一文掌握光致變色材料的性能及其應(yīng)用前景

光致變色材料  

        光致變色指的是某些化合物在一定的波長(zhǎng)和強(qiáng)度的光作用下分子結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致其對(duì)光的吸收峰值即顏色的相應(yīng)改變，且這種改變一般是可逆的。先發(fā)現(xiàn)了含鹵化銀(AgX)玻璃的可逆光致變色性能，隨后人們對(duì)其機(jī)理和應(yīng)用作了大量研究并開發(fā)出變色眼鏡。但由于其較高的成本及復(fù)雜的加工技術(shù)，不適于制作大面積光色玻璃，限制了其在建筑領(lǐng)域的商業(yè)應(yīng)用。此后AgX光致變色的應(yīng)用重心轉(zhuǎn)向了價(jià)格便宜且質(zhì)量較輕的聚合物基材料，而各種新型光致變色材料的性能及其應(yīng)用也開始了系統(tǒng)研究。

原理  

        不同類型的光致變色材料具有不同的變色機(jī)理，尤其是無(wú)機(jī)光致變色材料的變色機(jī)理與有機(jī)材料有明顯的區(qū)別。光致變色材料**無(wú)機(jī)體系的光致變色效應(yīng)伴隨著可逆的氧化-還原反應(yīng)，如WO3為半導(dǎo)體材料，其變色機(jī)理可用1975年由Faughnan提出的雙電荷注入/抽出模型解釋，即在紫外光照射下，價(jià)帶中電子被激發(fā)到導(dǎo)帶中，產(chǎn)生電子空穴對(duì)，隨后光生電子被W(VI)捕獲，生成W(V)，同時(shí)光生空穴氧化薄膜內(nèi)部或表面的還原物種，生成質(zhì)子H+，注入薄膜內(nèi)部，與被還原的氧化物結(jié)合生成藍(lán)色的鎢青銅HxWO3，該藍(lán)色是由于W(V)價(jià)帶中電子向W(VI)導(dǎo)帶躍遷的結(jié)果。另一種變色機(jī)理是Schirmer等在1980年所提出的小極化子模型，他們認(rèn)為，光譜吸收是由于不等價(jià)的2個(gè)鎢原子之間的極化子躍遷所產(chǎn)生，即注入電子被局域在W(V)位置上，并對(duì)周圍的晶格產(chǎn)生極化作用，形成小極化子。入射光子被這些極化子吸收，從一種狀態(tài)變到另一種狀態(tài)，可簡(jiǎn)略表示如下：WA(V)-O-WB(VI)→WA(VI)-O-WB(V) 由于上述變化不會(huì)引起材料晶體結(jié)構(gòu)的破壞，因此**無(wú)機(jī)材料的光致變色效應(yīng)具有良好的可逆性和耐疲勞性能。

    有機(jī)體系的光致變色也往往伴隨著許多與光化學(xué)反應(yīng)有關(guān)的過(guò)程同時(shí)發(fā)生，從而導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)的某種改變，其反應(yīng)方式主要包括:價(jià)鍵異構(gòu)、順反異構(gòu)、鍵斷裂、聚合作用、氧化-還原、周環(huán)反應(yīng)等。以偶氮化合物為例，其光致變色效應(yīng)基于分子中偶氮基-N=N-的順-反異構(gòu)反應(yīng)，通常偶氮化合物順-反異構(gòu)體有不同的吸收峰，雖兩者一般差值不大，但摩爾消光系數(shù)往往相差很大，另外，偶氮化合物還有明顯的光偏振效應(yīng)，即光致變色效果與光的偏振態(tài)有關(guān)。生物光致變色材料如細(xì)菌視紫紅質(zhì)等的感光效應(yīng)也屬于這一類反應(yīng)機(jī)制。由于無(wú)機(jī)半導(dǎo)體光致變色材料的光生電子空穴對(duì)有很強(qiáng)的氧化-還原性能，因此可以通過(guò)與有機(jī)染料復(fù)合來(lái)增強(qiáng)其光致變色效應(yīng)。當(dāng)WO3與某種無(wú)色的還原態(tài)染料隱色體混合時(shí)，則在光照下染料隱色體的電子可被激發(fā)并向前者的導(dǎo)帶中注入電子，該光致氧化-還原反應(yīng)的發(fā)生可在形成藍(lán)色鎢青銅HxWO3的同時(shí)，生成摩爾消光系數(shù)很高的有色染料。這種有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合光致變色器件不僅可以大大提高體系的光敏度，擴(kuò)充光致變色材料的種類和顏色范圍，而且有助于充分利用太陽(yáng)光中極為豐富的可見光譜能量來(lái)激發(fā)光致變色效應(yīng)。

分類

有機(jī)光致變色化合物有機(jī)光致變色材料種類繁多，反應(yīng)機(jī)理也不盡相同，主要包括:

①鍵的異裂，如螺毗喃、螺唔嗓等;

②鍵的均裂，如六苯基雙咪哇等;

③電子轉(zhuǎn)移互變異構(gòu)，如水楊醛縮苯胺類化合物等;

④順反異構(gòu)，如周蔡靛蘭類染料、偶氮化合物等;

⑤氧化還原反應(yīng)，如稠環(huán)芳香化合物、嘩嗓類等;

⑥周環(huán)化反應(yīng)，如俘精酸配類、二芳基乙烯類等。

下面介紹幾種主要的有機(jī)類光致變色化合物。

應(yīng)用前景 

        (l)信息存儲(chǔ)元件：

        利用光致變色化合物受不同強(qiáng)度和波長(zhǎng)光照射時(shí)可反復(fù)循環(huán)變色的特點(diǎn)，可以將其制成計(jì)算機(jī)的記憶存儲(chǔ)兀件，實(shí)現(xiàn)信息的記憶與消除過(guò)程.其記錄信息的密度大得難以想象，而且抗疲勞性能好，能快速寫人和擦除信息。這是新型記憶存儲(chǔ)材料的一個(gè)新的發(fā)展方向。

        (2)裝飾和防護(hù)包裝材料：

        光致變色化合物可用作指甲漆、漆雕工藝品、T恤衫、墻壁紙等裝飾品。為了適應(yīng)不同的需要，可將光致變色化合物加入到一般油墨或涂料用的膠粘劑、稀釋劑等助劑中混合制成絲網(wǎng)印刷油墨或涂料;還可將光致變色化合物制成包裝膜、建筑物的調(diào)光玻璃窗、汽車及飛機(jī)的屏風(fēng)玻璃等，防護(hù)日光照射，保證全。

        (3)自顯影全息記錄照相：

        這是利用光致變色材料的光敏性制作的一種新型自顯影+法照相技術(shù)。在透明膠片等支持體上涂一層很薄的光致變色物質(zhì)(如螺毗喃、俘精酸醉等)，其對(duì)可見光不感光，只對(duì)紫外光感光，從而形成有色影像。這種成像方法分辨率高，不會(huì)發(fā)生操作誤差，而且影像可以反正錄制和消除。(4)國(guó)防上的用途：光致變色材料對(duì)強(qiáng)光特別敏感，因此可以用來(lái)制作強(qiáng)光輻劑量劑。它能測(cè)量電離輻射，探測(cè)紫外線、X射線、y射線等的劑量。如將其涂在飛船的外部，能快速**地計(jì)量出高輻射的劑量。光致變色材料還可以制成多層濾光器，控制輻射光的強(qiáng)度，防止紫外線對(duì)人眼及身體的傷害。如果把高靈敏度的光致變色體系指示屏用于武器上，可記錄飛機(jī)、軍艦的行蹤，形成可褪色的暫時(shí)痕跡。

產(chǎn)品供應(yīng)：

光致變色與光子材料    

多功能光致變色化合物    

有機(jī)光致變色材料    

有機(jī)光致變色基團(tuán)    

二芳基乙烯類光致變色材料    

光子存儲(chǔ)原理與光致變色材料    

光致變色液晶高分子膽甾介晶基元    

偶氮苯光色基元側(cè)鏈共聚硅氧烷(PSI)    

光致變色納米W03粉體    

聚乙二醇-螺吡喃類光致變色化合物    

含4個(gè)己氧基偶氮苯基元的零代(G0)光致變色液晶樹狀物    

苯氧基萘并萘醌類光致變色材料    

光致變色冠醚部花菁染料    

細(xì)菌視紫紅質(zhì)光致變色材料    

PMMA和PS摻雜螺吡喃光致變色膜    

5-硝基水楊醛-吲哚啉-6-硝基-1,3',3'-三甲基吲哚啉苯并吡喃光致變色    

光致變色高分子材料    

螺噁嗪光致變色材料    

二氧化鈦溶膠凝膠光致變色材料    

光致變色聚合物    

光致變色螺吡喃聚合物    

螺噁嗪光致變色聚合物    

二芳基乙烯光致變色聚合物    

偶氮苯類光致變色聚合物    

苯氧基萘并萘醌光致變色聚合物    

俘精酰亞胺光致變色共聚物    

硫靛光致變色共聚物    

雙硫腙光致變色聚合物    

二氫吲嗪光致變色聚合物    

硝基一代光致變色液晶樹枝狀大分子    

檸檬酸鐵(Ⅲ)絡(luò)合物的光致變色材料    

氧化鉬-二氧化鈦復(fù)合膜的可見光致變色    

含偶氮苯側(cè)鏈型聚酰亞胺的光致變色材料    

光致變色WO3/4,4'-BPPOBp超晶格薄膜    

光致變色俘精酸酐:(1-對(duì)甲氧苯基-2-甲基-5-苯基)-3-吡咯-乙叉(異丙叉)-丁二酸酐    

紫方鈉石-光致變色天然礦物材料    

有機(jī)銨十聚鎢酸鹽在溶液中的光致變色    

鈦凝膠的光致變色    

新型偶氮化合物光致變色    

螺噁嗪類光致變色化合物    

聚氨酯-光致變色微膠囊0.5236μm    

WO3/ZnO納米粒子復(fù)合體系的光致變色材料    

含席夫堿基團(tuán)的光致變色螺吡喃化合物    

光致變色菌紫質(zhì)薄膜    

三氧化鉬溶膠-凝膠光致變色    

吲哚啉螺吡喃光致變色    

含膽甾介晶基無(wú)側(cè)鏈聚硅氧烷的光致變色材料    

多功能二噻吩乙烯光致變色光分子    

光致變色材料YHxOy    

APS/TBOT負(fù)載Keggin鎢硅酸光致變色復(fù)合薄膜    

雜多酸鑲嵌有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合薄膜    

負(fù)載缺位鎢硅酸復(fù)合光致變色薄膜    

SiW11/SiO2/PVA復(fù)合薄膜    

APS/TBOT復(fù)合薄膜    

MAAM/VTEOS/TEOS納米復(fù)合薄膜    

釩Keggin型鎢硅酸/聚乙烯醇復(fù)合材料    

鎢硅酸/有機(jī)胺改性二氧化硅納米復(fù)合薄膜    

鎢磷酸(鎢硅酸)/聚乙烯醇復(fù)合物    

銥/銪配合物/銪(Ⅲ)/氧化石墨烯復(fù)合物    

[Co(C6H4NO2)3·H2O](1)配合物    

[Co(imH)4(H2O)2]·[C6H4(COO)2](2)配合物    

Cr(oxinate)3·CH3CH2OH(1)Cr(Ⅲ)配合物    

Cr(oxinate)3·CH3OH(2)Cr(Ⅲ)配合物    

Cu(C9H6NO)2(1)Cu(Ⅱ)配位超分子配合物    

[Cu(phen)2Cl].ClO4(2)Cu(Ⅱ)配位超分子配合物    

8-羥基喹啉金屬配合物    

Al(C9H8NO)3](1)/AlO3    

[Co(C9H8NO)3](2)    

CoQ3/[Cu(C9H8NO)2](3)CuQ2    

Keggin鎢硅酸-鎳-聯(lián)咪唑    

[R1]-[M]-[R2][R3]光致變色化合物    

光致變色聚乙烯醇縮丁醛(PVB)膠片    

鹵素/直鏈烷基/烷氧基/氨基/硝基取n代基團(tuán)光致變色化合物    

直鏈烷基/羥基烷基/羧基烷基光致變色化合物    

直鏈烷基/直鏈烷氧n基/環(huán)烷基/含氧雜環(huán)/含氮雜環(huán)/鹵素/硝基光致變色化合物    

無(wú)機(jī)-有機(jī)光致變色納米帶    

AgX/PVA復(fù)合光致變色納米帶    

AgX/PMMA復(fù)合光致變色納米帶    

Zn(HDz)2/PVA復(fù)合納米光致變色納米帶    

AgX/PVP復(fù)合納米纖維光致變色納米帶    

AgBr/PVA光致變色納米帶    

納米MoO/PMMA雜化材料    

Zn2GeO4-En-PMAA雜化納米帶    

Spiropyran-MnPS_3納米雜化材料    

TDI/TiO_2有機(jī)無(wú)機(jī)納米雜化材料    

2,4-甲苯二異氰酸酯(TDI)/TiO2納米雜化材料    

吡唑啉酮/聚合物光致變色復(fù)合膜材料    

1-苯基-3-對(duì)氯苯基-4-取代苯基-5-吡唑啉酮縮氨基脲類化合物    

吡唑啉酮縮氨基脲有機(jī)光致變色化合物    

P4BrP4FBP-PSC光致變色化合物    

聚合物羥丙基甲基纖維素(HPMC)復(fù)合薄膜    

吡唑啉酮/聚合物(HPMC-PVA)復(fù)合薄膜    

吡唑啉酮/明膠-黃原膠復(fù)合光致變色薄膜    

聚氨酯改性明膠/殼聚糖復(fù)合膜    

明膠-殼聚糖/納米SiO2復(fù)合膜    

ZnO-乙基纖維素/明膠復(fù)合納米纖維膜    

魚皮明膠-殼聚糖-納米氧化鋅抗菌復(fù)合膜    

吡唑啉酮化合物1,3-二苯基-4-(3-氯-4-氟苯亞甲基)-5-羥基吡唑啉酮縮4-苯基氨基脲(1a)  

HPMC聚合物復(fù)合薄膜    

多金屬氧酸鹽/聚合物復(fù)合薄膜    

細(xì)菌視紫紅質(zhì)/聚乙烯醇復(fù)合膜    

Bi2O3/PMoA/SiO2復(fù)合膜    

吡唑啉酮/9,10-二苯基蒽復(fù)合材料    

吡唑啉酮/鈦酸復(fù)合光致變色薄膜    

螺吡喃/鈦酸復(fù)合光致變色薄膜    

光酸聚合物摻雜螺惡嗪/螺吡喃可逆光致變色薄膜    

光酸聚合物聚偏氯乙烯-丙烯酸甲酯(PVDC)    

萘并吡喃摻雜聚合物薄膜    

含磺酸基螺惡嗪類光致變色化合物    

螺吡喃/螺惡嗪化合物    

聚合物分散螺吡喃(SP)光致變色薄膜    

光致變色螺吡喃/正丙醇(SP/Propanol)凝膠    

光致變色有機(jī)凝膠/PVA分散光致變色凝膠薄膜    

Ag-SiO納米復(fù)合薄膜    

TiO2/PVP納米復(fù)合材料    

水性光致變色聚氨酯    

偶氮二元醇光致變色水性聚氨酯    

光致變色水性聚氨酯涂層劑    

水性光致變色微膠囊分散體    

水性聚氨酯/聚烯烴/有機(jī)光致變色化合物    

含乙烯基光致變色單體    

共聚和摻雜螺噁嗪聚合物    

光致變色螺噁嗪基團(tuán)丙烯酸酯單體    

螺噁嗪基團(tuán)光致變色乙烯基共聚物    

螺噁嗪化合物摻入紫外光固化丙烯酸聚氨酯清漆(UV-PUA)    

殼聚糖接枝/摻雜螺吡喃/螺噁嗪光致變色材料    

聚氨酯包覆光致變色化合物微膠囊    

含BOC保護(hù)基團(tuán)螺吡喃化合物    

5-[N-(叔丁氧甲酰基)氨基]-1,3,3-三甲基-6'-硝基吲哚啉螺吡喃(BOCSPI)光致變色化合物    

5-[N-(叔丁氧甲酰基)氨基].1,3,3-三甲基-6'-硝基-8'-甲氧基吲哚啉螺吡喃(BOCSPII)光致變色化合物    

雙酚芴雙醛螺吡喃類光致變色有機(jī)化合物    

3,3-二甲基-N-甲基-5-氟-6,-氟-8,一硝基苯并螺吡喃    

聚乙二醇支載的螺吡喃類光致變色化合物    

多官能團(tuán)螺吡喃光致變色材料    

新型陽(yáng)離子吲哚啉螺吡喃光致變色化合物    

冠醚螺吡喃化合物    

吲哚啉螺吡喃類光致變色化合物    

3,3-二甲基-N-乙基-6'-硝基苯并螺吡喃(SP1)    

3,3-二甲基-N-乙基-5-氯-6'-硝基苯并螺吡喃(SP2)    

3,3-二甲基-N-乙基-5-甲氧基-6'-硝基苯并螺吡喃(SP3）    

1-(4-溴丁基)-螺噁嗪    

含BOC保護(hù)基團(tuán)的螺吡喃化合物    

1-苯基-3-甲基-4-(6-氫-4-氨基-5-硫雜-2,3-吡嗪)-吡唑啉酮光致變色超分子    

含吡唑啉酮類席夫堿光致變色化合物    

氨基硫脲有機(jī)光致變色化合物    

1,3-二苯基-5-吡唑啉酮縮氨基脲    

DP3ClBP-PSC有機(jī)光致變色化合物    

DP4ClBP-PSC有機(jī)光致變色化合物    

4-酰基吡唑啉酮    

含有氮雜環(huán)β-二酮型螯合劑    

4-苯甲酰基吡唑啉酮縮氨基硫脲    

1-苯基-3-甲基-4-乙酰基-5-吡唑啉酮縮硫甲基氨基硫脲(PMEP-MTTSC)    

含杯[4]芳烴的席夫堿類化合物    

含席夫堿基螺噁嗪光致變色化合物    

含二茂鐵基螺噁嗪光致變色化合物    

水楊醛席夫堿化合物    

4-雜環(huán)/取代苯甲酰基吡唑啉酮化合物    

1,3-二苯基-4-噻吩基/呋喃基-5-吡唑啉酮縮氨基硫脲    

1,3-二苯基-4-噻吩甲酰基-5-吡唑啉酮縮4-苯基氨基脲(DP2THP-PSC)    

吡唑啉酮縮氨基硫脲    

苯基氨基脲類化合物    

1,3-二苯基-4-苯亞甲基/對(duì)硝基苯亞甲基/間氰基苯亞甲基/對(duì)氟間三氟甲基苯亞甲基-5-吡唑啉酮縮苯基氨基脲類化合物    

DPBP-PSC    

DP4NO_2BP-PSC    

DP3CyBP-PSC    

DP4F3TFBP-PSC    

4-取代苯甲酰基吡唑啉酮化合物    

吡唑啉酮縮苯基氨基脲/氨基硫脲化合物    

1,3-二苯基-4-[3,5-(雙三氟甲基)/二硝基苯甲酰基]-5-吡唑啉酮縮氨基脲/氨基硫脲類化合物    

化合物DP3,5NO2BP-PSC熱致變色    

1,3-二苯基-4-[3-氟-4/5-(三氟甲基)苯甲酰基]-5-吡唑啉酮縮氨基脲/氨基硫脲類化合物    

DP3F4TFBP-PSC可逆光致變色    

DP3F4TFBP-MTSC可逆光致變色    

DP3F4TFBP-ETSC可逆光致變色    

吡唑啉酮/HPMC復(fù)合光致變色薄膜    

DP3,5NO2BP-PSC/HPMC復(fù)合薄膜    

4-間氯苯甲酰基吡唑啉酮縮甲基氨基硫脲    

水楊醛縮N(4)-甲基-氨基硫脲    

1,3二苯基4(5溴)吡啶酰基5吡唑啉酮(DP5Br3PyBP)    

N(4)甲基氨基硫脲(MTSC)    

N(4)乙基氨基硫脲(ETSC)    

N(4)苯基氨基脲(PSC)    

1,3二苯基4(5溴)吡啶酰基5吡唑啉酮縮N(4)甲基氨基硫脲(DP5Br3PyBPMTSC)    

1,3二苯基4(5溴)吡啶酰基5吡唑啉酮縮N(4)乙基氨基硫脲(DP5Br3PyBPETSC)    

1,3二苯基4(5溴)吡啶酰基5吡唑啉酮縮N(4)苯基氨基硫脲(DP5Br3PyBPPTSC)    

1-苯基-3-苯基-4-對(duì)氟苯亞甲基-5-吡唑啉酮縮4-苯基氨基脲光致變色    

1-苯基-3-苯基-4-對(duì)氟苯甲酰基-5-吡唑啉酮    

1-苯基-3-苯基-4-對(duì)氟苯亞甲基-5-吡唑啉酮縮4-苯基-氨基脲光致變色化合物    

二芳基萘并吡喃類光致變色化合物    

2，2-二芳基萘并吡喃衍生物    

2，2-二（4，4’-苯甲醛基）萘并吡喃化合物    

聯(lián)茚滿烯二酮光致變色化合物    

1-苯基-3-甲基-4-(6-氫-4-氨基-5-硫雜-2,3-吡嗪)吡唑啉酮光致變色超分子化合物    

含NNS六元雜環(huán)的光致變色化合物PMCP-TSC    

4-(2′-羥基苯甲酰肼)苯亞甲基/亞乙基-5-甲基-2-苯基-2,4-二氫-吡唑啉酮-3超分子化合物    

1-苯基-3-甲基-4-苯甲酰基-5-吡唑啉酮    

鉛-1-苯基-3-甲基-4-苯甲酰基-吡唑啉酮-5絡(luò)合物    

4-(H酸偶氮)-1-苯基-3-甲基吡唑啉酮    

1,3,5-三芳基-2-吡唑啉化合物    

1-苯基-3-甲基-4-氯乙酰基-吡唑啉酮 -5(PMCP)    

4-甲基氨基硫脲(MTSC)    

雙雜環(huán)化合物(PMCP-MTSC)    

雜多金屬化合物光致變色復(fù)合薄膜    

磷鉬酸-乙基纖維素復(fù)合薄膜    

磷鉬酸-聚乙烯吡咯烷酮復(fù)合薄膜    

PMoA/SiO2/ZnFe2O4復(fù)合薄膜    

多酸基可見光光致變色納米復(fù)合薄膜    

雜多酸基納米復(fù)合薄膜    

BiVO4/PMoA/SiO2復(fù)合膜    

Bi2O3磷鉬酸/二氧化鈦復(fù)合膜    

Bi2O3/PMoA/TiO2復(fù)合薄膜    

聚金屬氧化物-有機(jī)復(fù)合膜    

雜多酸/聚丙烯酰胺復(fù)合膜    

吡唑啉酮光致變色化合物    

上述產(chǎn)品齊岳生物均可供應(yīng)，不可用于人體，僅用于科研！

wyf 03.16