《有机光致变色材料》PPT课件.ppt

-1- 有机光致变色材料 陈悦 二八年十二月 -2- 1.有机光致变色材料的分类 2.有机光致材料的用途 3.新型有机光致材料螺噁嗪的合成方法 4.有机光致变色材料在光信息处理中的应用 -3- 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。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,在另一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) 。 -4- 光致变色现象 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 -5- 1 有机光致变色化合物的分类 螺吡喃类 1. 1螺吡喃( spiropyran) 是最早进行研究且研究得广泛、 比较深 入的一类有机光致变色化合物。螺吡喃变色过程是通过键的 异裂，发生分子内的周环反应,生成具有共轭结构的开环 化合物。 变色反应为: -6- 螺吡喃具有较好的光致变色性，其缺点就是抗疲劳性较差，易被氧 化降解且开环吸收的波长一般都小于600nm. 1. 2 螺噁嗪类 螺噁嗪( spirooxazine) 是20 世纪70 年代在螺吡喃基础上发 展起来的一类具有良好光致变色性能的化合物。其变色过程与 螺吡喃相似,变色反应为: 螺噁嗪是一类具有很高抗疲劳性和光稳定性的光致变色化 合物。它具有响应快、化学性质稳定、抗疲劳性好等优点,是最 有希望进入应用领域的光致变色材料。 -7- -8- 俘精酸酐光、热稳定性好，储存寿命长，抗疲劳性好， 可擦写万次以上是一种可擦写的光存储材料。一些苯基 取代的俘精酸酐在晶态、溶液、玻璃和聚合物中都观察 到了光致变现象，并且有明显的溶剂化显色现象。目前 研究最深入的是用呋喃取代的俘精酸酐。 -9- 偶氮化合物的不足之处就是变色前后吸收光谱吸收较 小并且热稳定性差，但是偶氮化合物作为新型信息存储 材料有超高存储密度和非破坏性信息读出等特性。 -10- -11- 与偶氮、螺吡喃、螺噁嗪等光致变色化合物相比，二芳 基乙烯类化合物具有非常优良的热稳定性、抗疲劳性和 快速响应性的优点。 -12- 萘醌类光致变色材料其最大的优点是可循环次数高， 可逆转换发生500次而不伤害材料，另一显著特点就是在 室温下几乎无消色现象 -13- 紫精类化合物是一类很特殊的有机物,它具有优良的氧 化还原性质,可通过化学、电化学和光化学等方法发生氧化 还原反应,并随有显著的颜色变化研究表明紫精类化合物是 很好的光致变色化合物,同时还发现具有大分子杂环的化合 物,具有很好的抗微生物活性,可用以制作生物学材料 。 -14- 3.光致变色材料的应用 (1)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 元件，实现信息的记忆与消除过程，其记录信息的密度 大得难以想象，而且抗疲劳性能好，能快速写入和擦除 信息。这是新型记忆存储材料的一个新的发展方向。 -15- (2)装饰和防护包装材料 光致变色化合物可用作指甲漆、漆雕T艺品、T恤衫、 墙壁纸等装饰品。为了适应不同的需要，可将光致变色 化合物加入到一般油墨或涂料用的胶粘剂、稀释剂等助 剂中混合制成丝网印刷油墨或涂料；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。 -16- (3)自显影全息记录照相 这是利用光致变色材料的光敏性制作的一种新型自 显影干法照相技术一 。在透明胶片等支持体上涂一层很 薄的光致变色物质(如螺吡喃、俘精酸酐等)，其对可见光 不感光，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，不会发生操作误差，而且影像可以反 正录制和消除。 -17- (4)国防上的用途 光致变色材料对强光特别敏感，因此可以用来制作强 光辐剂量剂。它能测量电离辐射，探测紫外线、X射线、 7射线等的剂量。如将其涂在飞船的外部，能快速精确地 计量 高辐射的剂量。光致变色材料还可以制成多层滤光 器，控制辐射光的强度，防止紫外线对人眼及身体的伤 害。如果把高灵敏度的光致变色体系指示屏用于武器上 ，可记录飞机、军舰的行踪，形成可褪色的暂时痕迹。 -18- 2.新型有机光致变色材料螺噁嗪的光致变色原理和合成 21 光致变色原理 螺嗯嗪类光致变色材料是一种新型的、具有优异性能 的材料，它的变色机制与螺吡喃的光致变色机制相同。 通常情况下，螺嗯嗪的稳定形式是无色的闭环体(用SP表 示)，螺碳原子将螺嗯嗪分为两个近乎垂直的吲哚啉环和 螺萘并嗯嗪环，两环不共轭，在可见光区无吸收；但紫 外光照时，螺碳原子与氧原子之间的单键断裂，分子由 闭环体变为开环的平面部花菁结构(用PMC表示)，形成一 个大的共轭体系，在可见光区出现吸收。除去紫外光后 ，PMC又很快变为SP。示意如下： -19- 1. 光致变色材料螺嗯嗪的合成（以2，7一二羟基萘， 苯肼，3一甲基一2一丁酮和碘乙烷为原料） 1.2、3、3-甲基一3H-吲哚的合成 1. 2. 2.N-乙基2，3，3-三甲基-3H-吲哚碘化物的合成 -20- 。 1-亚硝基一2。7一二羟基萘的合成 -21- N一乙基一9一羟基螺嗯嗪的合成 -22- 4.有机光致变色材料在光信息处理中的应用 有机光致变色材料可以作为光开关用于光通信。为解 决目前互联网的“交通堵塞”问题,就要在同一根光纤中,同 时让两个或者两个以上的光信号通过,不同信号各自传输 自己的信息,也就是波分复用技术。波分复用光纤通信技 术是建立在光器件的基础上,其中包括光传输器件和光交 换器件两大类。对于光交换器件,又包括光交叉连接器和 光分插复用器及光开关。光开关在光通信中的作用有三 类: 。 -23- 其一是将某一光纤通道的光信号切断或开通。 其二是将某波长光信号由一光纤通道转换到另一光纤通道。 其三是在同一光纤通道中将一种波长的光信号转换为另一波 长的光信号(波长转换器) 。利用有机光致变色材料的变 色特性,用不同频率的光照射有机材料,各种光之间有互相 抑制的作用,因而在光纤中利用有机光致变色材料可以实 现光信息从一个通道转到另一通道中,或者将某一光信号 开通或切断,完成以光