光致变色
光刻机中的光致变色材料与应用
光刻机中的光致变色材料与应用在当今高科技时代，光刻技术被广泛应用于微电子、光通信、生物医学等领域。
作为光刻技术的重要组成部分，光致变色材料在光刻机中扮演着至关重要的角色。
本文将着重介绍光刻机中的光致变色材料及其应用。
一、光致变色材料的基本原理光致变色材料是指在外界光照射下产生颜色变化的材料。
其原理是通过光致变色效应实现的。
光致变色效应是指材料在光照射下产生电子跃迁、能级变化或结构调整，从而引起颜色的改变。
光致变色材料的基本结构包括色心、激活剂和基质三部分。
色心是光致变色材料的核心部分，负责吸收和释放光能量；激活剂则起到传递光能量的作用；基质提供材料的机械强度和对色心的定位。
二、光致变色材料在光刻机中的应用1. 光刻光罩制备光刻光罩是制造集成电路的关键工艺之一。
光刻机利用光致变色材料制备光刻光罩，通过紫外光刻曝光，将电子芯片的图案转移到光刻光罩上。
光致变色材料在此过程中发挥着高精度、高分辨率的作用，保证了电子芯片的质量。
2. 光致变色存储器光致变色存储器是一种利用光致变色材料进行信息存储的设备。
它通过光照射材料，改变材料的颜色来表示不同的数据。
光刻机通过精细的曝光控制，将数据写入光致变色材料中，实现高速的信息存储和读取。
3. 光致变色传感器光致变色材料在光刻机中还可以用于制备光致变色传感器。
光致变色传感器利用材料在不同光照条件下的颜色变化来感知外界环境，可应用于温度、湿度和压力等传感器领域。
光刻机通过精准的曝光和控制参数，制备出高灵敏度、高稳定性的光致变色传感器。
4. 光致变色显示器光致变色材料在显示器领域的应用也备受瞩目。
光刻机可以通过制备高精度的光致变色材料阵列，实现高分辨率、快速刷新的光致变色显示器。
这种显示器具有低功耗、高对比度和可柔性等优点，在电子纸、智能手表等领域有广泛的应用前景。
三、光刻机中光致变色材料的发展趋势随着科学技术的不断发展，光刻机中的光致变色材料也在不断创新与进步。
有几个发展趋势值得关注：1. 高灵敏度：光致变色材料的灵敏度决定了其在光刻机中的应用范围。
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。
光致变色玻璃注意事项
光致变色玻璃注意事项《光致变色玻璃注意事项，你不得不知的那些事儿》嘿，大家好呀！今天咱来聊聊光致变色玻璃那些不得不注意的事儿，可别小瞧了这些，不然一不留神就可能给自己整出点小麻烦哟！首先呐，这光致变色玻璃可不是随便就能安装的哦！你得想想你的使用场景是不是真的适合。
要是你把它安在一个整天都照不到啥阳光的地方，那它可能就没啥变色的机会，还不如普通玻璃来得实在呢，这不就浪费钱啦！就好像给一个不爱运动的人买了一双超级贵的跑鞋，根本就没机会发挥作用嘛。
还有哦，安装的时候可千万别找个不靠谱的师傅。
要是那师傅技术不行，给你安装得歪七扭八的，那不光是影响美观，说不定还会影响它的变色效果呢！到时候你看着那变了色却奇奇怪怪的玻璃，心里得多堵得慌呀！用了光致变色玻璃后，也别得意忘形啦！虽说它能变色，但也不是万能的呀。
大夏天的时候，可别想着就靠这玻璃就能完全挡住热浪侵袭，该开空调还是得开空调，不然热得你汗流浃背，可别指望玻璃能给你降温哦！它只是变色，可不是变空调呀！另外呢，光致变色玻璃也需要爱护的哟！别拿着什么尖锐的东西在上面乱划，万一给划出个道子来，那多难看呀。
就好像人的脸蛋儿，要是被划了一道，那得多心疼呀。
平时也注意清洁，别让灰尘啥的给它弄脏了，不然变色效果也会变差的哟！还有一点很重要哦，当你觉得这玻璃好像变色不太对劲的时候，可别自己瞎捣鼓。
这东西毕竟还是有点高科技含量的，万一你自己不小心给弄坏了，那就得不偿失啦！赶紧找专业人士来看看，让他们来解决问题。
其实呀，光致变色玻璃是个好东西，能给我们的生活带来不少便利和乐趣。
但咱们也要清楚知道怎么去用它、爱护它，这样它才能更好地为我们服务呀！可别因为一些小细节没注意，就让这么好的东西发挥不出它应有的作用。
希望大家都能好好享受光致变色玻璃带来的奇妙体验，让我们的生活变得更加多姿多彩哟！哈哈！。
2023年光致变色材料行业市场前景分析
2023年光致变色材料行业市场前景分析光致变色（photochromic）材料是指受到紫外光、紫外线和可见光照射后，可产生光学变色效应的材料。
该材料具有快速响应、色彩变化迅速、稳定性高等特点，因此在多个领域应用十分广泛。
本文将就光致变色材料的市场前景进行分析。
一、光致变色材料的应用领域1. 面板玻璃领域光致变色玻璃面板应用非常广泛，如汽车行业的车窗、天窗，建筑行业的智能建筑玻璃、智能卫生间镜子，商超行业的展示柜等。
2. 光学领域光致变色材料可以用于光学器件中，例如太阳镜、眼镜、镜头等。
其变色可以适应不同环境的亮度和色彩，保证使用者的视觉效果。
3. 家用窗帘领域光致变色材料可以用于家庭室内窗帘中，结合光线传感器，实现自动调节室内光线的功能。
这不仅可以节约能源，还可以保护家居用品不被阳光损坏。
4. 印刷领域光致变色材料在印刷中应用可以使印品呈现视觉效果上的变化。
例如，安全证券的印制中可以使用光致变色材料使证券的一些信息保密性更强，因为只有在特定的照射条件下才可以看到藏在证券内部的信息。
二、光致变色材料市场份额随着人们对智能化、自动化等技术的需求增加，光致变色材料在各个领域应用越来越广泛，在市场上不断扩大其份额。
根据MarketsandMarkets的研究报告，全球光致变色材料市场规模在2018年达到16.19亿美元，到2023年有望增加至21.33亿美元，每年以3.8%的复合年增长率增长。
其中，面板玻璃领域占据最大的市场份额，这是由于随着汽车、建筑、商超等领域应用增加，对面板玻璃的需求也随之增加，这就推动了光致变色玻璃面板的市场增长。
光学和印刷领域在市场中也占据一定份额，未来也有望得到更广泛的应用。
三、光致变色材料的发展趋势1. 研发新型材料光致变色材料的主要成分有透明载体、阴离子染色剂、阳离子染色剂等，现阶段主流的光致变色材料为硅酸钠银和多元醇铜，应用广泛。
未来将推出新型材料，如靛蓝染料、低温合成等，以提高光致变色材料的光响应速度、可见光透过率和色彩变换能力等特点。
感温变色的原理
感温变色的原理感温变色是指某些材料在不同温度下，通过颜色的变化来显示温度的变化。
这种技术广泛应用于温度检测、温度传感器、食品安全监测等方面。
那么，感温变色的原理是什么呢？感温变色的原理主要涉及热致变色和光致变色两个方面。
下面将分别介绍这两种原理。
一、热致变色原理热致变色是指材料在受热后发生颜色的变化。
这种现象主要是由于材料内部分子或结构的改变所导致的。
具体来说，热致变色一般包括以下几种机制：1. 共振结构在吸收特定波长的光线时会发生颜色的变化。
当材料受热后，共振结构的极化程度发生变化，从而导致吸收和反射的光谱发生改变，进而呈现出不同的颜色。
2. 热电效应是指材料在受热后，电导率发生变化，从而改变了电子和离子的运动性质，进而影响了吸收和散射光的能力，使颜色发生变化。
3. 有机分子的氧化还原反应也是触发热致变色的重要机制之一。
当材料受热后，电子在分子中的位置发生变化，原子间键的属性也发生改变，导致吸收和散射光的能力发生变化，从而改变颜色。
通过热致变色原理，我们可以制造出温度感应油墨、温度感应贴纸等产品，用于监测温度或者作为温度指示器。
二、光致变色原理光致变色是指材料在受到特定波长的光线照射后，发生颜色变化的现象。
这种现象主要是由于材料吸收特定波长的光线后所引起的电子激发态发生变化所导致的。
具体来说，光致变色一般包括以下几种机制：1. 光热效应是指材料吸收光能后温度升高，从而导致材料的颜色发生变化。
这种机制主要用于制备光热吸收剂，可以用于太阳能收集和光热转换装置。
2. 激发态发生变化导致颜色的改变。
材料在吸收特定波长的光线后，电子由基态跃迁至激发态，从而改变了材料的颜色。
这种机制常用于制备光敏材料和染料。
3. 光化学反应是指特定波长的光线激发材料发生氧化还原反应，导致颜色发生变化。
这种机制被广泛应用于摄影、光刻和光化学传感等领域。
通过光致变色原理，我们可以制造出光致变色墨水、光敏材料等产品，用于制作光敏印刷品、光照度计等。
《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
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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。
光致变色与电致变色材料
谢谢各位的关注与支持
有机光致变变色色学学与与信光息子存型信储息存储
1, 可擦重写数字光存储 2， 彩色多层与高密度数字光存储 3，光致变色反应的非线性效应
与超分辨读出 4，双光子光致变色与体相三维光存储 5，平行图象存储与全息存储 6, 非破坏性读出
光盘信息存储技术发展状况和前景
• 一． 光致变色学的定义、 内涵、与前景
• 二． 主要光致变色体系 • 三． 激光光谱与瞬态
过程研究 • 四． 有机光致变色学
与光子型信息存储 • 五． 主要相关专著
光致变色体系分类
• 有机光致变色体系 • 生物光致变色体系 • 高分子光致变色体系 • 无机光致变色体系 • 有机-无机复合体系 • 多功能集成体系
532 nm
Laser pulse duration:
T=10.00 ns
Laser pulse focus area:
S=1.964-03 cm2
The concentration of sample: M=1.00e-02mol/l
有机光致变色学重要专著
1，Brown编著的《Photochromism》， 1971
Two-Photon induced Time-resolved spectra
2000年10月 结构
中科院感光所与中山大学 值(10-50cm4 s Photon-1)
S
S
OS
S
S
264,100 282,700
S
S
245,500
S
这是一类A-π-D-π-A或D-π-A-π-D型分子。
Laser wavelength:
光致变色学的定义、 内涵、与前景
➢ 光致变色涵义
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。
光致变色材料发展历程
光致变色材料发展历程光致变色材料是一类具有特殊光学性质的材料，可以通过光照射而产生颜色变化。
这种材料广泛应用于光学设备、显示技术、光电子学和化学生物学等领域。
光致变色材料的发展过程可以追溯到20世纪60年代。
当时，科学家们发现某些有机材料具有光致变色的特性，这为相关研究奠定了基础。
在接下来的几十年里，人们不断探索并发现了更多光致变色材料的类型和性能。
20世纪70年代，发光材料的研究引起了人们的关注。
科学家们发现，某些有机化合物在受到外界刺激后能够发出可见光，并且发光的颜色可以随着环境的改变而变化。
这一发现为开发光致变色材料提供了新的思路。
在20世纪80年代和90年代，各种光致变色材料不断涌现。
其中，具有荧光性质的有机化合物成为研究的热点。
科学家们通过调控材料的分子结构和添加特定的功能基团，使其在受到光照射时发生颜色变化。
这些材料在染料激光技术、光学显示和传感器等领域展现出巨大的应用潜力。
近年来，无机光致变色材料的研究逐渐兴起。
与有机材料相比，无机材料具有更好的稳定性和抗氧化性能，适用于更广泛的应用领域。
例如，钙钛矿材料因其优异的光学性能和可调控的光致变色特性而备受关注。
除了有机和无机材料，纳米材料也被应用于光致变色技术中。
纳米材料具有特殊的光学和电子性质，可以通过调控纳米粒子的尺寸和形状来实现光致变色效果。
这为开发高性能的光致变色材料提供了新的途径。
总结而言，光致变色材料的发展经历了几十年的积累和探索。
从最早的有机荧光材料到现在的无机材料和纳米材料，光致变色材料的种类越来越丰富，性能也不断提升。
随着科学技术的不断进步，相信光致变色材料将在更多领域展现出其潜力和应用价值。
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。
光致变色的简介和原理
光致变色的简介和原理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。
光致变色的简介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，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。
光致变色的原理不同类型的光致变色材料具有不同的变色机理，尤其是无机光致变色材料的变色机理与有机材料有明显的区别。
光致变色材料典型无机体系的光致变色效应伴随着可逆的氧化-还原反应，如WO3为半导体材料，其变色机理可用1975年由Faughnan提出的双电荷注入/抽出模型解释，即在紫外光照射下，价带中电子被激发到导带中，产生电子空穴对，随后光生电子被W(VI)捕获，生成W(V)，同时光生空穴氧化薄膜内部或表面的还原物种，生成质子H+，注入薄膜内部，与被还原的氧化物结合生成蓝色的钨青铜HxWO3，该蓝色是由于W(V)价带中电子向W(VI)导带跃迁的结果。
另一种变色机理是Schirmer等在1980年所提出的小极化子模型，他们认为，光谱吸收是由于不等价的2个钨原子之间的极化子跃迁所产生，即注入电子被局域在W(V)位置上，并对周围的晶格产生极化作用，形成小极化子。
PPT-光致变色
hυ1 hυ2
NH CH
席夫碱类
O COO H O
hυ 1 hυ 2
HO
O
OH
HO
O
O
占吨类
开环2.4 开环-闭环反应引起变色
这类物质的分子在光照下会发生分子内开环这类物质的分子在光照下会发生分子内开环-闭环反 应，它们通常具有良好的热稳定性。 它们通常具有良好的热稳定性。 良好的热稳定性
X
Me
X
O2
Me
(415nm)
O O O
O Me O
(313nm)
Me O 芳香稠环化合物类
光氧化2.6 光氧化-还原反应
三芳二吡嗪醌经光化学还原反应时， 三芳二吡嗪醌经光化学还原反应时，其中的羰基会 转变成羟基，在此过程中伴随着颜色的变化， 转变成羟基，在此过程中伴随着颜色的变化，由原先 的黄色转变成绿色。 的黄色转变成绿色。
2、光致变色物质的分类
无机材料
共轭链变化：螺吡喃、螺螺噁嗪类、联吡啶类、氮 共轭链变化 丙啶类、噁嗪类 顺反结构变化：硫靛类、偶氮类 顺反结构变化 分子内质子转移：席夫碱、占吨类 分子内质子转移 开环-闭环反应 开环-闭环反应：俘精酸酐类、二杂芳乙烯类、
有机材料
二甲基芘类 化合物等 加氧-脱氧反应 加氧-脱氧反应：芳香稠环类 光氧化-还原反应 光氧化-还原反应：三芳二吡嗪醌 均裂反应：四氢萘酮 均裂反应
O N N O 黄色 N N
hυ/H +
H N N
+
OH
H N
+
O2
N OH 绿色 H
H
2.7 由均裂反应引起变色
四氯萘酮分子受光照发生键的均裂， 四氯萘酮分子受光照发生键的均裂，产生了一个橙色的三 氯萘氧自由基和一个氯自由基，反应可逆。 氯萘氧自由基和一个氯自由基，反应可逆。
光致变色高分子材料
主要的光致变色高分子
1 甲亚胺类光致变色高分子 甲亚胺类体系光致变色的原理如下,
甲亚胺基邻位羟基氢( I) 的分子内迁移形成反式酮 (Ⅲ) , 反式酮(Ⅲ) 热异构化为顺式酮(Ⅱ ) , 顺式酮 (Ⅱ) 通过氢的热迁移又能返回顺式醇(I )。 小分子量的聚甲亚胺光致色变不明显, 这是由于反 式酮与顺式烯醇的共轭体系均不大,两者的吸收光 谱之间差别不大。而当分散在聚苯乙烯, 聚甲基丙 烯酸甲酯和聚碳酸酯介质中时, 其热褪色速率比相 应溶液中大为降低, 这是由于聚合物介质限制了褪 色反应, 有不同自由体积的结果。通过合成叉替苯 胺的不饱和衍生物再与苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯 (MMA )等单体共聚就可制得光致变色共聚物, 从 而使主链含有(Ⅳ) 或(Ⅴ) 结构。这类光致变色高 分子的基态最大吸收波长在480nm 左右, 激发态 波长(最大吸收波长, 以下同) 在580nm 左右, 50% 褪色时间为几十至几千秒。
3 硫堇、噻嗪类光致变色高分子 噻嗪类体系光致变色的原理是噻嗪分 子的氧化还原反应所致
亚甲基蓝等硫堇染料(MB+ ) 在二价铁离子 等还原剂的作用下, 光致变色为无色或白色 的白硫堇染料MBH。消色反应过程实际上 先变为半醌式的中间体MB· ; 而MB· 快速歧 化为无色的MBH 和有色的硫堇染料MB+ 。 发色反应则是MBH 在Fe3+的氧化下变为半 醌式中间体MB· , 最后被氧化为深色的硫堇 染料MB+
7 二芳杂环基乙烯类光致变色高分子 芳杂环基取代的二芳基乙烯类光致变 色化合物普遍表现出良好的热稳定性和耐 疲劳性,芳杂环基取代的二芳基乙烯具有一 个共轭的六电子的己三烯母体结构, 和俘精 酸酐类似, 它的光致变色也是由于基于分子 内的环化反应
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2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，保证安全。 3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干 法照相技术[2 81。在透明胶片等支持体上涂一层很薄的 光致变色物质(如螺吡喃、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。
一、螺毗喃类
螺毗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，无色螺毗喃结构中的C一O键 断裂开环，分子局部发生旋转且与叫噪形成一个共平面的 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。C一O键的断裂时间处 于皮秒级，变色速度极快。但是部花青在室温下存放几分 钟至几小时就会自动转化为无色的螺环结构，另外，在叮 逆过程中会发生光化学副反应，从而影响可逆转化的循环 次数，这些不足限制r螺毗喃在光分子开关方面的应用。
第三部分：分类
(4)光和热都可逆体系，光致变色产物既可以 通过受热也可以通过光激发恢复到初始状态 ： (5)逆光致变色体系，始态在长波区吸收，而 终态在短波区吸收。 根据材料性能不同，光致变色材料可分为： (1)单纯光致变色材料 (2)双功能、多功能光致变色材料
第三部分：分类
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，如螺毗喃、螺唔嗓等；② 键的均裂，如六苯基双咪哇等；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 周蔡靛兰类染料、偶氮化合物等；⑤氧化还原反应， 如稠环芳香化合物、哗嗓类等；⑥周环化反应，如 俘精酸配类、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
• 其中A、B：同一物质的两种不同颜色状态； • 入1、入2：两种不同的波长的光。
第二部分：原理
• （1）典型无机体系的光致变色效应伴随着可逆的氧化-还 原反应，如WO3为半导体材料，其变色机理可用1975年 由Faughnan提出的双电荷注入/抽出模型解释，即在紫外 光照射下，价带中电子被激发到导带中，产生电子空穴对， 随后光生电子被W(VI）捕获，生成W(V），同时光生空穴 氧化薄膜内部或表面的还原物种，生成质子H+，注入薄 膜内部，与被还原的氧化物结合生成蓝色的钨青铜 HxWO3，该蓝色是由于W(V）价带中电子向W(VI）导带 跃迁的结果
第一部分：简介
• 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。
光致变色材料（一）
第二部分：原理
一、光致变色基本原理
• 具体说来，光致变色现象是指一个化合物(A)在受到一定波长的光 照下，进行光化学反应，生成产物(B)，由于化合物结构的改变导 致其吸收光谱发生明显的变化即发生颜色变化，而在另一波长的 照射下(或热的作用下)，又能恢复到原来状态的现象。就是说某一 物质在两种状态之间的可逆变化，其中至少有一个方向的变化是 由光辐射引起的，这个过程可用下式表示：
方向都能进行。
第三部分、无机光致变色化合物
（1），过渡金属氧化物
这类物质主要有WO3、、MoO3、TiO2等。W03氧化钨作为一种重要的 无机光致变色材料，具有稳定性好、成本低等优点，但其光致变色效 率较低。近来，解仁国等冲’J报道了一种新型的w()3/Zn（）纳米粒 子复合体系，结果表明，当Zn（）质量分数为2%时，与W（）：相比， 此体系的光致变色效率提高了200倍，其变色机理为：Zn（）的光生 电子通过界面转移至W()3，同时W仆产生的一些空穴将迁移到Zn（〕 的价带上，并最终转移到表面被HZC:0；等捕获，这样光生电子和空 穴就可以被更有效地分离，转移至W():1的电子最终被其表面态所捕获， 产生长波区的吸收，从而导致WO：发生变色。
第三部分、无机光致变色化合物
（3）稀土配合物：目前对稀土配合物光致变色的研究较少。 1978年，俄国学者1一G.Keneva等报道了稀土离子与梭 酸、邻菲咯琳的水溶液具有可逆的光化学反应，其后， 又有一些科研工作者对这方面的工作进行了进一步的研 究。近来，郑向军等研究了斓系元素一N，N一二（2一 氧毗咯一l一甲基）甘氨酸（MPG）一邻菲咯琳（phen） 三元配合物体系水溶液的光致变色性质。太阳光或汞灯 照射下溶液由黄色转变成绿色，而在避光处保存时，绿 色褪去变成黄色溶液。这个体系变色的响应时间和颜色 的深浅与光的强度、光照时间以及溶液的pH值有关。光 照强度增大，光照时间延长，体系变色快，颜色深。pH 值较高时，体系变色深；而pH值较低时，体系几乎不变 色。
4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、7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 。
5 展望 • 20 世纪 80 年代中期以来, 关于螺环化合物在光 致变色过程中的光化学和光物理现象的研究非常活 跃, 如今几乎渗透到各个高科技领域[17~22] .目前, 正通过合理的机理来说明该类化合物特有的光致变 色性质, 以期为研发性能更加优良的螺环光致变色 材料提供理论指导.从优化骨架结构、改变重点位置 的取代基、连接抗氧化基团等途径, 提高螺光致变 色材料的抗疲劳性和热稳定性。
第一部分：简介
• 材料的颜色会发生相应改变，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
光致变色高分子材料
高分子材料科学与工程
1
1
简介
2
原理
3
光致变色高分子的分类
3
Hale Waihona Puke 4应用前景第一部分：简介
一、什么是变色高分子材料
变色材料(chromogenic materials)通常是指在外界条件作用下能 发生颜色变化的材料，按照所受的刺激方式不同可分为电致变色材 料、光致变色材料、气致变色材料、热致变色材料和溶剂致变色材 料。研究光致变色材料最多的国家是日本、美国、法国等。 • 变色材料多年来一直是无机、有机和材料化学家关注和研究的热点， 被公认是最有应用前景的功能材料。目前应用十分广泛，如军事领 域上光信息存储材料、光致变色伪装材料、强闪光防护、宇宙线的 防护、辐射计量计等方面⋯；民用品如光致变色涂料、光致变色纺 织品、光致变色镀膜玻璃或夹层玻璃方面、墙体涂料、建筑物标示 等都离不开变色材料。
第二部分：原理
（2），另一种变色机理是Schirmer等在1980年所提出的小 极化子模型，他们认为，光谱吸收是由于不等价的2个钨 原子之间的极化子跃迁所产生，即注入电子被局域在W(V） 位置上，并对周围的晶格产生极化作用，形成小极化子。 入射光子被这些极化子吸收，从一种状态变到另一种状态， 可简略表示如下：
二、俘精酸酐类
俘精酸酐是芳取代的二亚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。 1999年，Kiji［12］等报道了通过1，4一双杂环取代的丁炔 一1，4-二醇的碳基化的方法来合成双杂环俘精酸酐化合 物。反应以Pd为催化剂，在高温高压下进行。该方法开辟 了一条合成双杂环俘精酸配的新路径，但合成条件苛刻， 难以推广。
第三部分：分类
• 一 .光致变色材料的分类
• • • • • • 根据材料的来源性质，光致变色材料可以分为以下体系： (1)有机光致变色材料体系； (2)无机光致变色材料体系； (3)无机一有机复合光致变色材料体系。 根据材料的不同的反应响应模式，光致变色可以分为： (1)全光型光致变色体系，包括单分子和多分子体系，其 呈色体只可能通过光诱导反应恢复到始态； • (2)光致变色热可逆体系，光致变色产物受热返回到始态： • (3)多光子光致变色体系，光致变色过程至少由两个光子 驱动；
三、含偶氮苯的光致变色高分子
这类高分子的光致变色性能是偶氮苯的顺 反异构引起的, 在光作用下, 偶氮苯从反式转 为顺式,顺式是不稳定的, 在暗条件下, 回复到 稳定的反式。
三、含偶氮苯的光致变色高分子
合成方法 1）把含乙烯基的偶氮化合物与其它烯类单体共聚； 2）通过高分子与含重氮（或偶氮）化合物的反应； 3）通过采用偶氮二苯甲酸与其它的二元胺和二元羧 酸进行共缩聚而把偶氮苯结构引入到高分子主链 中； 4）把偶氮苯结构引入到聚肽的侧链中
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第四部分：光致变色材料的应用前景 及展望
• 1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 元件，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，能快速写入和 擦除信息。这是新型记忆存储材料的一个新的发展方 向
第三部分、无机光致变色化合物
（2）金属卤化物：金属卤化物具有一定的光致变色性.如 碘化钙和碘化汞混合晶体、氯化铜、氯化银等。当照射掺 有La、Ce、Gd或Tb的氟化钙时，会发生稀土杂质的光谱 特征吸收，其变色机理是金属离子变价。如掺Ce的氟化钙 晶体会产生晶格缺陷，使无色的Ce3+变为粉红色的缺陷
三、含偶氮苯的光致变色高分子