第3章 光致变色与电致变色材料
电致变色材料的制备和应用
电致变色材料的制备和应用电致变色材料是一类能够通过外加电场或电流改变颜色的材料。
这种材料的制备和应用在科技领域有着广泛的应用，如电子显示器、智能窗户、传感器等。
下面将为您介绍电致变色材料的制备和应用。
一、电致变色材料的制备电致变色材料的制备通常有两种方式：表面离子交换和电极反应。
表面离子交换是指通过吸附、吸附插入等方式将具有不同颜色的化学物质或离子置于材料的表面，在外加电场的作用下，离子在材料的表面形成薄膜，从而实现颜色的变化。
这种方法制备的电致变色材料具有较高的色彩饱和度和稳定性，但制备过程较为复杂。
电极反应是指通过在材料的电极上施加电压，引发电极反应，从而改变材料的电荷状态，进而改变颜色。
这种方法制备的电致变色材料制备简单，但色彩饱和度和稳定性相对较低。
然而，通过研究与改进，目前已有许多电极反应制备的电致变色材料在实际应用中表现出较好的性能。
二、电致变色材料的应用领域1. 电子显示器电子显示器是电致变色材料最常见的应用之一。
通过在材料上施加电场或电流，可实现屏幕的变色和显示功能。
这种技术广泛应用于电子书、智能手表、平板电脑等电子设备上。
2. 智能窗户电致变色材料还可以用于智能窗户的制备。
智能窗户是一种能够调节透光度的窗户，可根据外界光照条件自动调整透光率，避免过多的阳光进入室内。
通过在窗户上涂敷电致变色材料并施加电场，可以实现窗户的透光度调节，提高室内的舒适度和能源利用效率。
3. 传感器电致变色材料还可以用于传感器的制备。
传感器是一种能够感知环境变化并将其转化为电信号的装置，广泛应用于温度、湿度、压力等物理量的测量。
通过在传感器上使用电致变色材料，可以实现对待测环境的实时监测和定量分析。
4. 智能标签电致变色材料还可以用于智能标签的制备。
智能标签是一种能够在商品包装上显示信息的标签，通过在材料上施加电场或电流，可实现标签上的文字、图像或二维码的变化，从而提供更多的信息和互动体验，增加商品的附加值。
电致变色材料的制备及应用
电致变色材料的制备及应用近年来，随着科技的不断进步，人们对于电致变色材料的需求也越来越大。
电致变色材料指的是能够通过电流控制其颜色变化的材料，其具有高响应速度、低功率消耗和可调光透过率等特点，被广泛应用于各个行业领域。
本文将介绍电致变色材料的制备及应用。
一、电致变色材料的制备1. 钙钛矿型电致变色材料制备钙钛矿型电致变色材料具有良好的光电性能和热稳定性，是目前电致变色材料研究的热点之一。
其制备一般采用溶剂热法、水热法、凝胶法等方法，其中以溶剂热法制备的钙钛矿型电致变色材料具有制备工艺简单、单晶品质高、光电性能好等优点。
2. 有机电致变色材料制备有机电致变色材料制备相对于无机电致变色材料制备来说更具有灵活性和可塑性。
一般制备有机电致变色材料可以采用化学合成法、物理气相沉积法、溶液法等方法。
其中以化学合成法制备的有机电致变色材料具有结构可控、可调谐等优点，因此在实际应用中较为广泛。
二、电致变色材料的应用1. 光伏领域电致变色材料在光伏领域中的应用主要是通过控制透光率，实现对太阳能电池的调节。
通过电致变色材料的调节作用，可以提高太阳能电池的转换效率、减小热损失，并且可以减少由于太阳能电池发生局部故障导致整个太阳能电池阵列失效的问题。
2. 汽车玻璃领域现在的汽车玻璃一般都采用的是可控透光率的电致变色玻璃，可以根据驾驶员的需要控制玻璃的透光率，实现防晒、隐私保护和能源节省等多种功能。
3. 电子墨水领域电子墨水是电子纸显示的核心技术，其特点是低功耗、高对比度、可扩展性好等。
目前在电子墨水领域中，电致变色材料是主要的颜色切换材料，可以提高电子纸的显示质量和读者的阅读体验。
4. 可穿戴电子设备领域可穿戴电子设备领域中，电致变色材料可以应用于智能眼镜、智能手环等设备中。
通过电致变色材料的切换作用，可以实现对屏幕的显隐和透明度的调节，提高用户的体验和操作便利性。
总之，电致变色材料的制备和应用在当今科技领域中扮演着重要的角色，其在太阳能电池、汽车玻璃、电子墨水、可穿戴电子设备等领域都是不可或缺的技术。
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。
光致变色材料ppt课件
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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；
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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。
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• 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。
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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ห้องสมุดไป่ตู้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。
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。
光致变色与电致变色材料PPT课件
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光致变色与电致变色材料
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光致变色学的发展历史
1867年
Fritsche首先发现了光致变色现象，但在随后的 将近一个世纪的时间里，一直未受到重视。
二十世纪五十年代 光致变色的概念由Hirshberg提出。
二十世纪七十年代
第一本有关光致变色学的专著出版。在随后的 三十年里，光致变色学得到了迅速的发展。
Molecules and Systems 》，1990 3，Mcardle 主编的
《Applied photochromic polymer systems 》，1993
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近期专著
1 “Organic Photochromic and Thermalchromic Compounds”. pp.141-206, Fan etal., “Fulgide family compounds”. Edited by J. C. Crano and R. Guglielmetti, Plenum press, New York and London, 1999.
6, 非破坏性读出
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光盘信息存储技术发展状况和前景
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电致变色材料的研究与开发
电致变色材料的研究与开发近年来，随着科技的不断进步，电致变色材料逐渐成为了研究的热点。
电致变色材料是一种能够在外加电场的作用下改变颜色的材料，具有广泛的应用前景。
本文将从电致变色材料的原理、应用以及未来发展方向等方面进行探讨。
一、电致变色材料的原理电致变色材料的原理主要基于电场对材料的影响。
当外加电场施加在电致变色材料上时，材料内部的电荷分布会发生改变，从而导致电子的能带结构发生变化。
这种变化进而影响了材料的光学性质，使其呈现出不同的颜色。
电致变色材料的原理可以分为两种类型：电致变色液晶和电致变色聚合物。
电致变色液晶是一种在电场作用下改变分子排列方式的材料。
液晶分子具有两种排列方式：平行排列和垂直排列。
当外加电场施加在电致变色液晶上时，液晶分子的排列方式会发生改变，从而改变了光的传播方向和偏振状态，使材料呈现出不同的颜色。
电致变色聚合物是一种能够通过改变聚合物链的构象来实现颜色变化的材料。
聚合物链的构象受到外界电场的影响，当电场作用在聚合物上时，聚合物链的构象会发生改变，从而改变了材料的光学性质。
电致变色聚合物具有响应速度快、耐久性好等优点，因此在染料、光电显示等领域有着广泛的应用。
二、电致变色材料的应用电致变色材料具有广泛的应用前景，特别是在光电显示、智能眼镜、光电调节器等领域。
在光电显示领域，电致变色材料可以用于制造智能窗户、电子纸等产品。
通过改变电场的作用，智能窗户可以实现自动调节室内光线的功能，提高室内的舒适度。
电子纸则可以模拟纸张的阅读体验，具有较低的功耗和更好的可读性。
在智能眼镜领域，电致变色材料可以用于制造可调节透明度的眼镜片。
通过改变电场的作用，智能眼镜可以实现自动调节镜片透明度的功能，适应不同光线环境下的使用需求。
这种眼镜可以有效保护眼睛，减少眼疲劳。
在光电调节器领域，电致变色材料可以用于制造可调节光透过率的窗户、车窗等产品。
通过改变电场的作用，光电调节器可以实现自动调节光透过率的功能，提高室内的舒适度，减少室内温度的变化。
电致变色材料
电致变色材料电致变色材料是一种能够通过外加电场改变自身颜色的材料。
它的发明对于光电显示、光学滤波器、光调控器等领域具有重要意义。
电致变色材料的结构和性质决定了它的电场响应特性和变色效果。
电致变色材料的结构通常由两部分组成：一个被称为活性层的颜色变化层和一个被称为电极的电场控制层。
活性层是实现颜色变化的关键组成部分，它通常是由一种或多种可逆氧化还原反应的离子或离子对构成的。
电场作用下，离子或离子对的浓度发生变化，从而引起材料的颜色变化。
电极层用于对活性层施加电场，通常是由导电材料构成的。
电致变色材料的颜色变化机制可以分为两种类型，一种是离子重排机制，另一种是电荷转移机制。
离子重排机制是指在电场作用下，活性层中的离子或离子对的浓度发生变化，从而改变材料的吸收和散射光谱，进而产生颜色变化。
电荷转移机制是指在电场作用下，电子或空穴从活性层的一个能级转移到另一个能级，从而改变材料的能带结构和电子结构，进而产生颜色变化。
电致变色材料具有许多优点。
首先，电致变色过程可在瞬间完成，响应速度快。
它的颜色变化范围广，可以实现各种颜色的变化。
此外，电致变色材料还具有较好的光学性能，如较高的透明度和较低的颜色失真。
它还具有较高的循环稳定性和长期稳定性，可以承受数万次电场刺激而不会出现显著的性能衰减。
电致变色材料的应用非常广泛。
在光电显示领域，它可以作为液晶显示器的替代品，具有更高的对比度和响应速度。
在光学滤波器领域，它可以替代传统的彩色滤光片，实现无色彩损失的光调控。
此外，电致变色材料还可以应用于智能窗帘、智能眼镜、智能车窗等领域，实现可调光和隔热降温效果。
总之，电致变色材料是一种具有很高应用潜力的新型材料。
随着科技的不断发展，电致变色材料将会在更多领域得到广泛应用，并为人们的生活带来更多便利和舒适。
光致变色材料的制备与应用研究
光致变色材料的制备与应用研究第一章介绍光致变色材料是一种能够随着光照射而改变颜色的材料。
其制备和应用一直是材料科学研究的热点。
光致变色材料广泛应用于光学、电子、信息、显示、传感等领域。
本文将就光致变色材料的制备方法和应用进行综述。
第二章光致变色材料的基本原理光致变色材料是一种利用光化学、光物理、光电子等原理发生颜色变化的材料。
基本原理为，光致变色材料在能区内要存在两种或多种色心能级组成的，它们之间的跃迁能量差必须满足光能的条件才能发生跃迁。
材料在光照下由基态所处的色心跃迁到另一激发态所对应的色心，从而使其颜色发生变化。
第三章光致变色材料的制备方法3.1 化学合成法化学合成法是制备光致变色材料的一种常用方法。
它可以通过溶液法、气相沉积法、水热法等多种方法来合成光致变色材料。
其中，溶液法是一种简单、成本低、易操作的方法。
具体步骤为：将所需原材料溶解在溶剂中配成溶液，加热并搅拌，直至形成所需的光致变色材料晶体。
3.2 物理制备法物理制备法包括蒸发法、溅射法等方法。
这种制备方法需要先将原始材料加热至融点或沸点进行蒸发，然后将蒸发物在室温下沉积到目标基材上或形成颗粒状的目标材料。
第四章光致变色材料的应用4.1 显示领域光致变色材料可以用于显示领域。
通过在屏幕上刻蚀出小型图案或文字，配以特定的电荷控制技术可以形成所需的图形和文字。
4.2 光学诊断领域利用光致变色材料制成的标记可用于检测物质的光学性质。
光学检测方法在生物医药、环境科学、化学识别等领域有着广泛的应用。
4.3 信息储存领域光致变色材料可以用于信息储存领域。
通过不同的热刻录、磁控刻录技术，可以形成小型的数据区域，将数字、文本等信息存储到光致变色材料上。
第五章结论光致变色材料的制备和应用已经得到广泛的研究。
不同的制备方法和应用领域都涉及到材料科学、光学、电子等不同的领域。
在今后的发展中，光致变色技术将发挥更为重要的作用，推动各行各业的进步。
《光电功能材料与器件》教学大纲
光电功能材料与器件》课程教学大纲课程代码（五号黑体）：MCHM3042课程性质：专业必修课程授课对象：材料化学、功能材料等专业开课学期：总学时：54学时学分：3学分讲课学时：52学时实验学时：0学时实践学时：2学时指定教材：王筱梅，《有机光电材料与器件》，化学工业出版社，2014年参考书目（五号黑体）5－20部左右（五号宋体）刘恩科，《半导体物理学》，电子工业出版社，2007年黄昆半，《导体物理基础》，科学出版社，1999年李晔，《光化学基础与应用》，化学工业出版社，2000年刘亟须，《物理光学基础教程》，北京理工大学出版社，2000年朱建国，《电子与光电子材料》，国防工业出版社，2007年刘云圻，《有机纳米与分子器件》，科学出版社，2010年李文连，《有机光电子器件的原理、结构设计及其应用》，科学出版社，2012年教学目的：（五号黑体）本课程为材料化学专业和功能材料专业的专业必修课。
通过本课程的学习使学生了解和掌握各种光电材料的基本原理、基本性质、制备技术，及光电子材料的现状及发展趋势有。
了解和掌握光电子器件相关理论与器件物理，掌握有机发光二极管、有机太阳能电池、有机场效应晶体管、生物传感器等分子材料器件的基本类型、结构、工作机理、电学特性、电学特性参数表征及其应用，为光电器件的研究、设计及应用奠定理论基础。
第一章物质吸收光谱与颜色（五号黑体）课时：2.5周，共8课时（五号宋体）教学内容第一节光的基本性质光的波粒二象性第二节电子跃迁一、基态与激发态分子的基态与激发态的性质比较二、电子跃迁类型有机分子电子能级跃迁三、跃迁允许与跃迁禁阻电子跃迁允许与跃迁禁阻示意图第三节紫外-可见吸收光谱一、吸收光的条件能量要大于一定值二、朗伯-比耳定律样品对光波的吸光能力与该溶液的浓度和吸收层厚度成正比。
三、紫外-可见吸收光谱在近紫外-可见-近红外光谱区域内，某一样品对不同波长单色光的吸收强度的变化情况，简称吸收光谱。
光敏材料的光致变色机制分析
光敏材料的光致变色机制分析近年来，光敏材料在信息存储、光学器件、光电子技术等领域中得到广泛应用。
其中，光致变色是光敏材料的一种重要性质，其机制的分析对于进一步优化光敏材料性能具有重要意义。
一、光致变色的基本原理光致变色是指光敏材料在受到可见光或紫外光照射后，其颜色发生明显的改变现象。
其基本原理为光敏材料吸收光子能量后，电子发生跃迁，导致材料内部结构和电荷分布的变化。
二、光致变色机制的分类根据光致变色的机制，可以将其分为热致变色、电致变色、光致变色和光声变色四种类型。
1. 热致变色机制热致变色是指光敏材料在受到热能激发后发生颜色变化。
这种机制主要由热致变色剂和热敏胶体材料组成。
当热致变色剂由低温下加热到高温时，其分子结构发生变化，使得材料的颜色发生改变。
2. 电致变色机制电致变色是指光敏材料在外加电场或电流作用下发生颜色变化。
这种机制主要依赖于光敏材料内部电子的重新排布和电化学反应。
通过调节外加电场的强弱和方向，可以实现光敏材料的可逆电致变色。
3. 光致变色机制光致变色是指光敏材料在光照射下发生颜色变化。
这种机制是最常见的光致变色类型，其主要原理是光敏材料吸收特定波长的光子能量后，电子被激发至高能级，产生能级跃迁，从而导致材料颜色的改变。
4. 光声变色机制光声变色是指光敏材料在强光照射下发生声学振动而产生颜色变化。
这种机制主要通过光声效应实现，即光能被吸收，产生声波，从而引起光致变色。
三、光敏材料的光致变色应用示例光致变色的性质为光敏材料在信息存储、光学器件和光电子技术等领域中的应用提供了良好的基础。
1. 光敏材料在信息存储领域的应用光敏材料通过光致变色机制，可实现信息的存储和读取。
光敏材料的颜色变化可被作为二进制码进行编码，通过光照控制，实现信息的写入和擦除。
该应用在光存储器和光盘等领域具有广泛的应用前景。
2. 光敏材料在光学器件领域的应用光致变色机制使光敏材料在光学器件中具有广泛的应用。
例如，光致变色材料可用于光调制器、光开关和光阻材料等器件的制备，通过控制器件的光致变色特性，可以实现光信号的调制和切换。
电致变色材料
电致变色材料
电致变色材料是一种能够通过外加电场改变颜色的材料，它在电子显示、智能
调光玻璃、光学器件等领域具有广泛的应用前景。
电致变色材料的研究和应用已经成为材料科学和光电技术领域的热点之一。
电致变色材料的种类繁多，常见的有电致变色液晶、电致变色聚合物、电致变
色玻璃等。
这些材料在不同的领域有着不同的应用，但其基本原理都是通过改变材料内部结构或分子排列来实现颜色的变化。
电致变色材料在电子显示领域具有重要的应用。
例如，电致变色液晶可以用于
制造电子墨水显示屏，其优点是低功耗、可读性好、视觉效果逼真，因此在电子书、电子标牌等领域有着广泛的应用前景。
另外，电致变色材料还可以用于制造智能调光玻璃，通过控制电场改变玻璃的透光度，实现建筑玻璃的智能调控，提高建筑能源利用效率。
电致变色材料的研究还在不断深入，科研人员们正在努力开发新型的电致变色
材料，以满足不同领域对材料性能的需求。
例如，近年来，有学者提出了一种基于纳米技术的电致变色材料，其具有更快的响应速度、更高的对比度和更低的功耗，有望在电子显示领域取代传统的液晶材料。
总的来说，电致变色材料作为一种新型的功能材料，在光电技术领域具有广阔
的应用前景。
随着科学技术的不断进步，相信电致变色材料将会在未来的智能电子产品、智能建筑材料等领域发挥出更加重要的作用。
我们期待着电致变色材料能够更好地服务于人类的生产生活，为社会的发展进步做出更大的贡献。
光电技术第二版习题答案
光电技术第二版习题答案光电技术第二版习题答案光电技术是一门研究光与电的相互转换关系的学科，广泛应用于光电子器件、光学通信、光电显示等领域。
对于学习光电技术的学生来说，做习题是提高理论掌握和解决实际问题的重要方式之一。
本文将为大家提供光电技术第二版习题的详细答案，希望能够帮助大家更好地理解和应用光电技术。
第一章：光电效应1. 什么是光电效应？光电效应是指当光照射到金属表面时，金属中的自由电子被光子激发而跃迁到导带中，从而产生电流的现象。
2. 光电效应与光的频率有什么关系？光电效应与光的频率有直接关系。
当光的频率小于临界频率时，无论光的强度如何增大，都无法引起光电效应；当光的频率大于临界频率时，光电效应可以发生。
3. 什么是逸出功？逸出功是指金属表面的电子从金属内部跃迁到导带所需的最小能量。
逸出功的大小决定了光电效应的临界频率。
4. 什么是光电流？光电流是指光照射到金属表面后，由于光电效应而产生的电流。
5. 什么是光电倍增管？光电倍增管是一种利用光电效应放大光信号的器件。
它由光阴极、倍增结构和阳极组成，光照射到光阴极上产生光电子，经过倍增结构的倍增作用后，最终产生大量的电子被收集到阳极上，从而放大光信号。
第二章：光电子器件1. 什么是光电二极管？光电二极管是一种能够将光信号转换为电信号的器件。
它由光敏材料和P-N结构组成，当光照射到光敏材料上时，产生光电效应，从而在P-N结构上形成电流。
2. 什么是光电导？光电导是一种能够将光信号转换为电信号并放大的器件。
它由光敏电阻、放大电路和输出电路组成，当光照射到光敏电阻上时，光电阻的电阻值发生变化，从而在放大电路中产生电流信号。
3. 什么是光电晶体管？光电晶体管是一种能够将光信号转换为电信号并放大的器件。
它由光敏基区、放大区和输出区组成，当光照射到光敏基区上时，产生光电效应，从而在放大区中形成电流信号，并通过输出区输出。
4. 什么是光电耦合器件？光电耦合器件是一种能够将光信号转换为电信号并隔离输入输出的器件。
光致变色材料的原理和应用
光致变色材料的原理和应用光致变色材料是指在外界光照或激发源作用下，其颜色表现出可逆可见的变化的材料。
光致变色材料的原理可以分为两类：分子极化和电子跃迁。
第一类原理是分子极化。
光致变色材料中的分子可以通过光照或激发源的作用，发生分子级的极化效应，从而改变其分子的几何结构和分子内电子的分布情况。
分子级的极化效应可以引起材料的各向异性变化，从而改变了材料对入射光的吸收和散射。
这种极化效应可以通过外加电场来调控，从而实现光致变色材料的可逆变色。
例如，液晶材料就是一种典型的通过分子极化实现光致变色的材料。
液晶分子可以在电场调控下发生极化排列，从而改变其吸收和散射特性，实现了液晶显示技术。
第二类原理是电子跃迁。
光致变色材料中的分子可以通过吸光过程，将光子能量转化为电子激发能量。
这些激发态的电子可以跃迁到不同的能级，从而改变分子的电子结构和键的状态，导致材料的颜色发生变化。
光致变色材料中，这种电子跃迁常常发生在有机分子、稀土离子和过渡金属离子等层状结构上。
例如，一些金属有机骨架材料(MOMs)在吸收紫外光后，会引起金属离子周围电子能级的变化，从而发生可逆的电子跃迁和颜色变化。
光致变色材料具有广泛的应用前景。
首先，光致变色材料可以用于光学器件领域。
将光致变色材料制成光电开关、调制器等器件，可以实现对光的调节和控制，具有潜在的应用于光通信、光存储等领域。
其次，光致变色材料可以应用于可穿戴设备和智能纺织品领域。
通过将光致变色材料内置于材料中，使其能够对外界的光照作出响应，可以实现智能控制，例如调节材料的透明度、颜色等，满足不同环境需求。
此外，光致变色材料还可以应用于智能建筑和自适应眼镜等领域，实现对能量的调控和管理。
光致变色材料还有其他一些潜在的应用。
例如，光致变色材料可以用于温度传感器。
由于光致变色材料对光照响应灵敏，其颜色的变化可以用来测量温度的变化。
另外，光致变色材料还可以用于光学存储领域。
通过利用光致变色材料的光致变色性质，可以实现对信息的写入和读取，从而应用于高密度存储。
第3章 光致变色与电致变色材料 ppt课件
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1.2光致变色机理
机理：物质在光照 下由一种稳态结构 可逆地转变为另一 种稳态结构的化学
过程。
过程中的两种稳态结构称为双稳态结构。双 稳态结构间吸收波长差异越大，光致变色的 颜色分辨率越大；双稳态结构的稳定性越好， 材料的抗疲劳性就越好
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2.光致变色材料
• 理论上凡是具有双稳态结构的化合物，且 能在光驱动下实现双稳态结构的可逆转换， 这样的材料都可以作为光致变色材料。
如：二噻吩乙烯衍生物，以开环异构体为“关”
的状态，闭环异构体为“开”的状态,通过光子
调控（300nm光波和白光），可以可逆实现开环
和关环异构体间转换。
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2.光信息存储
信息存储包括将信息在介质上“写入”和“读
出”这两个功能。同样让双稳态结构分别对应
一种功能，可以实现信息的写入与读出。
流程：1.写入过程. A→B, hv1 写入光
2.读出过程. B* →B hv3 读出光 3.擦除过程. B→ A hv2 擦除光
• 实用性电致变色材料:
1.可逆变化循环次数高
2.响应速度快
3.分辨率大
• 目前常用的材料有：偶氮化合物，水杨醛 缩苯胺类，二芳基乙烯类衍生物等。
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2.1偶氮化合物
偶氮化合物通过偶氮基（-N=N-）在光作用 下发生顺反异构实现双稳态结构转变的。
偶氮化合物的顺反异构体中，由于反式的共 平面性好，有利于增大分子内∏电子的流动 性共轭效应得到加强，所以一般 情况下反 式结构更加稳定，且其最大吸收峰位相对于 顺式结构位于长波长区。
电致变色材料知识
电致变色材料电致变色定义电致变色是指材料的光学属性（反射率、透过率、吸收率等）在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。
具有电致变色性能的材料称为电致变色材料，用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件。
电致变色材料电致变色材料分为无机电致变色材料和有机电致变色材料。
无机电致变色材料的典型代表是三氧化钨，目前，以WO3为功能材料的电致变色器件已经产业化。
而有机电致变色材料主要有聚噻吩类及其衍生物、紫罗精类、四硫富瓦烯、金属酞菁类化合物等。
以紫罗精类为功能材料的电致变色材料已经得到实际应用。
电致变色的工作原理电致变色材料在外加电场作用下发生电化学氧化还原反应，得失电子，使材料的颜色发生变化。
电致变色器件的典型结构器件结构从上到下分别为：玻璃或透明基底材料、透明导电层（如：ITO）、电致变色层、电解质层、离子存储层、透明导电层（如：ITO）、玻璃或透明基底材料。
器件工作时，在两个透明导电层之间加上一定的电压，电致变色层材料在电压作用下发生氧化还原反应，颜色发生变化；而电解质层则由特殊的导电材料组成，如包含有高氯酸锂、高氯酸纳等的溶液或固体电解质材料；离子存储层在电致变色材料发生氧化还原反应时起到储存相应的反离子，保持整个体系电荷平衡的作用，离子存储层也可以为一种与前面一层电致变色材料变色性能相反的电致变色材料，这样可以起到颜色叠加或互补的作用。
如：电致变色层材料采用的是阳极氧化变色材料，则离子存储层可采用阴极还原变色材料。
电致变色技术的应用电致变色智能玻璃在电场作用下具有光吸收透过的可调节性，可选择性地吸收或反射外界的热辐射和内部的热的扩散，减少办公大楼和民用住宅在夏季保持凉爽和冬季保持温暖而必须消耗的大量能源。
同时起到改善自然光照程度、防窥的目的。
解决现代不断恶化的城市光污染问题。
是节能建筑材料的一个发展方向。
电致变色材料具有双稳态的性能，用电致变色材料做成的电致变色显示器件不仅不需要背光灯，而且显示静态图象后，只要显示内容不变化，就不会耗电，达到节能的目的。
电致变色材料
电致变色材料电致变色材料是一种能够通过外加电场来改变自身颜色的材料，其在智能玻璃、光学器件、信息显示等领域有着广泛的应用。
电致变色材料可以根据外界环境的需要，实现颜色的变化，具有很高的灵活性和可调控性，因此备受关注。
电致变色材料的种类主要包括有机电致变色材料和无机电致变色材料两大类。
有机电致变色材料主要是利用有机化合物的分子结构变化来实现颜色的变化，这种材料通常具有较高的透明度和柔韧性，适用于柔性显示器、智能眼镜等领域。
而无机电致变色材料则是利用无机化合物的电学性能来实现颜色的变化，这种材料通常具有较高的稳定性和耐久性，适用于建筑玻璃、汽车玻璃等领域。
电致变色材料的工作原理主要是利用外加电场改变材料的电子结构，从而影响其吸收和反射光线的能力，进而实现颜色的变化。
在有机电致变色材料中，通常是通过改变有机分子的共轭结构来实现颜色的变化，而在无机电致变色材料中，则是通过改变材料的氧化态来实现颜色的变化。
电致变色材料在智能玻璃领域的应用表现尤为突出。
智能玻璃是一种可以调节透明度的玻璃材料，通过控制电场的强弱，可以使玻璃在透明和不透明之间快速切换。
这种玻璃广泛应用于建筑、汽车等领域，可以提高建筑物的节能性能，增加隐私性，改善车辆的舒适性等。
除了智能玻璃，电致变色材料还在信息显示领域有着广泛的应用。
利用电致变色材料制成的电子墨水显示屏可以实现超低功耗、高对比度、宽视角等优点，适用于电子书、电子标牌、电子标签等领域。
此外，电致变色材料还可以应用于光学器件、太阳能调节器件等领域，具有很高的市场潜力和发展前景。
总的来说，电致变色材料作为一种新型的智能材料，具有广阔的应用前景和发展空间。
随着科技的不断进步和人们对舒适、智能生活的需求不断增加，电致变色材料必将迎来更加广阔的发展空间，为人们的生活带来更多的便利和舒适。
1.3 变色材料
⑦ 螺吡喃类（600nm 寿命长）
光致变色材料的分类
无机材料： 特点：灵敏度好、应用广 例如：碱土化合物；汞化合物；铜化合物；ZnS； 氧化钛（TiO2）； CaF2（掺杂LaF2、NaF）； CaF2（掺杂CeF2）； SrTiO3、NiO、MoO3、Al2O3、 CaTiO3、AgCl、BaF2、SrF2
其它的一些光致变色材料产品
光致变色涂料
有机光致变色材料在日光或其他光 源照射下，会很快由无色或浅色变成红 色、绿色、蓝色、紫色等各种颜色，停 止光照或加热又恢复到原来的无色状态， 是可逆的变色过程。
Chapter 1
教四225 © 2011.03
在军事领域
视觉隐身技术 隐蔽色服装 反激光防护
Chapter 1
教四225 © 2011.03
光致变色材料
2009年，日本研究人员开发出了 一种新材料，当其暴露在紫外（UV）线 下时，能够几乎在瞬间从透明变为深蓝 色，而一旦避开紫外线，这种材料的颜
色又能够迅速复原为透明。这种光致变
色材料的新成果能够在光学数据储存以 及超酷太阳眼镜加工上发挥重要作用。
Chapter 1
J.Phys.Chem.C 112,17005-17010(2008).
Chapter 1
教四225 © 2011.03
热致变色材料
二、热致变色材料（thermochromic）
定义：在温度发生改变时，配位体几何构型或配位数 发生变化，或分子结构发生变化而使颜色发生 可逆性改变的材料。
有两种情况：
卤元素阻挡了光线透过,使变色镜变暗,呈现灰黑色。当撤
去照射光后,玻璃中的胶体银与卤元素重新结合在一起, 生成无色的卤化银,又变得透明 起来。
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• 1 光致变色现象
• 2 光致变色材料 • 3 光致变色材料的应用 • 4 电致变色材料 • 5 电致变色器件及其应用
1.1光致变色概念及机理
A
h1
/h2
B
光致变色是指一个化合物(A)，受到一定波长光 照射时，可发生特定的光化学反应，生成新的化 合物(B)，由于结构的改变导致其吸收光谱发生 变化。而在另一波长光照射或热的作用下，又能 恢复到化合物(A)。外观上A与B显示不同的颜色, 这种现象就称为光致变色。
(1)具有良好的电化学氧化还原可逆性； (2)快速的变色响应； (3)颜色的可逆变化； (4)颜色变化的高度灵敏； (5)有较高的循环寿命； (6)有一定的存贮记忆功能； (7)稳定的化学特性。
4.1紫精衍生物
紫精：1，1`-二甲基-4, 4`-联吡啶盐（DMP）在还原态时显 紫色，故称为紫精。 紫精衍生物具有优良的氧化还原性质，并且会伴随显著的 颜色变化。 氧化还原过程： 1.由二价阳离子可逆转变为一价。V2+≒V1+ 2.由一价阳离子可逆转变为零价。V1+≒V0 其中二价阳离子最稳定，在可见光区无吸收，为无色体。 一价阳离子共轭程度增大，吸收峰位红移，显蓝色。零价 紫精呈醌式结构，颜色变浅，呈黄色。
用电致变色玻璃制备 的自动防炫目后视镜， 可以通过电子感应系 统，根据外来光的强 度调节反射光的强度， 达到防眩目的作用， 使驾驶更加安全。
2.电致变色显示器
用电致变色材料做成的电致 变色显示器件不仅不需要背 光灯，启动电压低，功耗小， 达到节能的目的。电致变色 显示器与其它显示器相比具 有无视盲角、对比度高、制 造成本低、工作温度范围宽、 驱动电压低、色彩丰富等优 点，在仪表显示、户外广告、 静态显示等领域具有很大的 应用前景。
电致变色器件的应用
1.电致变色玻璃
电致变色智能玻璃在电场作 用下具有光吸收透过的可调 节性，可选择性地吸收或反 射外界的热辐射和内部的热 的扩散，减少办公大楼和民 用住宅在夏季保持凉爽和冬 季保持温暖而必须消耗的大 量能源。同时起到改善自然 光照程度、防窥的目的。解 决现代不断恶化的城市光污 染问题。是节能建筑材料的 一个发展方向。
器件结构从上到下分别为：玻璃或透明基底材料、 透明导电层（如：ITO）、电致变色层、电解质层、 离子存储层、透明导电层（如：ITO）、玻璃或透明 基底材料。
器件工作原理
• 加上一定的电压器件工作时，在两个透明导电层之间加 上一定的电压，电致变色层材料在电压作用下发生氧化 还原反应，颜色发生变化；而电解质层则由特殊的导电 材料组成，如包含有高氯酸锂、高氯酸纳等的溶液或固 体电解质材料以提供电致变色材料所需的补偿离子； 离子存储层在电致变色材 料发生氧化还原反应时起 到储存相应的反离子，保 持整个体系电荷平衡的作 用，离子存储层也可以为 一种与前面一层电致变色 材料变色性能相反的电致 变色材料，这样可以起到 颜色叠加或互补的作用。
水杨醛缩芳胺又称席夫碱。它是通过水杨醛 上邻羟基的质子转移来实现双稳态结构（醌 式结构与烯醇式结构）的转变。 在这两种稳态结构中，由于烯醇式结构共轭 度相对醌式结构更小，所以吸收峰位出现在 短波长区，后者位于长波长区，这种异构体 的转换，相应的颜色由无色和红色间转换。
但是席夫碱分子中醌式结构的稳定性较差 ，可以通过提高亚氨基上氮原子的碱性和 邻羟基上氢原子的酸性来改善。下图中相 比化合物a 来说，由于化合物b中亚甲基位 于氮原子和苯环之间,使得氮原子上的电子 密度增强，碱性增强，促使化合物 b 醌式 体形成。同理，化合物 c的硝基增强了酚羟 基的酸性，更有效地促使了化合物c的醌式 体形成。
五.电致变色器件
电致变色器件（ECD）就是利用物质 的电致变色效应，以电致变色层为基 础，辅以其它相关层和结构而构成的 器件。其具有视角宽、驱动电压低、 无功耗记忆等独特优点 。有固态，半 固态，液体三种形式。 目前，已经产业化的电致变色器件有 以下几类：电致变色智能调光玻璃、 电致变色显示器、汽车自动防眩目后 视镜等。
4.2金属酞菁
酞菁（Pc）指具有C2h对称性的四氮杂卟啉 环结构的化合物。
以稀土金属为中心离子，制得由两个酞菁 环夹持金属离子的双核结构的金属酞菁。 其电致变色响应速度快，功耗小，温度范 围宽，但是缺点是循环次数不够高。
例：鑥酞菁LuH(Pc)2本身为绿色外加电压 下依次失去电子，颜色变化分别为，绿色， 蓝色，紫色。
四.电致变色材料
电致变色（EO）是指在电场作用下发生 稳定，可逆的氧化还原反应，外观上表 现为颜色或透明度可逆变化的现象。具 有电致变色特性的材料称为电致变色材 料，由电致变色材料制备的器件称为电 致变色器件。 电致变色的工作原理： 电致变色材料在外加电场作用下发生电 化学氧化还原反应，得失电子，使材料 的颜色发生变化。
螺吡喃化合物的变色机制
在螺吡喃化合物的闭环态中，螺原子两边的杂 环之间没有共轭关系，最大吸收波长 在紫外线区域，为无色体。当闭环态在紫外线 辐照下发生光异构化生成开环态，分子生 成两个共轭双键并与两端的苯环共轭相连，因 为开环异构体（半花菁结构）的共轭效应 得到加强，促使最大吸收波长红移至可见光区 域，而呈现鲜艳的颜色。
1.2光致变色机理
机理：物质在光照 下由一种稳态结构 可逆地转变为另一 种稳态结构的化学 过程。 过程中的两种稳态结构称为双稳态结构。双 稳态结构间吸收波长差异越大，光致变色的 颜色分辨率越大；双稳态结构的稳定性越好， 材料的抗疲劳性就越好
2.光致变色材料
• 理论上凡是具有双稳态结构的化合物，且 能在光驱动下实现双稳态结构的可逆转换， 这样的材料都可以作为光致变色材料。 • 实用性电致变色材料: 1.可逆变化循环次数高 2.响应速度快 3.分辨率大 • 目前常用的材料有：偶氮化合物，水杨醛 缩苯胺类，二芳基乙烯类衍生物等。
2.1偶氮化合物
偶氮化合物通过偶氮基（-N=N-）在光作用 下发生顺反异构实现双稳态结构转变的。 偶氮化合物的顺反异构体中，由于反式的共 平面性好，有利于增大分子内∏电子的流动 性共轭效应得到加强，所以一般 情况下反 式结构更加稳定，且其最大吸收峰位相对于 顺式结构位于长波长区。
偶氮化合物的优缺点
2.光信息存储
信息存储包括将信息在介质上“写入”和“读 出”这两个功能。同样让双稳态结构分别对应 一种功能，可以实现信息的写入与读出。 流程：1.写入过程. A→B, hv1 写入光 2.读出过程. B* →B hv3 读出光 3.擦除过程. B→ A hv2 擦除光
例如：螺吡喃化合物，其写入光为300nm，读出光为 600nm. ×
稳定性-化合物a<化合物b<化合物c
2.3 二芳基乙烯类衍生物
（1）结构特征 二芳基乙烯类衍生物是在乙烯基的1, 2-位上连有 芳香环（Ar）的一类化合物，具有一个共轭6 ∏ 电 子的己三烯母体结构。如图3-7所示，其中芳基 （Ar）可为苯环、五元杂环或稠杂环等，取代基R 可为氢原子、烷基、脂环烃、芳香烃及卤原子等。 尤其是，当芳香环（Ar）为呋喃、噻吩或噻唑等 杂环时，二芳基乙烯衍生物将具有明显的光致变 色性质。
2.4 螺吡喃类化合物
螺环化合物是指两个碳（杂）环共用一个碳 原子（又称螺原子），当有一个杂环为
吡喃环，即为螺吡喃。螺吡喃（spiropyran） 是研究得较早的一类有机光致变色化合物， 其变色过程是通过分子内周环反应，实现由 闭环异构体向学稳定结构， 开环态呈色体稳定性不好，因此，螺吡喃作 为光致变色材料的抗疲劳性较差，易被氧化 降解。
由上可以看出在开环态中，由于两个噻吩 环不共平面， ∏ 电子定域在各自的噻吩杂 环中，使得开环态的二噻吩乙烯分子的最 大吸收波长在300 nm处。当开环体在紫外 线辐照下发生光异构化生成闭环态，两个 噻吩环位于同一个平面上，共轭程度增 加，使得最大吸收波长红移至可见光区域 600 nm处，呈色体为鲜艳的蓝色。
螺噁嗪（spirooxazine）化合物的光致变色是 在螺吡喃基础上发展起来的，其变色过程与 螺吡喃相似
3. 光致变色材料的应用
1.光开关器件：
有机光致变色材料可以在一定波长光的照射下， 由一种稳态结构A变为另一种稳态结构B，而在 另一种波长或加热下又可以有B可逆的变化A。 如果将这两种稳态结构分别对应着“开”与 “关”两种状态，从而实现光开关。 如：二噻吩乙烯衍生物，以开环异构体为“关” 的状态，闭环异构体为“开”的状态,通过光子 调控（300nm光波和白光），可以可逆实现开环 和关环异构体间转换。
优点：制备工艺简单，顺反异构体颜色对比 度较大，分辨率大。 缺点: 顺式偶氮化合物的稳定性远不如反式， 不能组成有效的双稳态结构。当光照结束后， 会由顺式自发变为反式，所以偶氮化合物作 为光致变色材料受到一定的限制。 通过在偶氮苯两端引入推，拉电子基团来提 高偶氮化合物顺式体的稳定性。
2.2 水杨醛缩芳胺
A h B×
光盘信息存储技术发展状况和前景
密度（容量）：CD:
Blue-ray Disc: 650 MB (780nm)
DVD: 4.7-17 GB (650nm) 27 GB (405nm)
速度：
25 M bits / s
存储器：体积小，价格低， 可移动，能擦写。
3.其他方面应用
变色眼镜
（2）光致变色反应 二芳基乙烯分子的双稳态结构是开环态和闭环 态两种异构体，其中开环态异构体外观上为白 色固态，称为无色体；在紫外线照射下，开环 异构体发生顺旋生成闭环体，闭环异构体一般 呈现很深的颜色，称为呈色体。二芳基乙烯分 子根据取代基及其取代位置的不同，闭环态的 吸收波长也有所不同，可呈现不同的颜色，如 黄色、红色、蓝色、绿色等。
电致变色与光致变色异同点:
同：都是通过双稳态结构的可逆转变实现 变色。
异：1.驱动力不同，分别光场和电场
2.机理不同。光致变色通过有机化合 物价键异构化，键断裂等实现转变；而电 致变色大多涉及电子的得失反应。 有机电致变色材料主要有：聚噻吩类及其 衍生物，紫罗精类，金属酞菁类化合物等。