色过程

纳米材料光致变色材料

2.1.2 Ag／TiO

2

二氧化钛材料通过与处于激发态的金属Ag纳米粒子间的电子转移，选择性刻蚀金属纳米粒子，改变材料的光吸收特性，从而使得Ag／TiO2T纳米复合材料在不同波长的光激发下改变颜色

通过ＵＶ－Ｖｉｓ吸收光谱表征对比了不同温度热处理的TiO2对Ag粒子光催化沉积的影响，发现５００℃退火处理TiO2薄膜较利于Ａｇ纳米粒子的光催化沉积；在６５０ｎｍ红色激光照射下，５００℃退火处理的Ag／TiO2样品具有明显的光致变色现象，对此变色过程中涉及的机理进行了讨论，且发现随着Ag纳米颗粒光催化沉积时间的增长，Ag／TiO2薄膜光致变色的响应速率提高，但Ａｇ纳米颗粒过多会抑制Ag／TiO2薄膜的变色响应速率。

光致变色材料的稳定性、抗疲劳性及响应速度都不够突出，现在有一些针对措施：１）对TiO2薄膜进行５００℃热处理有利于Ag颗粒的光催化沉积，且制得的Ag／TiO2薄膜有较明显的光致变色现象；２）随着在TiO2薄膜上沉积的Ag颗粒含量的增加，Ag／TiO2薄膜的光致变色响应速率提高，但Ag颗粒含量超过一定量反而会抑制光致变色的反应速率。

2.1.3光致变色萘并吡喃化合物光致变色材料

Crano 等通过低温核磁法证实了萘并吡喃类化合物的开环体为醌式结构，其中包括顺醌和反醌结构。萘并吡喃化合物中萘环保持了较好的平面性，而吡喃环非芳香性，其中的螺碳原子键角为109.7°，为典型的SP3杂化，偏离萘环平面，且其与吡喃上氧相连的C-O键为较弱的共价键。为保证开环显色体足够的共轭空间，螺碳原子上一般连接有两个体积较大的苯环，被相互排斥于萘并吡喃环所构成的平面两侧，使得这两个苯环无法与萘并吡喃环产生大π共轭关系，可以防止其吸收光谱进入可见光区域，保持其闭环体形式为无色状态。

图二萘并吡喃化合物光致变色

萘并吡喃化合物有较好光响应性和较快的褪色速度以及较好的光稳定性。

2.1.4 超支化偶氮聚氨酯

偶氮基团的光致反－顺异构效应是偶氮聚合物最重要功能之一，在可逆的光化学反应过程中，除分子的构型转变引起颜色变化外，还伴随着吸收光谱、折射率、偶极距、介电常量等物理化学性质的变化。在诸多影响偶氮聚合物光致反－顺异构效应的因素中，偶氮苯基团偶极间的静电相互作用是主要因素之一。Frechet 研究证明高度支化分子由于其支化结构，可以在分子内部为偶氮苯基团提供一个自由体积，阻碍偶氮苯基团的聚集，从而使各个偶氮苯基团有效地分离，这就可以避免偶氮苯基团相互之间发生静电作用而使得有效偶氮苯基团浓度降低，从而避免了非线性强度的下降Ding L等以AB2型单体的非环状二烯的交换聚合合成了超支化偶氮聚合物，该聚合物具有良好的光致异构化性质。Liz 等合成了具有良好非线性光学性质的含有偶氮生色团的新型超支化聚合物。

2.2 有机光致变色材料的应用

2.2.1有机光致变色材料全光开关

全光开关即光控光型开关，与传统的电控光开关相比，全光开关是利用材料的非线性光学效应，通过自泵浦光或交叉泵浦光的方式来改变信号光的强度或者传播方向的器件。基本原理所图三所示。开关时间[2]、对比度[3]、开关功率、隔离度和串扰等是光开关的重要性能参数。无论哪种光开关及光开关阵列都有共同的要求：快的开关时间、大的对比度、小的开关功率、小的串扰、紧凑的器件尺寸，与光纤和半导体器件有高的耦合效率等。

基于有机光致变色材料的全光开关的物理机制大体分为以下三类：吸收峰的转移,光致各向异性和折射率的改变。其中光致各向异性定义为某些各向同性的感光材料在偏振光的诱导下产生光致二向色性或光致双折射的现象。

有机光致变色材料全光开关的材料一般有四类：螺环体化合物、偶氮类、细菌视紫红质和二芳基乙烯类。

2.2.2光信息存储材料图三全光开关的基本原理

由于光致变色材料是双稳

态材料，光照前后都是稳定的，用

一种光照可以把信息存储进去，用

另一种光照后又可以把信息调取

出来，存储信息量大、性能稳定，

大量用于制R-CD光盘、光致变色计

算机，它比电子计算机存储信息量

大，集成度更高、计算速度更快（可

提高2～3个数量级），结构更简单，

并且不会发热，是非常热门的高新

技术项目。