光致变色的研究进展_冯晓强
光致变色材料的研究与应用
光致变色材料的研究与应用光致变色材料（photochromic materials）是一种能够在光照下发生颜色变化的特殊材料。
这种材料可以通过吸收和释放光能来改变其分子结构，从而改变其颜色。
光致变色材料的研究和应用已经引起了广泛的关注，并在多个领域展现出了巨大的潜力。
光致变色材料最早是在20世纪60年代被发现的，当时科学家们观察到某些有机分子在受到紫外线照射后会发生颜色变化。
随后，人们对这种现象产生了浓厚的兴趣，并开始研究光致变色材料的机制和性能。
光致变色材料的研究主要集中在两个方面：机理研究和性能调控。
机理研究旨在揭示光致变色材料发生颜色变化的原理和机制。
通过深入理解光致变色材料的分子结构和作用过程，科学家们可以设计出更加高效和稳定的光致变色材料。
同时，性能调控研究则致力于探索如何通过改变光致变色材料的结构和组成来调控其颜色变化的速度和强度。
这些研究对于开发出具有特定功能的光致变色材料具有重要意义。
光致变色材料的应用十分广泛。
其中最常见的应用之一是光学器件。
通过控制光致变色材料的颜色变化，可以制造出具有可调光透过率的窗户、眼镜和太阳镜等产品。
这些产品可以根据外界光照强度自动调节透光度，提供更加舒适的视觉体验。
此外，光致变色材料还可以用于光学存储器件和显示器件，为信息存储和显示技术带来了新的可能。
除了光学器件，光致变色材料还在化妆品、纺织品和油墨等领域得到了广泛应用。
在化妆品领域，光致变色材料可以用于制造具有温感效果的唇膏和指甲油，使其在不同的温度下呈现出不同的颜色。
在纺织品领域，光致变色材料可以用于制造具有温感和光感效果的服装和家纺产品，增加其时尚度和趣味性。
在油墨领域，光致变色材料可以用于制造具有防伪功能的印刷品，提高产品的安全性和可信度。
尽管光致变色材料在以上领域都有广泛的应用，但是其商业化进展还面临着一些挑战。
首先，目前市场上的光致变色材料大多存在着颜色变化速度慢、稳定性差等问题，需要进一步改进和优化。
光子学中的光致变色材料研究
光子学中的光致变色材料研究光子学是一门研究光学现象的科学，它涵盖了许多领域，如光学器件、光通信、纳米光学等。
在各种应用中，光致变色材料也成为了一个重要的研究领域，它们通过光的激发发生颜色变化，具有广泛的应用前景。
一、光致变色材料的分类光致变色材料是指在外界光的作用下会发生颜色变化的材料，分为两类：一类是通过光化学反应使分子结构发生变化，从而发生颜色变化，如染料和光聚合物；另一类是通过电磁辐射吸收或散射，使材料的电子能级结构发生改变，发生颜色变化，如金属氧化物、超分子材料等。
无论是哪种类型的光致变色材料，它们都具有快速响应、高灵敏度、良好的重复性等优点，并且不同种类的光致变色材料在应用方面也有所不同。
二、光致变色材料的制备方法光致变色材料的制备方法具有多样性，主要包括物理制备方法和化学制备方法。
物理制备方法主要包括蒸发沉积法、溅射法、磁控溅射法等，这些方法适用于制备稀薄膜或微型结构，并具有优异的晶体质量和形貌控制能力。
化学制备方法主要包括溶胶-凝胶法、热分解法、水热法等，这些方法适用于制备低温、大面积和多组分光致变色材料，并且具有较高的可控性和可扩展性。
三、光致变色材料在光学器件中的应用光致变色材料在光学器件中有着广泛的应用，具有很高的应用前景。
在可视化显示领域，针对光致变色电致变材料的研究与制备逐步深入，既有单分子材料，又有聚集诱导的发光分子材料和有机缩聚物等材料，这些材料可制备出非晶态材料或低分子量晶体材料，既可提高色彩饱和度，又可改善响应时间和制备工艺，可用于液晶显示、有机电致变阈值材料、全彩发光二极管和有机写入膜材料等方面。
在显示防伪领域，通过设计合成新型光致变色材料和制备新型器件，其中最具代表性的是调制圆偏振光的波片，它是一种通过物质的光学各向异性产生双折射，在可见光区域进行波片调制的新型器件，具有广泛的应用前景。
在光电能转换领域，光致变色材料可以用于实现太阳能电池、热电转换和振动能转换等光电能转换，例如通过光致变色材料的双光子吸收，制备出高效的太阳能电池材料，使其能量转换效率得到大幅提高。
【2019年整理】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（宵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e （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，乂恢复到原来的形式：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⑵。
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卓：①有色和无色业稳态问的可控可逆变化；②分子规模的变化过程；③业稳态问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。
2含氧、氮、硫杂螺环结构的光致变色化合物2.1 螺毗喃化合物1952年Fisdher和Hirshberg[4]首次发现了螺毗喃的光致变色性质，1956年Hirshberg［5 ］第一次提出光成色与光漂白循环可构成化学记忆模型，并可在化学信息存贮方面获得应用.螺毗喃衍生物有好的着色能力和抗光致疲劳能力，在数据记录和储存,光控开关，显示器和非线性光学等方面有潜在的应用前景. 2.1.1光致变色原理大多数螺毗喃及其类似化合物表现出正向光致变色特性.然而，当这些化合物的结构带有羟基、埃基或氨基时，则显示出“逆”向光致变色特性.人们对其光致变色机理及结构进行了大量研究.普遍认为，此类化合物在光照下, 发生键的异裂形成偶极离子.由丁共轴程度了发生改变，因此显示不同的颜色［6］如下图（1）所示.但对开环体2的花菁结构，Kim和Schulze等［乙8］提出了比花菁更稳定的花菁盐结构.2.1.2螺毗喃化合物的制备呼噪琳螺毗喃5可由取代水杨醛与2-业甲基呵噪琳衍生物（Fischer碱）在有机溶剂中回流缩合而成，如将1,3,3-三甲基-2-业甲基呵噪3与羟基芳醛4在乙醇溶液中回流反应，5的收率为70%〜98%［9］如图（2）所示.由（2）图中3的业甲基部分容易二聚，为提高苯并嗯哇螺毗喃的收率，使用铳盐或氧令翁盐6作为业甲基单元的前体，可以很好地完成这一反应（Scheme 1）.Scheme 1利用类似的方法，合成了许多螺毗喃类化合物及其衍生物［10,11］. 2004〜2007年孟继本等合成一系列的光致变色螺环化合物 ，其典型代表物8, 9如Scheme 2 所示.0H 8 Scheme 2总之，螺毗喃化合物合成方法已基本成熟，今后应加强螺毗喃的修饰和化 合物的设计研究，通过改变合成方法减少对环境的影响，以进一步提高产品纯 度、收率和热稳定性.2.2俘精酸酊类2.2.1简介俘精酸酎是芳取代的二业甲基丁二酸配类化合物的统称，是最早被合成的有 机光致变色化合物之一。
光致变色材料的研究及应用进展
光致变色材料的研究及应用进展吕沙东北林业大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨摘要：本文通过论述光致变色材料的研究及应用进展这一内容，可以清晰直观地了解到，当前我国的高技术研究领域重点将注意力放到了光致变色材料的研究上，对于光致变色材料来说，光致变色是材料在受到光照射程度下，所产生的一些化学反应，这种在光的照射下，可以呈现五颜六色的变色材料，其已经有150年的历史了，对于光致变色材料的研究具有很重要的意义，其发展还有更为远大的前景。
基于此，本文重点从关注光致变色材料的研究及应用进展进行思考和探索，并提出相应的建议，愿与大家共享。
关键词：变色材料;研究;应用进展一、不同类型光致变色材料的研究（一）有机光致变色材料有机光致变色材料具有修饰高，色泽丰富，光响应快等优点，大多数可以在200~400nm 的紫外光下活化。
对于某些有机物，该范围可以扩展到430nm，但可见光可以激活很少的有机物质。
颜色变化的机制主要包括双键的断裂和组合（键的均裂，键的分裂），异构体形成（质子转移互变异构化，顺反异构化），酸诱导变色，周环反应，氧化还原反应等。
有许多类型的有机光致变色材料，通过引入特定的官能团改性可以实现不同的研究目的。
目前，大多数研究主要是二芳基乙烯，俘精酸酐，螺吡喃，螺恶嗪，偶氮苯，席夫碱。
二芳基乙烯和俘精酸酐衍生物均表现出不可逆的光致变色性质，并且可用于光学存储器，开放式光学开关装置和显示器;通过光照产生的螺吡喃，萘并吡喃，螺恶嗪和偶氮苯的异构体表现出热力学不稳定性。
对于使用类型，给出了二芳基乙烯和螺吡喃有机光致变色材料的以下描述。
（二）二芳基乙烯类二芳基乙烯通过循环反应产生两种不同形式的开环和闭环。
原理图如图1所示。
这两种形式可以在不同波长的光的作用下相互转换。
吸收光谱的物理和化学性质，折射率，介电常数，氧化还原等也在转化过程中发生变化。
与其他光致变色材料相比，具有热稳定性好，抗疲劳，化学反应谱大，光敏性高，化学反应速度快等特点。
光致变色材料的研究及应用进展
Journal of Advances in Physical Chemistry 物理化学进展, 2018, 7(3), 139-146Published Online August 2018 in Hans. /journal/japchttps:///10.12677/japc.2018.73017Research and Application Progress ofPhotochromic MaterialsYue SunCollege of Chemistry and Chemical Engineering, Southwest Petroleum University, Chengdu SichuanReceived: Aug. 5th, 2018; accepted: Aug. 18th, 2018; published: Aug. 27th, 2018AbstractPhotochromic materials, as an important subject in the field of high technology, have wide appli-cation value and development prospect. According to different types, this paper summarizes the research progress and related applications of organic photochromic materials, inorganic pho-tochromic materials and inorganic-organic hybrid photochromic materials, and briefly discusses the future development trend.KeywordsPhotochromatism, Research Progress, Application, Development Trend光致变色材料的研究及应用进展孙悦西南石油大学化学化工学院，四川成都收稿日期：2018年8月5日；录用日期：2018年8月18日；发布日期：2018年8月27日摘要光致变色材料作为当前高科技领域研究的重要课题，具有广阔的应用价值和发展前景。
光致变色聚合物研究进展_王建营
据 Krongauz 对光致变色聚合物的定义 , 光致变 色聚合物指光致变色颜料分子以化学键方式联接在 大分子上 。因此严格意义上的光致变色聚合物通常 有两种结构形式 :光致变色颜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 , 或者光致变 色颜料分子作为主链结构单元或共聚单元而形成聚 合物 。将光致变Байду номын сангаас化合物添加到聚合物中形成的光 致变色聚合物不在定义之中 。 为此本文主要介绍几 类常见有机光致变色聚合物的合成特点 、光致变色 性能及与其单体的比较等 。
关键词 光致变色聚合物 光致变色性质 合成 光学存储 中图分类号 :O632 ;TB34 文献标识码 :A 文章编号 :1005-281X(2006)02 3-0298-10
Progress of Photochromic Polymers
Wang Jianying1, 2 Feng Changgen1＊＊ Hu Wenxiang2 (1 .State Key Laboratory of Explosion Science and Technology , Beijing Institute of Technology , Beijing 100081 , China ;
有机光致变色材料的研究及其应用的开题报告
有机光致变色材料的研究及其应用的开题报告题目：有机光致变色材料的研究及其应用一、研究背景及意义随着科技的快速发展，光致变色材料作为一种新型的功能材料受到越来越多的关注和研究。
有机光致变色材料是一种通过光照射和热激发发生颜色变化的材料，可以应用于传感器、计算机显现、竞技场地等领域。
其在材料科学的研究中是一个新兴的领域，具有广泛的应用前景。
二、研究目的本研究旨在：1.综述有机光致变色材料的基本性质和研究现状；2.研究有机光致变色材料的合成方法；3.探究有机光致变色材料在电子器件和传感器等领域的应用。
三、研究内容1.综述有机光致变色材料的基本性质和研究现状（1）有机光致变色材料的基本性质（2）有机光致变色材料的研究现状和发展趋势2.研究有机光致变色材料的合成方法（1）有机光致变色材料的化学结构（2）有机光致变色材料的合成方法（3）有机光致变色材料的表征方法3.探究有机光致变色材料在电子器件和传感器等领域的应用（1）有机光致变色材料在电子器件中的应用（2）有机光致变色材料在传感器中的应用四、研究方法本研究采用文献调研、实验研究和理论分析相结合的方法，系统研究有机光致变色材料的基本性质、合成方法和应用等方面的内容。
五、研究预期成果本研究的预期成果是：1.系统地阐述有机光致变色材料的基本性质和研究现状；2.总结有机光致变色材料的合成方法；3.探究有机光致变色材料在电子器件和传感器等领域的应用。
六、研究进度安排第一年：1.调研有机光致变色材料的基本性质和研究现状；2.学习有机光致变色材料的合成方法；3.开展有机光致变色材料的实验研究。
第二年：1.继续开展有机光致变色材料的实验研究；2.研究有机光致变色材料在电子器件中的应用。
第三年：1.继续开展实验研究；2.研究有机光致变色材料在传感器中的应用；3.撰写论文并进行相关报告。
七、预期经费本研究的预期经费约为10万元，包括实验材料费、设备维护费、差旅费等。
光致变色材料的制备及光学性能研究
光致变色材料的制备及光学性能研究近年来，光致变色材料因其在光学领域中的应用得到了广泛关注。
光致变色材料是一类能够在外界光照条件下发生颜色变化的材料，具有广泛的潜在应用价值，例如信息存储、光电子器件和可见光催化等领域。
本文将介绍光致变色材料的制备方法及其光学性能研究成果。
首先，我们来看光致变色材料的制备方法。
常见的制备方法包括溶液法、热蒸发法、共沉淀法以及溶胶凝胶法等。
其中，溶液法是一种较为常用的制备方法。
以溶液法制备光致变色材料为例，首先需要选择合适的光敏分子作为材料的主要成分。
这些光敏分子具有吸收特定波长光线后发生结构变化的特性。
接下来，将光敏分子溶解在合适的溶剂中，并加入适量的助剂和稳定剂，通过控制溶剂的浓度和温度，得到所需的光致变色材料。
接下来，我们讨论光致变色材料的光学性能研究。
光学性能是评价光致变色材料的重要指标，包括吸光性能、发光性能以及光热性能等。
吸光性能是指材料对不同波长光线的吸收程度，可以通过紫外-可见-近红外光谱仪进行测量。
发光性能是指材料在受到外界光照后产生的发光现象，可以通过荧光光谱仪进行测量。
光热性能是指材料在光照下产生的热源，可以通过热像仪进行测量。
在研究过程中，我们发现，光致变色材料的光学性能与其分子结构密切相关。
不同的分子结构对应着不同的光学性能，因此，合理设计分子结构是获得优良光致变色材料的关键。
例如，通过引入不同的取代基、改变分子的共轭结构和取代位阻基团，可以调节材料的吸光光谱范围和吸光强度，从而改变材料的颜色和光学性能。
此外，光致变色材料的应用也是我们研究的重点之一。
光致变色材料在信息存储方面具有广阔的应用前景。
例如，通过制备可重写的光存储介质，可以实现高密度的光存储和信息传输。
光电子器件方面，光致变色材料可以用于制备光开关、光控电阻和可调焦透镜等元器件，实现光电子信号的传输和处理。
此外，光致变色材料还可以应用于可见光催化反应中，通过光致变色材料的光热效应，实现光催化反应的激发和控制。
我国光致变色材料研究
我国光致变色材料研究光致变色材料是一种能够在外界光照下改变自身颜色的材料。
这种材料具有许多潜在的应用领域，包括显示技术、光电子学、数据存储、智能窗帘和光遥控开关等。
近年来，我国在光致变色材料研究方面取得了显著的进展。
首先，我国在光致变色材料的合成和制备方面做出了大量的研究。
通过改变材料的化学成分和结构，研究人员成功合成出了许多性能优良的光致变色材料。
例如，一些溴代苯胺类化合物能够通过光诱导反应来改变其颜色。
此外，还有一些具有类似于光敏颜料的有机分子，它们可以通过光激发来改变吸收光谱。
这些研究结果为开发更高效、更稳定的光致变色材料打下了基础。
其次，我国在光致变色机理的研究方面也取得了一定的成果。
光致变色材料的变色机理包括光物理过程和化学反应过程两个方面。
通过对光致变色材料的光物理行为和机理的深入研究，研究人员可以进一步了解光致变色材料的工作原理，从而改进其性能。
近年来，我国的研究人员对一些典型的光致变色材料进行了系统的研究，揭示了它们的变色机理，并提出了一些新的理论模型。
此外，我国在光致变色材料的应用方面也有了一定的突破。
光致变色材料具有广阔的应用前景，例如用于显示技术的光敏染料和光敏聚合物、用于智能窗帘的粉末电致变色材料等。
我国的研究人员积极探索光致变色材料的应用领域，并取得了一系列突破性的成果。
例如，在高性能光敏聚合物方面，我国的研究人员成功合成了一种新型的光致变色聚合物，具有较高的光敏性和稳定性。
这一成果为光致变色材料在显示技术上的应用提供了新的方向。
总体而言，我国的光致变色材料研究取得了显著的进展，但与发达国家相比，仍存在一定的差距。
未来，我们应加强光致变色材料的基础研究，提高研究水平和创新能力。
同时，与相关学科和行业进行更广泛的合作，加强跨学科研究和技术转化，推动光致变色材料的工业化应用。
只有这样，我们才能更好地将光致变色材料相关技术转化为现实应用，促进我国光致变色材料产业发展，以及推动我国相关行业的创新与进步。
常见有机光致变色体系的研究现状
Ｔｈ ｃ ｎ ｅ Ｒｅ ｅ ｔＡｄｖ ｎ ｅ ｉ ｈ ｒ ａ ｉ ａ ｃ ｎ ｔ ｅ Ｏ ｇ ｎ ｃ Ｐｈｏ ｏ ｈ ｏ ｉ ｙ ｔ ｍ ｔ ｃ ｒ ｍ ｃ Ｓ ｓｅ
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（ ｏｌ ｅｏ Ｍ ｔ ａ Ｓ ｉ ｃ ｎ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｊｉ ｒｈ ｅｔｒ ｎ ｉｉＥ ｇ ｅｒ ｇＩｓ ｔ ｅ Ｃ ｌ ｇ ｆ ａｅ ｌ ｃ ｎｅａｄＥ ｇ ｅ ｎ ， ｉｎＡ ｃ ｉ ｃ ａ ａｄＣｖ ｎ ｉ ｅ ｎ ｔｕ ， ｅ ｉ ｒ ｅ ｎ ｉ ｌ ｔ ｕｌ ｌ ｎ ｉ ｎ ｉｔ Ｊ ｉ Ｃ ａｇｈ ｎ１０ ２ ， ｈｎ ） ｉｎ ｈ ｎ ｃｕ ３ ０ １ Ｃ ｉ ｌ ａ
普
图 ２ 偶 氮 苯 的 光 致 变色 反 应 过 程
机光致变色物质按其 光致变色反应类型可大致分为以下几类 。
１ １ 键 的异裂 ．
螺吡喃和螺嗯嗪的光致 变色都属 于这种类 型 ， 当用 紫外光
激发无色的螺吡喃或螺嗯嗪时 ， 即可导致螺碳 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 。螺嗯嗪 是在螺吡
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ｏ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｃ ｍｍｏ ｒ ａ ｃ ｐ ｏｏ ｈ ｏ ｃ ｍａｅ ａ ｙ ｔｍ ，ｔ ｅ ａ ｐ ｉａ ｉｎ ｏ ｈ ｔ ｃ ｒ ｍｉ ｔｒａ ｎ ｄ ｅ ｔｆ ｎ ｏ ｇ ｎｉ ｈ ｔ ｃ ｒ ｍｉ ｔｒｌ ｓ ｓｅ ｉ ｈ ｐ ｌｃ ｔ ｆ ｐ ｏｏ ｈ ｏ ｃ ｍａ ｅ ｌｉ ｙ ｓｕ ｏ ｉ
光致 变 色 是 一 种 可 逆 的 化 学 变 化 ， 是 一 个 重 要 的判 断 标 这
准。通常情况下 ， Ａ是无色体 ， Ａ到 Ｂ的转 化要用近似于物种 从 Ａ的最大吸收波 长处 （ 一般在紫外 区） 的光激发 ； Ｂ一般 为呈色 体， 其最大吸收波长在可见光区。 目前 ， 对光致变 色材料的进一 步研究发现 ， 有些 化合物 在某溶剂 中存 在逆光 致变 色现象 。有
有机光致变色自由基化合物研究进展
有机光致变⾊⾃由基化合物研究进展有机光致变⾊⾃由基化合物研究进展摘要：本⽂对近年来有机光致变⾊⾃由基化合物的研究进展进⾏综述，着重介绍了联茚满烯⼆酮类⾃由基衍⽣物的发展，对⾃由基的⽣成和变⾊机理做了较为细致的介绍。
关键词：光致变⾊，光致磁性，(联茚满)⼆羟基烯⼆酮，机⾃由基前⾔作为⼈类社会⽣活的物质基础，材料、能源、与信息并列为现代科学技术的三⼤⽀柱。
⾼新技术的发展与应⽤给⼈们的⽣产⽣活带来极⼤的⽅便，同时也激励着⼈们向更⾼的⽬标奋进。
然⽽，所有这些⾼新技术的发展与应⽤⽆⼀不依赖于新的特殊材料的发展与应⽤，它们不断引起⽣产⼒的巨⼤变⾰，推动社会向前发展。
在当今社会，随着⼈类社会的不断进步及科学技术⽔平的不断提⾼，对材料的要求也越来越⾼，迫使⼈们不断研制开发各种新型材料，使之向着信息化、功能化、多元化和智能化的⽅向发展［1］。
在材料科学领域．⽆机材料是被⼴泛应⽤于⽣产⽣活各个部门的⼀类传统型材料。
但是，由于其受到种类、密度和加⼯条件的限制，新产品的研制开发相对缓慢，已渐渐不能满⾜⾼新技术领域快速发展的需要。
在这种情况下，20世纪80年代，有机固体功能材料应运⽽⽣，并很快获得了迅猛的发展，取得了丰硕的研究成果。
各国政府和企业纷纷投资，激烈竞争；各种国际学术会议接踵⽽来［2］，若⼲学术刊物也相继出现［3］。
有机固体功能材料［4］是⼀门多学科交叉的边缘学科，涉及到有机化学、⽆机化学、⾼分⼦化学、固体物理和材料科学等，研究成果遍及有机半导体、有机光导体、有机导体和超导体、导电聚合物、有机⾮线性光学材料、有机铁磁体等各个新型的功能材料研究领域。
⽽且，有机分⼦的多样性使设计、合成具有光、电、磁等多种物理性质的化合物成为可能；同⼀化合物所表现出来的物理或化学性质可以相互关联或具有协同效应。
因此，由多功能的有机化合物制备多功能有机固体材料具有更重⼤的理论意义和更⼴阔的应⽤前景，并逐渐成为有机固体功能材料领域中最热门的话题。
光致变色材料的研究与开发
光致变色材料的研究与开发第一章引言光致变色材料是一种具有特殊光学性质的功能材料。
这种材料在受到光照射后，可以发生结构上的变化，从而改变其颜色或者吸收光谱的特性。
其应用非常广泛，包括光存储技术、可调光学滤波器、光电显示、光敏性材料等领域。
因此，光致变色材料的研究与开发成为了当前材料科学领域的热点之一。
本文主要综述光致变色材料的分类、制备方法和应用，并对其未来发展进行探讨，为相关领域的研究提供一定的参考。
第二章光致变色材料的分类一般而言，光致变色材料可以按照以下几种方式进行分类：1.按结构分为无机光致变色材料和有机光致变色材料无机光致变色材料的结构一般为晶格，例如氮化硅、纳米线、金属氧化物等。
有机光致变色材料则通常为有机分子或聚合物，例如环丙烷衍生物、喹啉衍生物、聚电解质等。
2.按机理分为离子交换型、光致变形型、分子内电转移型、电荷转移复合型离子交换型光致变色材料主要是通过金属离子的交换来实现颜色的变化，例如锰酸盐、钴铬酸盐等。
光致变形型光致变色材料则是通过分子的变形来实现颜色的变化，例如聚丙烯酸及其衍生物、聚苯胺等。
分子内电转移型光致变色材料是通过分子内电子转移来实现颜色的变化，例如吡咯烷衍生物、乙炔化合物等。
电荷转移复合型光致变色材料则是通过电荷转移复合来实现颜色的变化，例如石墨烯等。
3.按颜色变化形式分为吸收型、反射型和透射型吸收型光致变色材料是指在光照射下发生吸收光的颜色发生变化，例如锰酸盐、咖啡因等。
反射型光致变色材料是指在光照射下通过反射光的方式实现颜色的变化，例如金属互补电荷转移化合物等。
透射型光致变色材料则是指在光照射下通过透过光的方式实现颜色的变化，例如氢气感测电极、铜离子感测器等。
第三章光致变色材料的制备光致变色材料的制备方法非常多样，下面简要介绍一些常见的方法。
1.化学合成化学合成法是光致变色材料制备方法中最常用的方法之一。
它的基本原理是通过不同的反应条件和反应物制备出目标化合物。
高性能光致变色材料的合成与应用研究
高性能光致变色材料的合成与应用研究光致变色材料作为一种具有特殊光学效应的材料，近年来在光电领域中得到了广泛应用。
它能够通过外界的光照射，发生颜色的改变，使得材料的光学性质发生显著的变化。
这种材料的合成与应用研究成为了当前光电研究的热点之一。
1. 光致变色材料的合成方法在光致变色材料的合成中，有多种方法可以选择。
其中，光敏染料法是一种常见的合成方法。
通过在高分子材料中添加光敏染料，使得材料在光照射下发生颜色变化。
此外，还可以利用聚合反应、溶胶-凝胶法等方法合成光致变色材料。
2. 光致变色材料的市场应用光致变色材料的市场应用非常广泛。
首先，在光学光电领域中，光致变色材料可以应用于光学存储、可变光学滤波器等方面。
其次，在智能显示领域，光致变色材料可以应用于电子纸、智能眼镜等产品中。
此外，在生物医学领域，光致变色材料可以应用于荧光探针、生物标记等方面。
3. 光致变色材料的优势与挑战光致变色材料具有许多优势，如响应速度快、色彩变化可控等。
然而，光致变色材料的应用仍面临一些挑战。
首先，材料的稳定性和可重复性需要进一步提高。
其次，光致变色材料的成本较高，限制了其广泛应用。
因此，研究人员需要不断探索新的合成方法和技术，以提高光致变色材料的性能和降低成本。
4. 光致变色材料的未来发展趋势光致变色材料在科技领域中有着广阔的应用前景。
随着新材料的开发和合成方法的不断创新，光致变色材料的性能将得到进一步提高。
未来，光致变色材料有望应用于更多领域，如人工智能、可穿戴设备等。
此外，光致变色材料的环保性和可持续性也将成为研究的重点。
综上所述，高性能光致变色材料的合成与应用研究具有重要的科学意义和应用前景。
通过不断研究和创新，我们可以进一步提高光致变色材料的性能，拓展其应用领域，并逐渐实现其商业化和产业化。
我们期待未来光致变色材料在光电领域中的广泛应用，为人们的生活带来更多便利和乐趣。
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为 了 能 在 半导 体 激 光 器 输 出 波 长 780nm 处有足够的吸收, 友田等人研究了杂 环取代基与有色体吸收光谱之间的关系。他 认为, 取代基斥电子能力越强, 有色体最大 吸收波长红移越多。对于相同杂环, 环上斥 电子基也会使得有色体吸收波长红移。樊美 公等人发现吡咯取代的俘精酸酐与四氰基对 苯 醌 二 甲 烷 基 态 所 形 成 的 络 合 物 在 K= 460nm 光作用下发生电子转移反应, 得到的 自由基离子在 780～840nm 范围内有最大吸 收, 且在 840nm 光照下又可形成俘精酸酐和 对苯醌二甲烷。反复测试多次后写入和擦除 态仍有较好的对比度。友田的工作还表明, 杂 环上有斥电子基时, 消色反应 5 值会大大减 小。他认为这是由于受激发的有色体的势能 变化 所致。用 5-二甲基胺吲哚取代俘 精酸 酐, 有 色 体最 大 吸 收 波长 明 显 红 移 至 673nm 。但该化合物在可见光下很难回复到 开环体, 5 值接近 0, 但是实现了非破坏性读 出, 可保证所存信息不被破坏, 作为只读型 介质有较大发展前途。
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具有推拉型取代结构的偶氮苯更是如此。然 而, 由于偶氮苯基团中推拉电子基团的强度 对顺-反异构体所占的比例有影响, 因此也就 影响了整个写入速度。王江洪等人通过改变 偶氮苯基团中推拉电子基团改进了材料的存 储性能〔5〕。
推拉型偶氮化合物结构简式为
实验时将其掺在高分子聚合物 ( 如 PM M A, PS 等) 中。试验表明, 该材料有较 好的非线性光学特性。魏振乾等人已利用其 非线性及简并 4 波混频系统 ( DF WM ) 获得 了 3 重永久存储信息和 3 重实时存储信 息〔6〕。
第 21 卷 第 3 期 2000 年
应 用 光 学
文章编号: 1002- 2082 ( 2000) 03- 0001- 06
光致变色的研究进展
V ol. 21, N o . 3 2 000
冯晓强1, 陈烽2, 侯洵2
( 1. 西北大学光子学与光子技术 研究所, 陕西 西安 710069; 中国科学院 西安光学精密机械研究 所瞬态光学技术国家重点实验室, 陕西 西安 710068)
快。这类常温下光致变色化合物已应用于航
天、激光、防强光辐射等科技领域及镜头调
头调光、变色织物等民用方面; 而 P 型化合
物的消色过程是光化学过程, 有较好的稳定
性和变色选择性, 可用于信息记录、保存、擦 除。
光致变色过程的效率可用量子效率 5
来描述: 若全部分子处于无色态的化合物经
过 K1 光照后被激发到有色态的分子数为 n, 经其波长的 N 个光子照射后, 则量子效率为
是, 研究人员对于光存储材料不再局限于无 机物, 尤其是有机光致变色材料和生物光致 变色材料。
1 光致变色存储机理
光致变色指的是一些材料在一定的波长
和强度的光作用下分子结构会发生变化, 从
而导致其颜色或对光的吸收峰值也改变。对
于有机物, 分子结构改变的方式有: 价键异 构化; 键断裂; 多聚或氧化-还原等〔2〕。但要
5=
n N
抗疲劳性好的存储介质 5 值不随擦除/ 写入
次数的增加发生太大的变化。
用光致变色材料记录数字信息时, 首先
要用 K1 ( 或 K2) 的光照射该材料, 使其分子
都处于有色态 ( 或无色态) , 称作擦除, 此波 长的光称擦除光。然后用被二进制编码信息
调制的波长为 K2 ( 或 K1) 的光照射介质, 使 部分介质由有色态返回到无色态 ( 或反之) 。
引言
早期的光存储技术主要用于激光视听盘 方面〔1〕。自 80 年代初第一张只读数字声盘 CD 问世到今天 DVD 商品化, 光存储技术得 到很快应用, 在科技、民用产品中显示出巨 大的应用前景。CD、VCD 以直径为 1Lm 左 右的特征形状存储数字信息, 一张直径 12cm 的 CD 盘片可存储 650M bit s, 其存储密度远 高于磁存储密度。为了向更高存储密度发展, 研究人员正在开发多种存储介质。以前, 人 们广泛研究的是碲、锗及其合金等材料〔2〕, 但 这些材料强烈地吸收或反射各种波长的光, 长时间照射易龟裂, 而且需用真空蒸镀的方 法成型, 制作难度大, 成本高; 而有机光存 储材料存储密度高, 读取速度快, 成本低, 毒 性小, 保存时间长, 吸收带窄, 吸收度低, 柔 韧性好, 可用涂布法成型, 噪声干扰小, 信 噪比大, 记录灵敏度高, 且材料的光学、热 学性质可以通过改变分子结构来调整〔2〕。于
摘 要: 本文以几种有机材料和一种生物材料为例, 综述了目前光致变色材料在光信息存储领 域的进展。 关键词: 光 致 变色; 光 存 储; 俘精 酸 酐; 吲哚 啉 苯并 螺 噻喃; 偶 氮 化合 物; 细 菌视 紫红 质 ( bR ) 中图分类号: T N 104. 3- 34 文献标识码 : A
目前光存储所用光源为 Ga-Al-As 小型半导
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体激光器, 其输出波长为 780～840nm , 所以 材料的变色波 长要落在此变色波长范 围之 内。然而随着半导体激光技术的成熟及非线 性光学元件的开发利用, 此波长范围会不断 扩大。其次, 依透射率变化读出信息时, 读 出光太强会破坏记录的数据, 太弱又会降低 读出灵敏度, 甚至不能正确读出, 故读出光 波长不能选得太靠近擦除光波长及写入光波 长, 或者介质的光致变色有阈值, 读出光强 低于阈值时不会有变色反应或擦除反应。还 有, 介质在室温时应有较好的稳定性, 不会 因为温度的变化或化学性质的不稳定或随时 间的推移而丢失信息。对于可擦除介质, 不 但要能保存信息, 而且还要能保持光致变色 性质和较高的量子效率, 有较多的循环次数。
被调制的光称为写入光。于是, 介质的某些
部分处于无色态, 其它部分处于有色态, 它
们就对应于二进制中的 “0”和 “1”。信息读 出时, 既可以读折射率的变化。也可以读透
射率的变化。前者利用波长不在两状态吸收
峰波长的光照射, 测量其折射率变化而读出
信息; 后者则利用其中一个状态吸收峰所处
波长的光照射, 测量其透射光强度而读出信 息。
图 2 几种材料变色前后的结构式
螺噻喃化合物开环体的最大吸收在 600nm - 800nm 之间。若在苯并噻喃环上 6
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位引入不同的取代基, 其吸收光谱会受较大 影响〔3〕: 取代基吸电子能力和给电子能力影 响开环体吸收光谱的红移和蓝移; 吲哚啉环 上取代基给电子性影响开环体的稳定性; 苯 并噻喃环上取代基吸电子性也影响开环体稳 定性。同时, 有色开环体的稳定性还依赖于 添加剂和溶剂的极性。很多公司在研制过程 中用不同的取代基或引入不同的取代基, 使 发色态的稳定性提高许多, 而且使吸收峰更 接近半导体激光器输出波长。
与苯并螺噻喃制备方法及光致变色机理 相 似的化合物还有螺吡喃、螺口恶 嗪等化合 物〔2〕。吲哚啉螺噻喃的合成是 2-亚甲基吲哚 啉 ( Fischer 碱) 与 5-硝基硫代水杨酸缩合, 其产率可达 80% 以上。由于吲哚啉苯并螺噻 喃有色态最大吸收, 比相同结构的螺吡喃长 70nm 以上, 比螺口恶嗪也要长, 更接近半导体 激光波长, 故研究比较多的是吲哚啉苯并螺 噻喃。
俘精酸 酐有良好的热稳 定性和抗疲 劳 性, 室温下循环次数可达 3 万次。70 年代末 Heller 等人的试验表明俘精酸酐有很长的有 色态稳定时间及很高的反复擦写次数。但是, 对这类化合物结构与动力学关系目前还不是 很清楚, 作为可擦除式光盘记录材料还需深 入研究。
俘精酸酐主要通过 Sto bbe 缩合反应制 成。由于反应中伴随着酮-酯缩合、酯-酯缩 合、酮-酮缩合等副反应, 反应比较复杂, 目 标化合物的收率较低 ( 5- 30% ) 。 2. 2 吲哚啉苯并螺噻喃
还有一些化合物, 发生光致变色时, 需
要两束光的共同作用才能实现。这两束光的
波长可以相同, 也可以不相同。实际上, 这 类化合物分子同 时吸收两个光子才能 被激
发, 即双光子吸收。此类光致变色化合物在
立体存储方பைடு நூலகம்有重要的应用前景。
但是, 要真正作为存储介质, 光致变色 特性还应满足一些基本条件〔2、3〕。首先, 由于
偶氮化合物作为一种新型光信息存储材 料具有超高密度存储和非破坏性读出特性。 但是, 一般偶氮化合物吸收波长较短, 不能 与目前半导体激光器相匹配; 且其两种状态 吸收光谱差别较小, 室温下存储稳定性较低, 可反复记录百多次。 2. 4 细菌视紫红质
为了与目前激光器相匹配, 王凤奇等人 设计了一种新型偶氮化合物〔4〕。该化合物有 两个活性基团: 偶氮基和醌基。它们形成一 个较大共轭体系, 其顺式吸收光谱明显红移 至近 660nm 处。其分子结构如图 3 所示。
图 3 新型偶氮化合物分子结构式
偶氮苯是常见的偶氮类化合物, 它有相 对较慢的顺-反热异构化速率, 但若用氨基取 代偶氮苯, 热异构化成反式的速率相对较快,
2 几种光致变色材料 目前正在研究的光致变色材料比较多,
有些吸收波长比较小, 可配置氩离子激光器 或倍频二极管激光器记录、读出, 如偶氮染 料、醌染料、荧光素、二乙氧基硫碇等; 也 有些吸收波长比较大, 可用 He-Ne 激光器或 半导体激光器记录、读出, 如酞菁络合物、菁 染料等。由于小功率半导体激光器体积可以 做得非常小, 外围设备也比较简单, 能方便 地应用于光数据读写系统中, 所以开发对红 光敏感的光致变色材料有更重的意义。在此 以几种有机材料和一种生物材料为例, 介绍 光致材料的研究进展。 2. 1 俘精酸酐
收稿日期: 1999- 09- 09 基金项目: 国家攀登 “九五”预选项目资助 ( 95-预-20) 作者简介: 冯晓强 ( 1974- ) , 男, 陕西宝鸡人, 西北大学光 学与光子技术研究所硕士研究生。
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则称之为 P ( P ho to act ive) 型。T 型化合物受 到激发后反应速度比较快, 褪色速度也比较