光致变色材料ppt课件

光致变色材料,什么光致变色材料？,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。,光致变色的原理,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），在另一波长的光照射或热的作用下，又恢复到原来的形式，具有这种性质的材料称为光致变色材料。,光致变色示意图,3,5/28/2020,有机光致变色化合物,（1）螺毗喃类（2）俘精酸醉类（3）二芳基乙烯类（4）偶氮苯类,无机光致变色化合物,（1）过渡金属氧化物（2）金属卤化物（3）稀土配合物,光致变色材料分类,4,有机光致变色体系,价键异构、顺反异构、键断裂、聚合作用、氧化-还原、周环反应等,价键异构,键的异裂螺吡喃(spiropyran)和螺嗯嗪(spirooxazine)的光致变色都属于这种类型。螺毗喃是人们广泛研究的一类化合物，用紫外光激发无色的螺吡喃时，即可导致碳一氧键的异裂，生成吸收在长波区域的开环的部花菁类化合物。抗疲劳性差，易被氧化降解。,键的均裂六苯基双眯唑在光照下发生均裂，生成很活泼的三苯基咪唑自由基。这一光致变色产物很容易与氧结合，在氧的存在下其呈色、消色循环仅仅能往复几次。,质子转移互变异构,水杨醛缩苯胺类希夫碱(schiffbase)是一类易于制备的光致变色化合物。在紫外光照射下，发生质子由氧到氮的转移而常常显示出由黄到橘红的颜色变化。虽然此类化合物耐疲劳性很好，但是在室温下，在溶液中它的光致变色产物稳定性很差，甚至只能用闪光光解技术才可观察到，是一类快速光响应材料。,顺反异构对二苯乙烯类、苄叉苯胺类、偶氮苯类等都可发生光致顺反异构化反应。,氧化还原反应热稳定的稠环芳香化合物在光和氧的作用下，也可发生光致变色反应。,周环反应体系,俘精酸酐是这一类化合物的代表之一，其反应机制为周环反应。一般情况下，俘精酸酐反应过程中不产生活泼的自由基、离子或偶极中间体，因此热稳定性和抗疲劳性与螺吡哺相比有了很大提高。杂环二芳基乙烯类光致变色材料也属于这种类型，近年来受到人们广泛的关注。日本的Irie等人做了深入细致的工作。二芳基全氟环戊烯由于其良好的热稳定性和抗疲劳性而倍受青睐。最近，樊美公等人发展了一类环烯和硫杂环烯类二芳基乙烯，由于合成原料易得，方法简单，具有广泛的发展前景和潜在的应用价值。,9,光致变色化合物的酸致变色,酸致变色(acidichromism)是樊美公等人创造的一个新名词，它是为了描述光致变色化合物如螺嗯嗪类遇酸变色现象而提出的。发生酸致变色反应前后的物种仍然具有光致变色性质,光致变色物质实际应用的条件,1）变化前后的两个最大吸收波长（或反射光的波长）至少有一个在可见光区；2）变化前后的物理状态有足够的稳定性；3）两种状态之间的变化要有较高的抗疲劳性，即有足够长的循环寿命；4）两种状态之间的变换其响应速度要足够快，灵敏度要足够高；5）制造成本要足够低。,应用领域,(l)信息存储元件(2)装饰和防护包装材料(3)自显影全息记录照相(4)国防上的用途,12,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.其记录信息的密度大得难以想象，而且抗疲劳性能好，能快速写人和擦除信息。这是新型记忆存储材料的一个新的发展方向。,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、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，保证全。,14,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法照相技术。在透明胶片等支持体上涂一层很薄的光致变色物质(如螺毗喃、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。,15,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、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。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。,该领域存在的主要难点,不同连桥基团(环戊烯、全氟环戊烯、马来酸酐等)对二芳基乙烯化合物开环体分子结构和光致变色反应活性的影响，以及对闭环体电子吸收光谱和前线分子轨道分布和能量的影响规律。二芳基乙烯化合物闭环体电子吸收光谱与分子几何电子结构及前线轨道能量的依赖关系，明确各种供电子和吸电子基团对其光致变色性能的影响规律。,二芳基乙烯化合物的光致变色反应机理(包括开环和闭环反应)仍须深入研究，进一步明确不同的连桥基团、取代基和溶剂对其反应势垒的影响。须明确在经历闭环和开环反应历程中，其分子各种相关物理化学参数(偶极矩、极化率、超级化率、导电性能和磁性)和光学性质(荧光和磷光性质)的变化规律，以探索其用作为光分子开关等功能材料的特殊性质与机制，从而指导设计、合成和研制新型有机光致变色材料。,