智能材料智能变色材料

桥环化合物
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俘精酸酐是丁二酸酐的二亚甲基衍生物，通过价键 互变异构发生分子内周环反应，产生光致变色现象。 俘精酸酐类变色材料具有良好的光、热稳定性和抗 疲劳性，存储寿命长。 光致变色反应见式3：
15 杂环基取代的二芳基乙烯类化合物在紫外光激发下， 化合物顺旋闭环生成显色体，而显色体在可见光照 射下又能发生相反的变化，即周环化反应； 近年来研究最为广泛； 具有良好的光致变色性、热稳定性、抗疲劳性及响 应速度快等诸多优点； 典型的反应见式4：
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光致变色是一种可逆的化学反应，这是一个重要的 判断标准。在光作用下发生的不可逆反应，也可导致颜 色的变化，只属于一般的光化学范畴，而不属于光致变 色范畴。
λA和λB分别代表化合物A和B的最 大吸收波长。当使用λA波长的光照 射化合物A时，化合物A会发生一 定的反应生成化合物B，表现在紫 外可见光谱上，就会导致A的吸收 逐渐减弱，而B的吸收逐渐增强。 此过程在外观上一般都会表现出颜 色的加深，称为光成色过程。反过 来，当使用λB波长的光照射化合物 B时或物质B吸热时，会出现相反 的现象，此过程一般称为光消色过 程。
实用的光致变色材料
有机化合物； Zn、Cd、Hg、Cu和Ag的一些无机化合物
光致变色玻璃：在光的激发下发生变色反应的玻璃 原理： 在某些玻璃组成中添加了很细的 AgCl 微晶。当 紫外线辐照时，离子Ag+还原成原子Ag。此时银原子 团簇影响光的入射，产生深色效应；在没有紫外线 照射时，Ag原子转变为离子Ag+，原子团簇解体，镜 片褪色。
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具有实际应用的光致变色材料需具备以下特征: ①A，B必须有足够的热稳定性； ②A，B必须有足够长的循环寿命，即较高的耐疲 劳性； ③A，B的吸收光谱至少有一个在可见光区； ④A，B的响应速度应足够快； ⑤A，B的变色反应灵敏度高； ⑥A，B具有足够的稳定性； ⑦A，B的颜色视差显著； ⑧合成工艺简单，成本低廉。 其中最重要的是呈色体必须有足够的热稳定性 和耐疲劳性。
2、结构异构型变色分子 分子结构的异构：顺反异构、构象异构、互变异构、 几何异构和单聚-多聚异构 偶氮类和席夫碱类化合物是结构异构型变色分子的 典型代表 偶氮类化合物通过键的顺反异构化反应而产生颜色 的变化，该类化合物的颜色变化不太明显 光致变色反应见式5：
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17 水杨醛缩苯胺类席夫碱是席夫碱类光致变色化合 物的典型代表，其光致变色过程涉及质子转移， 显示出由黄到橘红的颜色变化。 特点：抗疲劳性好，不易光化学降解，成色-消色 循环可达到104~105次；光响应速度快。 其变色反应见式6：
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正常状态 第二种状态
光线移开
一种颜色(或者无色) 第二种颜色
暴露在光或其它适当波长范围的辐照之下
原来的状态
原来的颜色
6 光致变色的材料早在1867年就有所报道，但直至 1956年Hirshberg提出光致变色材料应用于光记录 存储的可能性之后，才引起了广泛的注意。
随着科学研究的不断深入，对光致变色的定义除 了单分子反应体系外，还包括多组分反应模式、 环式反应模式(多稳态可逆反应模式)、多光子光致 变色反应体系。
13 螺噁嗪类化合物是20世纪70年代在螺吡喃基础上发展 起来的光致变色化合物。 合成方法、光谱性质及光致变色反应机理等与螺吡喃 类化合物相似。 螺噁嗪类化合物的分子结构与光致变色反应见式2。
螺环化合物的闭环体通常为无色或浅色，在光激发 下使螺原子环系的碳-杂原子单键发生异裂，形成 一个大的π共体系，从而使其吸收光谱红移而显色， 颜色变化明显。
固体中都可以观察到变色性，外界激发源可以是光、
百度文库电、热和压力等。
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变色玻璃
当作用在玻璃上的光强、光谱组成、温度、热 量、电场或电流产生变化时，玻璃的光学性能将 发生相应的变化，从而使其在部分或全部太阳能 光谱范围内从一个高透态变为部分反射或吸收态， 使玻璃发生变色反应,也可根据需要动态地控制穿 透玻璃的能量。
开环-闭环型变色分子 结异构型变色分子 氧化还原型变色分子
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1、开环-闭环型变色分子 主要包括若干杂环和芳环组成的螺环化合物和桥环 化合物。 螺环化合物主要有螺吡喃类、螺噁嗪类衍生物。 桥环化合物主要有俘精酸酐类、二芳杂环基乙烯类 和吲哚啉噁唑烷类衍生物。
螺环化合物
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螺吡喃是最早进行研究且研究较广泛深入的一类有 机光致变色化合物。 光致变色现象在1952年被发现 生色过程是通过分子中的C-O键发生异裂，导致构 象的转换和电子的重新排布，生成具有共轭结构的 开环化合物。 变色反应见式1：
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Ag+ + Clhv1 hv2，Δ
Ag0 + Cl0
不吸收可见光, 呈透明态
对可见光强烈吸收, 呈着色态
★着色过程：变暗与退色相互竞争达到稳定着色程度
★添加Br或I，使敏感性移向长波长
★添加敏化剂(CuO) ，提高着色灵敏度
Ag+ + Cu
+
hv1 hv2，Δ
Ag0 + Cu2+
★得到特定色调：引入着色剂：锰、钙、钴、镍等 的氧化物
光致变色玻璃的组成
基体：碱金属硼硅酸盐玻璃 Ag浓度：0.2～0.7％(质量百分数)
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卤素：Cl、Br和I或它们的结合，浓度：千分之几
敏化剂浓度：0.01％
典型情况
卤化银粒子平均直径：＜10nm
颗粒的平均间距：50-80nm
体积浓度：1015-1016个/cm3
有机光致变色材料
根据光致变色机理可大致分为：
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第七章 智能变色材料
世界正因为有了颜色而五光十色，生活正因为有 了颜色而变得多姿多彩，这一切都来自于大自然的馈 赠和人类的聪明才智。随着科技一日千里，人类已经
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能用多种方式来表现颜色、应用颜色，其中变色材料
的研制和应用给我们带来耳目一新的“多彩”生活。
在外界激发源的作用下，一种物质或一个体系发
生颜色明显变化的现象称为变色性。在气体、液体或
类型: 光致变色
电致变色 热致变色等
7.1 光致变色材料
光致变色(photochromism)现象是指一个化合物 (A) 在受到一定波长的光辐照下，可进行特定的化学反应， 获得产物(B)，由于结构的改变导致其吸收光谱发生明显 的变化(发生颜色变化)，而在另一波长的光照射下或热 的作用下，又能恢复到原来的形式。这种在光的作用下 能发生可逆颜色变化的化合物，称为光致变色化合物。