光致变色材料的应用发展历史

光致变色材料的应用发展历史

姓名：孙相龙学号：115050910092

近年来光致变色材料因其极高的潜在应用价值得到越来越多的关注，已经成为目前国际上重要的研究课题。光致变色材料不仅在光敏装饰、变色眼镜、数字显示等领域已经投入实用，而且其在光信息存储、光开关、全息超细显影、生物探针等高新科技领域有着非常诱人的诱人前景。

一、光致变色原理

光致变色是指化合物A在受到特定波长的光hv1的照射时，发生特定化学反应生成产物B，其吸收光谱或折射率发生明显的变化；在另一波长的光hv2照射下或者在热的作用下，B又回复到原来的形式A，其光致变色反应可用下式表示：

光致变色是一种可逆的化学变化，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。光致变色材料的可逆变色过程可以由光物理效应机理或者光化学反应机理所引起。在光物理效应机理中，在吸收光子后物质内部的电子发生能级跃迁，或者固体中的离子发生迁移并改变价态，呈现不同的光谱吸收，因而导致光致变色。在光化学反应机理中，化合物吸收光子后电子跃迁到激发态，这可能并不引起光谱吸收变化，但随后发生的光化学反应则会导致吸收光谱的变化，从而呈现光致变色。光致变色反应中生色过程和褪色过程的速度、热稳定性以及抗疲劳性（可循环次数）是决定光致变色材料实际应用的重要因素。光致变色材料主要分为三大类，即有机光致变色材料、无机光致变色材料和无机-有机光致变色材料。

二、光致变色材料的应用发展

光致变色现象最早是在生物体内发现的，距今已经有一百多年的历史。1867年，Fritsche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。1876年，Meer报道了类似的现象，二硝基甲烷的钾盐在光照下发生颜色变化。1889年，Phipson将类似于锌屑白的油漆漆在大门上，白天变成黑色，晚间却变成白色，引起了制造商们的极大兴趣。1889年，Marekwald观察到有机化合物苯并叉(Benzo-l-Naphthrlidine)以及四氯代一蔡酮在日光或其它强光源照射下能从无色变成紫色，放回暗处后又恢复成原来的颜色，认为这是一种新现象并称之为光致变色(Photoropy)。今天，Photoropy己经被理解为光引发的生物体系中的变化现象，Photoropism则是指植物的向阳性。

光致变色材料的研究应该说是从二十世纪四十年代才开始进入迅速发展阶段。科学工作者开始集中研究光致变色的机理、无色态与呈色态的结构鉴定以及新的合成方法。Hirshberg和Fischer在这方面做了开创性的工作。如今己经有相当多的有关光变色化合物及其广泛应用的论文和专利发表。到目前为止，已经有四本对光致变色领域有重要影响的著作出版。最早的是1971年由Brown编著的《Photochromism》，在Weissberger数据库收录，详尽介绍了有机光致变色化合物的发展历史与研究概况。

1958年，Hishberg发现了螺吡喃类化合物的光致变色现象并命名了光致变色现象(photochromism)，同时提出利用光致变色化合物在呈色体和无色体状态之间的可逆变化，可以制成光学一记忆装置，有可能实现分子水平的信息存储，从而大大推动了人们对有机光致变色化合物的研究。二十世纪60年代，光色玻璃作为光色互变材料第一个商品(光致变色太阳镜)投放市场。光致变色材料中最典型的商业化产品是变色眼镜，20世纪70年代由美国康宁公司推出。第一代光致变色玻璃材料的变色机理是卤化银在光辐射作用下，发生光分解成为银和卤素，银原子和氯原子之间发生一种电子交换，通过氯化银和周围的环境来表现。随着科学技术的发展，人们又合成了许多有价值的有机、无机的化合物，以及金属有机络合物。如以碱土铝硼酸盐体系作为基体玻璃，以稀土离子为光敏剂制备了一种透明光致变色玻璃。有机光致变色玻璃如俘精酸酐、二芳基乙烯、螺吡喃、螺噁嗪光致变色玻璃等。

我国在五、六十年代也曾广泛研究过光致变色现象，但由于多方面因素的影响，这一研究工作曾经中断了很长一段时间，八十年代开始，吴国生等人开展了俘精酸醉光致变色化合物的研究，李仲杰等又相继合成了螺毗喃类光致变色化合物。近年来，樊美公、田禾等越来越多的科学工作者们投入到了这一领域，与此相关的光信息存储，光一电转移和非线性光学材料等的研究也得以开展。

三、光致变色材料的应用发展前景

近年来，人们将光致变色材料应用于一次可写、可擦式、近场光存储以及双光子、多波长、超分辨光存储等领域，取得不少成果。光致变色光存储是光子型存储，理论上可实现单分子和飞秒级的光化学反应，有利于提高存储密度、存储速度；光学性能可通过改变分子结构来调整，利于有机合成；盘片可采用旋转涂布法制作，成本较低；信噪比大；抗磁性能好。这些优点引起了相关研究机构对光致变色材料及存储的广泛关注。但是光致变色化合物作为光信息存储材料，面临的主要问题是成色体的热稳定性不高和光致变色化合物抗疲劳性达不到商品化要求。开发新型光致变色存储介质材料有赖于微电子学、激光技术、有机化学等相关学科的发展。

在军事领域，光致变色材料也发挥着伪装防护作用。对于飞机、军舰、坦克、装甲车等，用涂敷或掺杂光致变色材料的方法，使其表面具有光致变色功能。在光照下变色，与环境匹配, 达到被掩护的目的。

光致变色材料也在防伪中的具有重要应用，其防伪功能是通过制成光致变色防伪纸张及防伪油墨来实现的。光致变色防伪纸是将具有光色效应的材料通过混合于树脂液等粘合剂中，然后再涂布在纸基上，利用光致变色材料的可逆变色特性来鉴别真伪。

光致变色材料也有望开发新型磁性材料。将有机光致变色材料，如螺比喃类物质引入磁性体系，由于螺毗喃具有在光照下分子结构可逆的开闭变化，就产生了以光源为开关的新型磁性体系，同时也产生了一种新的光致变色行为。

参考文献

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