有机光致变色材料
第3章光致变色与电致变色材料
第3章光致变色与电致变色材料光致变色材料是一种具有可逆性的材料，能够在光照下改变其颜色，而在光照停止后恢复原色。
光致变色材料是一种非常有潜力的功能材料，在光学、信息储存、显示器件等领域具有广泛的应用前景。
光致变色材料主要可以分为有机光致变色材料和无机光致变色材料两类。
有机光致变色材料具有较高的反应速度和光学性能，适用于高速光学信息处理和可见光的显示器件；而无机光致变色材料具有很高的光热转换效率和较长的使用寿命，适用于红外光学信息处理和红外显示器件。
光致变色材料的光笼罩效应是其可逆变色的核心机制。
当光照入射到光致变色材料上时，光子与材料中的反应物发生相互作用，使得材料中的电子跃迁到高能级，从而导致材料的颜色发生变化。
当光照停止时，反应物重新返回低能级，材料的颜色也随之恢复。
电致变色材料是一种能够在电场刺激下改变其颜色的材料。
电致变色材料可以通过改变电场的强度、方向和频率来实现颜色的可控改变。
电致变色材料广泛应用于电光器件、光学信息储存和显示器件等领域。
电致变色材料主要包括液晶材料、聚合物材料和过渡金属氧化物等。
液晶材料具有优良的电光性能和可控性，广泛应用于液晶显示器件中；聚合物材料具有较高的透明度和色泽度，适用于光学信息存储和光学显示器件等领域；过渡金属氧化物具有丰富的电致变色机制和较大的瞬态变色效应，适用于电致变色薄膜和器件制备等领域。
电致变色材料的变色机制主要有离子注入法、氧缺陷法和电场诱导法等。
离子注入法是通过降低或提高材料的电子密度来改变材料的颜色，通常需要在材料中引入外加离子；氧缺陷法是通过改变材料中的氧含量来改变材料的颜色，通常需要在材料中控制氧含量的偏差；电场诱导法是通过改变材料中的电子自旋态来改变材料的颜色，通常需要在材料中施加外加电场。
光致变色与电致变色材料是一种具有巨大应用潜力和市场前景的功能材料。
随着科技的发展和需求的增加，光致变色与电致变色材料将进一步得到研究和发展，为人们的生活和工作提供更加方便和高效的解决方案。
有机化学中的新材料与应用
有机化学中的新材料与应用有机化学是研究碳氢化合物及其衍生物的化学科学，广泛应用于许多领域，为我们的生活带来了许多新材料和应用。
本文将探讨有机化学中的一些新材料以及它们的应用。
一、生物降解塑料生物降解塑料是一种环境友好型的塑料，它可以在正常的环境条件下被微生物代谢和降解，降解产物对环境没有污染。
这种塑料主要由可再生资源制成，如玉米淀粉和纤维素。
它在塑料包装、食品容器和农业薄膜等领域得到广泛应用，有效减少了对环境的影响。
二、光致变色材料光致变色材料是一种能够在光照射下改变颜色的材料。
它们的分子结构可以通过紫外光、可见光或红外光的照射而发生可逆的结构变化，从而改变材料的颜色。
这种材料在信息显示、可见光通信和光子学等领域具有潜在的应用前景。
三、有机光电材料有机光电材料是一种能够将光能转化为电能或者将电能转化为光能的材料。
这些材料通常由有机分子构成，其分子结构可以通过吸收光子而发生电荷分离或电荷重组，从而实现光电转换。
有机太阳能电池、有机发光二极管和有机光电传感器等就是利用有机光电材料的典型应用。
四、荧光探针荧光探针是一种可用于检测、定量和监测特定物质的有机化合物。
通过引入特定的分子结构，荧光探针可以与目标物质发生特定的相互作用并发生荧光变化。
这种材料在生物医学和环境监测等领域的应用非常广泛，可以用于检测重金属离子、有毒气体和生物分子等。
五、有机电子材料有机电子材料是一种能够在电子设备中实现电荷输运和电子传导的有机化合物。
这些材料通常具有良好的分子自组装性质和光电特性，可以用于制备柔性显示器、有机场效应晶体管和有机电子器件等。
有机电子材料的研究和应用为电子学领域带来了许多新的可能性。
结语有机化学中的新材料与应用给许多领域带来了革命性的变化。
生物降解塑料解决了塑料污染的问题；光致变色材料实现了信息显示的创新；有机光电材料实现了光电转换的突破；荧光探针帮助我们监测和检测特定物质；有机电子材料掀起了柔性电子的新浪潮。
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。
《有机光致变色材料》课件
通过调整制备工艺参数，如温度、压力、 浓度等，来优化有机光致变色材料的性能 。
04
有机光致变色材料的实际应用案例
显示器件
1 2
显示器原理
有机光致变色材料在受到光照时，分子结构发生 变化，导致颜色改变，从而实现显示效果。
优势与特点
有机光致变色材料具有高对比度、快速响应、低 能耗等优点，适用于动态显示和柔性显示领域。
降低有机光致变色材料的生产成本，使其 更具有市场竞争力。
颜色变化范围限制
拓展有机光致变色材料的颜色变化范围， 以满足不同应用领域的颜色需求。
反应速度与灵敏度
提高有机光致变色材料的反应速度和灵敏 度，使其能够更快地响应外界刺激。
解决策略与建议
加强基础研究
深入探索有机光致变色材料的反应机理 和性能优化途径，为解决上述挑战提供
3
应用场景
可应用于手机、平板电脑、智能手表等移动设备 的显示屏，以及公共信息展示、广告牌等商业显 示领域。
信息存储
01
02
03
信息存储原理
利用有机光致变色材料的 可逆颜色变化特性，将信 息编码为不同的颜色状态 ，从而实现信息的存储。
优势与特点
有机光致变色材料具有高 稳定性、耐久性及可重复 读写性，能够在常温常压 下实现稳定的信息存储。
添加剂
某些添加剂可以改善有机光致变色材料的 性能，如提高稳定性或改变变色效果。
性能优化方法
分子设计
掺杂技术
通过分子结构设计，调整有机光致变色材 料的性能参数，提高灵敏度和稳定性。
将其他物质掺杂到有机光致变色材料中， 以改善其性能或产生新的功能特性。
表面处理
制备工艺优化
对有机光致变色材料的表面进行物理或化 学处理，提高其耐久性和响应速度。
第六章--有机光致变色材料
Ar OH Ar
OH
脱水
Ar O Ar
B、取代基对变色性能的影响 苯并吡喃的2位苯环上以及萘环上取代基效应，发现
苯环上邻对位取代基以及萘环上5位均对萘并吡喃开环的 最大吸收波长、光稳定的光密度以及褪色速率有较大响。
6.5.2 芳杂环并吡喃
目前为止，主要有氮杂环和氧杂环两类。 芳杂环并吡喃的合成
6.9 光致变色材料的应用
1、光信息存储与光致变色材料 光致变色化合物作为可擦重写光存储材料的研究，如
液晶材料。 2、生物分子活性的光调控
生物大分子的生理活性与特定的空间结构有着密切 的关系，其空间结构的微小变化必将影响到生理活性的 改变。将光致变色化合物连接到生物分子材料上，实现 生物分子的结构和功能的光调控。 3、光致变色超分子
3、俘精酸酐衍生物
O
Y X
O
UV Vis
UV Vis
X，Y＝NH，O，S
O O X O
长波
O Y X O
长波
6.3.3 俘精酸酐的分子结构 与光致变色性能之间的关系
杂化取代不仅可以影响俘精酸酐及其呈色体的吸收 波长和光反应的量子产率，而去影响俘精酸酐及其呈色体 的抗疲劳性和热稳定性。呋喃和噻吩俘精酸酐的呈色体吸 收波长较短，它们的抗疲劳性能相似，但噻吩俘精酸酐的 热稳定性明显优于呋喃俘精酸酐。吡咯俘精酸酐有较高的 光消色量子产率，呈色体具有最长的吸收波长，让而，热 稳定性和抗疲劳性能随结构不同差异较大。吲哚俘精酸酐 热稳定性和抗疲劳性能优越，但光成色的量子产率很低； 双杂原子俘精酸酐的热稳定性和抗疲劳性都较好，但呈色 体的吸收波长较短。如何通过分子设计，合成出各项指标 优异的俘精酸酐是研究之中的关键问题。
6.4 二芳基乙烯类光致变色体系
有机光致变色材料
有机光致变色材料有机光致变色材料（Organic photochromic materials）是一类能够在受到特定波长的光照射下发生颜色变化的有机化合物。
这些材料具有可以通过光照射而发生可逆的光化学反应的特点，可以在吸收光能的作用下从无色或淡色状态变为强烈吸收光的有色状态，并且在不再受到照射的情况下逐渐返回原来的无色或淡色状态。
这种可逆性能使得有机光致变色材料在很多领域有着广泛的应用。
有机光致变色材料的研究起源于19世纪，当时人们发现一些有机化物在受到紫外光照射后能够发生颜色变化。
但是由于当时科学技术的限制，这些材料的应用受到了很大的局限性。
随着科学技术的发展，特别是化学合成技术的进步，有机光致变色材料的研究和应用逐渐得到了推广和发展。
有机光致变色材料的研究主要集中在以下几个方面：基于光致变色效应的应用技术开发、有机光致变色材料的合成方法以及材料性质的研究。
这些研究不仅为有机光致变色材料的应用提供了技术支持，还为未来有机光致变色材料的开发和应用奠定了基础。
目前，有机光致变色材料已经在多种领域得到了应用，比如信息存储、抗假冒、光开关等。
在光开关方面，有机光致变色材料的应用也十分广泛。
由于有机光致变色材料具有快速的可逆光切换性能，可以对光的传输和传播进行精确控制。
这使得它们在光电子学和光通信领域有着很大的潜力。
比如，有机光致变色材料可以作为光调制器和光开关的工作元件，对光信号进行调制和开关控制。
此外，有机光致变色材料还可用于光调谐滤波器、光重构器等光学器件的制造。
在有机光致变色材料的合成方法研究方面，目前有机光致变色材料的合成方法比较多样。
常见的有光解反应、电解反应等。
此外，还可以通过将不同的有机光致变色材料进行复合，改变它们的化学结构、构型和能级结构等，从而实现对有机光致变色材料性质的调控和优化。
总之，有机光致变色材料是一类具有可逆的光致变色性能的有机化合物。
它们在信息存储、抗假冒和光开关等领域有着广泛的应用。
光致变色和光致发光材料的制备及应用
光致变色和光致发光材料的制备及应用光致变色和光致发光材料是一类具有特殊光学性质的材料，在现代科技领域中具有广泛应用。
它们可以通过在一定条件下被激发而产生一系列光学效应。
本文将介绍光致变色和光致发光材料的制备和应用，以及现有研究进展和未来发展趋势。
一、光致变色材料的制备及应用光致变色材料是指在外部光线刺激下发生颜色变化的材料。
通常，这种发生变色的过程是由于光敏分子在光激发后发生共轭结构改变而引起的。
光敏分子是指能够吸收光，并且通过光化学反应改变其电子离域结构的化合物。
目前，已经成功制备出了许多具备光致变色性能的高分子材料和有机小分子材料。
其中，具有代表性的有噻吩类、芳香族化合物和二苯乙烯类。
在应用方面，光致变色材料有许多广泛的应用领域。
例如，这些材料可以用于制造传感器、防伪标签、智能玻璃等。
此外，在生物医学领域，还可以将其应用于制备激光治疗器械、酶检测器等。
二、光致发光材料的制备及应用光致发光材料是指在外部光线刺激下能够发出光的材料。
通常，这种发光的过程是由于材料内激发态分子的跃迁引起的。
在跃迁过程中，光能转化为发射光子，即发生荧光或者磷光现象。
与光致变色材料不同，光致发光材料通常包括具有荧光基团的高分子材料和无机离子晶体。
在应用方面，光致发光材料同样有很多广泛的应用领域。
例如，这些材料可以用于制造LED发光材料、荧光探针、生物标记等。
此外，在生物医学领域，光致发光材料还可以用于荧光显微镜、荧光染剂等。
三、目前研究进展及未来发展趋势目前，光致变色和光致发光材料的研究方向主要集中在以下几个方面：1. 合成高效的光敏分子。
目前，化学家正在研究如何合成更高效的光敏分子，并探索其在制备高性能材料中的应用。
2. 建立新的制备方法。
近年来，许多制备新型光致变色和光致发光材料的方法得到了广泛开展，如冷凝法、扩散法、共沉淀法等。
3. 理论研究。
通过理论计算和模拟，研究人员正在尝试进一步理解光致变色和光致发光材料的物理机制，并以此来发现更多新材料。
《有机光致变色材料》课件
光电显示领域的应用
有机光致变色材料被广泛用 于光电显示器件中，例如电 子纸、显示屏和投影仪等。 这些材料可以实现高对比度 和低功耗的显示效果。
智能材料领域的应用
有机光致变色材料可以用于 制造智能材料，如智能窗户 和智能纺织品。通过对外界 光照的感应，材料可以自动 调节透光度和颜色。
传感器领域的应用
某些有机光致变色材料具有 敏感响应特性，可用于制造 传感器。这些材料可以根据 外界光照或其他信号变化来 输出电信号，实现对环境的 检测和监测。
典型的有机光致变色材料
一些常见的有机光致变色材料包括螺菌红色素、三苯胺、吡咯烷酮等。它们具有不同的变色 机制和应用特点。
工艺流程
1
制备方法
有机光致变色材料的制备方法包括化学合成、溶液法合成和聚合法等。不同方法 能够得到具有不同性质和应用的材料。
2
工业生产中的应用案例
许多公司已经将有机光致变色材料应用于电子纸、光电显示器件和智能窗户等领 域，取得了良好的应用效果。
有机光致变色材料
有机光致变色材料是一种具有颜色变化特性的化学物质，广泛应用于光电显 示、智能材料和传感器领域。本课件将介绍有机光致变色材料的概述、工艺 流程、原理与机制、应用以及未来发展前景。
概述
定义和作用
有机光致变色材料是指能够在外界光照下发生颜色变化的有机化合物。它们可以用于设计光 电显示器件、智能材料和传感器等。
展望
1 有机光致变色材料的发展前景
2 有机光致变色材料的未来应用场景
随着科学技术的进步和应用需求的增加， 有机光致变色材料将会迎来更广阔的发展 空间。在光电显示、智能材料和传感器领 域，有机光致变色材料将发挥更重要的作 用。
未来，有机光致变色材料有望应用于Байду номын сангаас多 领域，如智能家居、光学设备和医疗器械 等。这些材料将带来更多创新和便利。
光致变色材料
光致变色材料
光致变色材料是一种特殊的材料，它可以在受到光照或其他外界刺激时，发生颜色变化的现象。
这种材料具有广泛的应用领域，例如光学、电子、感光等领域。
光致变色材料的种类繁多，下面我们将主要介绍几种常见的光致变色材料。
第一种是溶胶凝胶材料。
溶胶凝胶材料是由胶体微粒组成的材料，其特点是微粒分散在溶胶中，并形成三维网络结构。
这种材料对于外界光的吸收和散射具有较好的效果，可以实现颜色的变化。
第二种是有机染料。
有机染料是一种有机化合物，能够吸收特定波长的光并发生颜色变化。
有机染料的颜色变化可以通过改变其结构来实现。
以溶液的形式存在的有机染料具有吸光性和发光性，广泛应用于化妆品、食品等领域。
第三种是金属氧化物材料。
金属氧化物材料是利用金属离子和氧化物离子之间的相互作用来实现颜色变化的材料。
金属氧化物材料除了具有颜色变化的特点外，还具有优良的光学性能和机械性能，因此在光学器件、显示器件等领域得到广泛应用。
第四种是稀土材料。
稀土材料是指以稀土元素为主要成分的材料，其中包括氧化物、硫化物等。
稀土材料具有丰富的电子能级结构和多种束缚态，因此可以通过外界的光激发来实现颜色变化。
光致变色材料除了上述几种常见的材料外，还有很多其他类型
的材料，例如光致变色高分子材料、光致变色液晶材料等。
光致变色材料的应用领域非常广泛，可以应用于智能窗、显示器件、传感器等领域。
光致变色材料在未来的发展前景十分广阔，将会成为科技领域的热点研究方向。
2光致变色材料的应用前景
2光致变色材料的应用前景（1）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）国防上的用途有机光致变色化合物是一种非常有价值的功能材料, 虽然从光致变色现象的发现到今天已经有100 多年的历史, 而对有机光致变色化合物的研究才刚刚开始, 是一个非常广阔的领域。
目前, 各种光致变色产品已经面世, 光致变色化合物的广泛应用已指日可待。
但从目前的研究来看, 光致变色化合物的各种性质还不能完全满足应用的需要, 综合分析当前有机光致变色化合物的研究进展, 其应用研究走在前列, 多注重对化合物光致变色性能的表征, 而对物理、化学基本问题的研究则较少。
因此,进一步的发展有赖于一系列基本物理和化学问题的解决, 有赖于理论的建立、技术的突破。
需解决的问题概括如下:首先, 性能优良的有机光致变色化合物应具有以下基本要素:(1)好的热力学稳定性;(2)好的抗疲劳性;(3)快速的反应性;(4)高灵敏度。
仔细分析近些年国内外有机光致变色化合物的研究成果, 满足以上要素的化合物体系为数不多, 如何开发出优良的有机光致变色染料是目前研究人员的共识。
然后, 进一步深层研究有机光致变色化合物的变色机理。
人们对其变色过程并不十分了解, 为了更好地了解其变色过程, 需要利用越来越先进的各种分析手段进行大量实验研究, 更需要进行理论上的创造, 提出新概念、新模型、新理论和新方法, 科学地阐明有机光致变色化合物的变色过程、激发过程和激发状态。
最后, 在以上研究的基础上进一步研究有机光致变色化合物的生产过程、生产工艺, 降低生产成本使之尽快进入应用领域。
总之, 可以预计在未来数年中有机光致变色化合物将得到广泛的应用, 尤其是在信息领域将引起一场革命光致变色材料应用的五大方向是：民生应用领域主要有光致变色涂料、光致变色高分子材料。
光致变色服装、纺织品、服饰品、儿童服装、T恤等已进入成熟应用。
光致变色油漆、油墨、涂料、装饰材料等已开发成功多个品种。
光致变色材料在光学应用中的研究
光致变色材料在光学应用中的研究随着科技的不断发展，人们对光学材料的要求也越来越高。
光致变色材料作为一种新型的光学材料，近年来备受研究者的关注。
本文将介绍光致变色材料的性质、特点以及在光学应用中的研究进展。
一、光致变色材料的性质和特点光致变色材料是一种可被激发发生颜色变化的材料。
它们在外界激发下，会发生表观颜色的改变，从而达到我们需要的效果。
具体来讲，光致变色材料主要是通过吸收外界光的能量，使其分子结构发生改变，从而导致颜色的变化。
这种变化可以是从一个颜色到另一个颜色，也可以是从有颜色变成无色或者透明。
光致变色材料的特点主要表现在以下两个方面：一是对激发光线的响应特别敏感，激发就会发生明显的相应；二是在颜色变化中以非常小的分子体积变化换得明显的色度变化。
这些特点使得光致变色材料在光学应用中得到了广泛的研究和应用。
二、光致变色材料在光学应用中的研究进展1. 光学存储光致变色材料在光学存储中的应用主要表现在其记忆能力上。
根据不同的分子结构和形态，光致变色材料可以分为有机和无机两大类。
在这两类光致变色材料中，有机材料更适合在光学存储中使用。
目前，利用有机光致变色材料制成的光学存储设备已经应用到许多领域中，例如光盘、DVD、蓝光光盘等。
2. 光电显示器件光电显示器件是指利用光、电和材料的相互作用来完成能量和信息交换的器件。
目前，利用光致变色材料制成的光电显示器件也已经被广泛应用。
这些器件的特点在于能够根据光的照射，改变材料的颜色或者亮度，从而形成一个更加清晰、鲜明、亮度均衡且省电的显示效果。
3. 光学传感器光学传感器是通过光的传播、反射、干涉、散射、吸收等现象来传递和检测信息的传感器。
利用光致变色材料制成的光学传感器，其工作原理也是通过光敏变色效应来实现，能够应用到许多领域中，如化学传感、光学测量、生命科学、加速度等。
4. 光子晶体光子晶体是指利用周期性光学结构来制备的材料，这种结构能够调控光学性质并具有人工的能带结构，是一种具有非常高的应用潜力的新型光学材料。
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、二芳基乙烯类等。
下面介绍几种主要的有机类光致变色化合物。
(1)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。
有机光电功能材料分类
有机光电功能材料分类
有机光电功能材料是一类能够将光能转化为电能，或者在电场或电流作用下表现出光学效应的材料。
根据其功能和特性，有机光电功能材料可以分为以下几个主要分类：有机光电转换材料（Organic Photovoltaic Materials）：这类材料可将光能转化为电能，常用于太阳能电池和光电探测器等光电转换设备。
它们通常由有机分子、有机半导体材料和聚合物构成。
有机发光材料（Organic Light-Emitting Materials）：这类材料能够将电能转化为光能，广泛应用于有机发光二极管（OLED）等光电显示和照明设备。
常见的有机发光材料包括有机染料和聚合物。
光敏材料（Photosensitive Materials）：这类材料在受到光照或电场激发后产生光学效应，用于光敏记录、激光打印、光刻制造等领域。
光敏材料常包含感光剂、波长转换剂和光致变色剂等。
有机光学材料（Organic Optical Materials）：这类材料具有特殊的光学特性，包括透明性、折射率调控和非线性光学效应，并可用于光纤通信、光学薄膜和光学透镜等领域。
有机电致变色材料（Organic Electrochromic Materials）：这类材料能够在电场刺激下实现颜色变化，可应用于电子纸、调光玻璃和显示器件等领域。
有机传感材料（Organic Sensing Materials）：这类材料能够响应特定物理或化学刺激，如温度、湿度、气体和生物分子等，用于传感与检测应用，例如生物传感器和环境监测。
光致变色材料
光致变色材料光致变色材料是一种能够在受到光照射后改变颜色的材料，它具有广泛的应用前景和巨大的市场潜力。
这种材料在光照下会发生结构或电荷的改变，从而导致颜色的变化，可以应用于智能窗帘、光学存储、信息显示、传感器等领域。
光致变色材料的研究和应用已经成为当前材料科学领域的热点之一。
光致变色材料的种类多种多样，包括有机光致变色材料、无机光致变色材料、聚合物光致变色材料等。
有机光致变色材料具有颜色鲜艳、变色速度快的特点，适用于显示器、传感器等领域；无机光致变色材料具有稳定性高、光学性能好的特点，适用于智能窗帘、光学存储等领域；聚合物光致变色材料具有柔韧性好、加工性能优良的特点，适用于柔性显示器、智能纺织品等领域。
光致变色材料的研究与开发已经取得了一系列重要进展。
在有机光致变色材料方面，研究人员通过合成新型有机分子，改善了其光致变色性能；在无机光致变色材料方面，研究人员通过控制材料的微观结构，提高了其光致变色效果；在聚合物光致变色材料方面，研究人员通过改变聚合物的分子结构，实现了材料的多功能化应用。
光致变色材料的应用领域也在不断拓展。
在智能窗帘领域，光致变色材料可以根据光照强度自动调节窗帘的透光度，实现节能环保；在光学存储领域，光致变色材料可以实现信息的高密度存储和快速读写；在传感器领域，光致变色材料可以实现对光、温度、湿度等多种信号的敏感检测。
光致变色材料的发展还面临一些挑战和机遇。
在技术方面，如何提高材料的稳定性、降低成本、提高生产效率是当前亟待解决的问题；在市场方面，随着智能化、绿色化的发展趋势，光致变色材料将迎来更广阔的市场空间和更多的应用机会。
总的来说，光致变色材料作为一种新型功能材料，具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力。
随着材料科学技术的不断进步和创新，相信光致变色材料将会在未来的智能化时代发挥越来越重要的作用。
光致变色材料种类
光致变色材料有很多种类，包括但不限于以下几种：
有机光致变色化合物：螺吡喃是有机光致变色材料中研究和应用最早、最广泛的体系之一，在紫外光照射下，无色螺吡喃结构中的C一O键断裂开环，分子局部发生旋转且与吲哚形成一个共平面的部花青结构而显色，吸收光谱相应红移。
在可见光或热的作用下，开环体又能回复到螺环结构。
此外，还有螺呋喃、二苯基吲哚、二苯基喹唑啉、二苯基吖啶等。
无机光致变色材料：如WO3、MoO3、TiO2等，无机光致变色材料具有稳定性好、成本低等优点，其中WO3通过与ZnO纳米粒子进行复合，可显著提升其光致变色效率。
此外，还有一些其他材料也具有光致变色性能，如水杨醛缩苯胺类化合物、偶氮化合物、稠环芳香化合物、哗嗓类等。
光致变色材料在显示技术中的应用
光致变色材料在显示技术中的应用随着科学技术的不断发展，人们对显示技术的要求越来越高。
现在，智能手机、平板电脑和电视等电子产品都需要具备高清、高亮度、高色彩度等多种显示功能，而这些要求都能够在光致变色材料的应用下得以实现。
光致变色材料是一种特殊的材料，它会在受到电磁线或光线刺激的时候，发生物理或化学反应，从而改变其颜色或形态。
这种材料的应用十分广泛，从反光镜、防伪标识、太阳镜到显示技术中都有着重要的作用。
一般来说，光致变色材料可以分为两类：一类是基于有机颜料的光致变色材料，另一类是基于配合物的光致变色材料。
这两类材料的差别在于化学结构和变色机理等方面不同，但都具备着高度的色彩可控性、快速响应时间和多样的显示效果。
其中，基于配合物的光致变色材料具备着更好的光稳定性和耐久性，是目前应用最广泛的一类材料。
在显示技术中，光致变色材料的应用主要有两种方式：一种是电致变色，另一种是光致变色。
电致变色是指当电场作用于材料时，其分子结构发生变化，从而使得材料的颜色发生变化。
光致变色则是指当光线作用于材料时，光子的能量被材料吸收，从而使得材料的颜色发生变化。
如果将光致变色材料应用到显示技术中，就能够实现多种显示效果。
比如说，我们可以利用光致变色材料来制造可调光显示器。
这种显示器能够根据环境亮度的变化来自动调整显示亮度，从而避免了眼睛的疲劳和不适感。
此外，光致变色材料还可以制造出高清、高亮度、高色彩度的电视屏幕、LED灯光等产品。
除此之外，光致变色材料还可以应用于激光显示技术中。
传统的激光显示器是将激光束打在屏幕上，通过反射将影像显示出来。
但是这种方式很容易造成视觉疲劳和不适感。
而利用光致变色材料制造的激光显示器，能够将激光束直接投射在人眼所能接受的范围内，从而使得显示效果更加清晰、舒适。
总的来说，光致变色材料的应用已经渗透到了我们的生活的方方面面。
通过不断的研究和发展，相信它将会在未来的显示技术领域中扮演重要的角色，为人们带来更为清晰、高品质的视觉体验。
光学材料中的光致变色效应与应用
光学材料中的光致变色效应与应用在现代科技的飞速发展中，光学材料扮演着至关重要的角色。
其中，光致变色效应作为一种独特的现象，吸引了众多科学家和工程师的关注，并在众多领域得到了广泛的应用。
光致变色现象，简单来说，就是某些材料在受到特定波长的光照射时，其颜色会发生显著的变化，而当光照停止或改变时，材料又能可逆地恢复到初始的颜色状态。
这种奇妙的特性源于材料内部的微观结构和化学变化。
要理解光致变色效应，首先需要了解光学材料的结构和性质。
许多光致变色材料都具有特殊的分子结构，包含能够吸收光子并发生电子跃迁的官能团。
当光子的能量与这些官能团的能级匹配时，就会引发一系列的化学反应，导致材料的光学性质发生改变。
例如，某些有机化合物中的双键在光照下会发生异构化反应，从而改变分子的共轭结构和吸收光谱，进而引起颜色的变化。
光致变色材料的种类繁多，常见的有有机光致变色材料和无机光致变色材料。
有机光致变色材料如螺吡喃、俘精酸酐等，具有响应速度快、颜色变化多样等优点，但往往稳定性较差。
无机光致变色材料如卤化银、过渡金属氧化物等，虽然响应速度相对较慢，但在稳定性和耐久性方面表现出色。
光致变色效应在众多领域都有着广泛的应用。
在眼镜行业，光致变色镜片是一个典型的例子。
这种镜片在室内时是透明的，而在户外受到阳光照射后会迅速变暗，起到遮阳和保护眼睛的作用。
其原理就是镜片中添加了光致变色物质，能够根据光线的强弱自动调节颜色深度。
在防伪技术方面，光致变色材料也大显身手。
通过在票据、证件等重要文件上使用特殊的光致变色油墨，可以实现难以伪造的防伪效果。
只有在特定波长的光照下，才能显示出隐藏的标记或信息，大大提高了文件的安全性。
在光信息存储领域，光致变色材料具有巨大的潜力。
利用其颜色变化来记录和读取信息，可以实现高密度、高速率的数据存储。
与传统的存储技术相比，光致变色存储具有非易失性、可重复读写等优点。
在建筑领域，光致变色玻璃也逐渐崭露头角。
这种玻璃能够根据外界光线的强弱自动调节透明度，从而有效地控制室内的采光和温度，降低能源消耗。
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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），由于结构或电子组态的改变导致 其吸收光谱发生明显的变化。而B在另一波长的光照射下或热作用下，又 能恢复到原来的形态A，其典型的紫外－可见吸收光谱和光致变色反应可 用下图定性描述:
7.5 吡喃类化合物
A、结构及其合成
B、取代基对变色性能的影响 苯并吡喃的2位苯环上以及萘环上取代基效应，发现苯环上邻对位 取代基以及萘环上5位均对萘并吡喃开环的最大吸收波长、光稳定 的光密度以及褪色速率有较大影响。响。
螺吡喃是两个芳杂环（其中一个含由吡喃环）通过一个SP3杂化的 螺碳原子连接而成的一类化合物的通称，其结构式如下，其中Ar1和 Ar2可以是苯环，萘环，蒽环，吲哚环，噻唑环等芳环或芳杂环。大多 数螺吡喃的吸收发生在紫外光谱区，一般在200～400nm范围内，不呈 现颜色。 在受到紫外光激发后，分子中的C－O键发生异裂，继而分子的结 构以及电子组态发生异构化和重排，两个环系由正交变为共平面，整 个分子形成一个大的共轭体系，吸收也随着发生很大的红移，出现在 500～600nm范围内，因此呈现颜色。
7.防护与装饰材料
利用光致变色材料对光辐射的敏感性，当光照射时变色形成保 护层，从而隔断因直接照射而造成的伤害，如变色眼镜、防晒酸、 变色玻璃等。
8.印刷板和印刷电路 利用光致变色材料的反差效应，可将光致变色物质用作有效的 滤光器，从而可用于印刷板和印刷电路中。 9.伪装材料 在太阳能的作用下将暴露目标变为同环境类似的颜色，主要有 三方面的研究：第一，变色伪装服；第二，固定工事或活动目标的 伪装涂料；第三，吸收红外光的变色材料。 10.防伪和鉴伪 可在商标印刷制品中加入特殊的光致变色物质制作防伪商标， 一般不易发现，但用特定波长的光照射即可显影，以资鉴定真伪。 光致变色材料还可以用于产品的质量检测。
不对称的二芳基 乙烯体系及芳香稳定 能较低的取代基
引入不对称结构 有助于最大吸收红移， 如果能形成分子内电 子转移主客体系，则 有助于吸收波长红移。
热稳定性
吸收光谱与 分子结构关系
耐疲劳性
非对称结构对 二芳基乙烯的耐疲 劳性是有利的。
当噻吩基变成苯并噻吩 或吲哚基时，开环量子 产率有增大的趋势。
量子产率
3.光致变色超分子 利用化合物光致变色过程中的结构的变化，可实现分 子识别过程的光调控。
4.露光计
可以用于快速过程中光反应量子产率的测量。
5.自显影感光胶片和全息摄影材料 利用光致变色物质对光辐射的敏感特性，可以制备非银特殊感 光胶片，反复使用。 6.光计算 光化学双稳态可以通过光致变色反应实现，可在计算机的研制 中的运算元件中具有广泛的应用可能性。
4. 顺反异构
对二苯乙烯类、苄叉苯胺类以及生物体中的顺发异构化，超分子中 的顺反异构都可以进行。
5．氧化还原过程
热稳定的稠环芳香化合物在光和氧作用下，也可以发生光致变色反应。
6．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。
7．光致变色化合物的酸致变色
螺恶嗪类遇酸变色。
螺恶嗪类遇酸变色。
7.3 俘精酸酐家族化合物
7.3.1 俘精酸酐的通式及其合成方法
通式：
R1 R2 R3 R4 O O O
合成方法：(Stobbe缩合合成法)
由取代的芳环或杂环环醛、酮与取代的亚甲基丁二酸
二酯通过Stobbe缩合反应制的半酯，再经过皂化和脱水得 到俘精酸酐，如下图所示：
7.4 二芳基乙烯类光致变色体系
7.4.1 二芳杂化基乙烯的结构及合成方法
杂环基取代的二芳基乙烯具有一个共轭六电子的三烯母体结构与俘精酸 酐类似。在紫外光激发下，二芳杂环基乙烯化合物顺旋闭环生成有色的闭 环体。而在可见光照射下又能发生开环反应生成起始物。以2,5-二甲基-3噻吩基乙烯为例，典型的光致变色反应如下图：
7.4.2
二芳基乙烯类化合物的光致变色性能
第七章
有机光致变色材料
主讲人:桂荣娜 2014.6.9
主要内容
光致变色概述 螺环类有机光致变色材料 吡喃类有机光致变色材料 二芳基乙烯类有机光致变色材料 俘精酸酐类有机光致变色材料 偶氮苯类有机光致变色材料 有机光致变色材料的应用
光致变色材料在现实生活中的应用：
7.1 光致变色概述
其断键后的分子通常称为开环体和呈色体，因为结构类似部花青 染料，所以通常被称为Photomerocyanines,以“PMC”或“PM”代表 。在可见光或热的作用下，PMC发生关环反应返回到SP，构成了一 个典型的光致变色体系。
螺恶嗪的化学结构和螺吡喃的非常相似，所以螺恶嗪的合成、 光谱性质及光致变色反应和螺吡喃也很相似。其结构如下：
光致变色材料的应用
1.光信息存储与光致变色材料 光致变色化合物作为可擦重写光存储材料的研究，如液晶材料。 2.生物分子活性的光调控
生物大分子的生理活性与特定的空间结构有着密切的关系， 其空间结构的微小变化必将影响到生理活性的改变。将光致变色 化合物连接到生物分子材料上，实现生物分子的结构和功能的光 调控。
（4）多光子光致变色体系，光致变色过程至少由两个光子驱动；
2 主要有机光致变色体系
1．键的异裂
螺吡喃和螺恶嗪的光致变色属于这种类型。
2．键的均裂
六苯基双咪唑在光照下发生均裂，生成很活泼的三苯基咪唑自由 基。
3．质子转移互变异构
水杨醛缩苯胺希夫碱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。
用于合成螺恶嗪的最通常的方法是在极性溶剂如甲醇或乙醇中， 用烷亚甲基杂环与邻亚硝基芳香醇进行缩合反应制备的。烷亚甲基 杂环是从相应的含氮杂环的季胺盐制的。
7.6 光致变色化合物的酸致变色
酸致变色是指光致变色化合物在酸性介质中出现变色现象，是可 逆的，酸致变色化合物仍然具有光致变色性质。
当往螺恶嗪的异丙醇溶液中加入盐酸后，溶液的颜色逐步变黄， 这是由于形成了盐酸络合物，该盐酸络合物在中压汞灯照射时，其 颜色由黄色变为红色。
7.1.2 光致变色体系
综上所述，光致变色可以归结为以下几种体系： （1）全光型光致变色体系，包括单分子和多分子体系，其呈色体只能通过 光诱导反应回复到始态； （2）光致变色热可逆体系，光致变色产物受热返回到始态； （3）光致变色和热都可逆体系，光致变色产物既可以通过受热也可以通过 光激发回到始态；