光致变色材料的类型及变色机理
• 芳基迁移反应
• 这类反应的代表为萘并萘醌类光致变色化合物，在紫外光照射 下芳氧基发生迁移，基团迁移而导致发生变色反应。其特点是 可逆循环次数高而不损伤材料；另一特点是两种变色体的稳定 性良好。将萘并萘醌类化合物引入聚合物后，其光致变色性能 受聚合物基质影响，可作为一类新型功能材料，广泛应用于光 转换和光开关等前沿领域。
• 光致变色化合物参数的介绍
光致变色体系在经历光致变色反应后，体系的很多 性质会产生很大的变化。对光致变色材料的研究， 其中一个最主要的目的就是将其应用于生活，促进 社会的发展和进步。因此，我们在研究光致变色化 合物时要注意以下几个基本概念：
光致变色化合物参数介绍
• 颜色 • 物质呈现给我们的颜色是物质在吸收了一定特殊的波 长之后，表现出来的是它互补的颜色。
光电材料
段
• 主要内容：
• 光电材料的概述 • 有机光致变色材料定义及分类 • 有机光致变色材料机理及应用
光电材料的概述
• 光电材料的重要性 • 在核能源技术、激光技术、电子计算机技术、电子与信息技术、 生物工程技术、材料技术、空间技术等新技术应用过程中，光 电材料科学的发展占有非常重要的历史地位。光电功能材料由 于其独特的光学，电学和磁学等性质已经在信息等领域得到了 重要应用。自从1960年美国科学家梅曼制造出世界上第一台红 宝石激光器以来，光电功能材料和器件迅速发展起来，尤其是 与光存储、磁光存储、光致发光和非线性光学有关的材料和器 件研究得到了快速发展。 • 20世纪90年代以来，世界光电子产业和光电应用正在以爆炸性 的速度增长。光纤正在从远距离的信息传输扩展到局域网甚至 到芯片的应用，发光二极管从单色跨越到整个彩色光谱,显示器 件从CRT逐渐向超薄超轻的平面显示器件发展。 • 光电材料是整个光电产业的基础和先导,对整个信息产业的发展 起着重要的支撑作用 。
光致变色材料的类型及变色机理
• 周环反应
• 俘精酸酐类和二芳基乙烯类化合物的变色机理属于周环反应。 俘精酸酐是20世纪初由斯托布 （Stobbe）利用琥珀酸酯和芳香 族或醛缩合的产物，是最早被合成的有机光致变色化合物之一， 因其具有耐疲劳度高、热稳定性好等特点，是目前国际上光信 息处理和光存储的热点研究材料之一。俘精酸酐的光致变色发 生在无色开环体中的一个“E构型”和光致环化的呈色体“C构 型”之间。
光致变色材料的应用
• 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。 为了适应不同的需求，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；还可以将光致变色化合物 制成包装膜、建筑物的调光玻璃、汽车及飞机的屏风 玻璃等，防护日光照射，保证安全。
光致变色材料的应用
• 光致变色材料由于在光照下瞬间能够产生颜色的变 化，因而应用前景非常广阔。随着在这个领域研究 的深入，光致变色材料无论在高科技领域，还是在 日常生活中都有广泛的应用。
光致变色材料的应用
• 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。
• 根据光致变色过程的特点，光致变色可以归结为以下 几种体系：
• (1)全光型光致变色体系，其呈色体只能通过光诱导反应才能 返回到初始态。 • (2)光致变色和热致可逆体系，光致变色产物受热返回到初始 态。 • (3)光和热都可逆体系，光致变色产物通过光照和受热都能返 回到初始态。 • (4)逆光致变色体系，初始态吸收光谱位于长波区，而变色终 态则在短波区吸收。 • (5)多光子光致变色体系，至少有两个光子驱动才能发生光致 变色现象。
光致变色化合物参数介绍
• 耐疲劳度
• 耐疲劳度是指光致变色化合物由开环体变到闭环体再由闭环 体变为开环体，由无色变为有色再从有色变为无色，这样反 复变化的次数。化合物有色、无色之间的转换次数越高说明 其耐疲劳度越高，其应用意义越大，应用的前景也越广阔。 耐疲劳度还可以通过百分比来反映光反应进行的程度。对光 致变色的一系列光反应来讲，耐疲劳度是指单位浓度下一种 化合物的光密度差，或者说是色度差，通常用 ΔOD 来表示。 例如，单位浓度的一种化合物 A 的 ΔOD为 0.8，经一段时间 的反复照射之后，测得该化合物的 ΔOD 为 0.4，就说明这种 化合物在这段时间内的耐疲劳度是 50％。
• 螺吡喃类、螺噁嗪类等的光致变色都属于这种类型。作为有机 光致变色材料中研究最早和最广泛的体系之一，螺吡喃类材料 是一种光(热)致变色材料，在紫外光的作用下结构发生异化。螺 吡喃类化合物在紫外光的照射下发生c-s键或c-d键裂解而生成有 色的开环体，转变含有离子对的部花菁结构，结构异化导致螺 吡喃产生光致变色效应，而且这种反应是可逆的。但是螺吡喃 的抗疲劳性较差，易被氧化降解。
光致变色材料的应用
• 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 作强光辅剂量计。它能测量电离辐射，探测紫外线、 X射线、γ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。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。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。Βιβλιοθήκη 光致变色材料的类型及变色机理
• 氧化还原反应
• 该反应的代表有紫罗碱 （Viologen）系色素和蒽醌急硫氮杂苯 衍生物，以紫罗碱系色素为代表，其着色体是阳离子自紫罗碱 自由基经过光照后转变为紫罗碱阴离子自由基。这类化合物分 子存在双光子吸收性能，因此此类化合物在三维储存方面有着 重要的应用前景。
光致变色材料的定义
• 光致变色定义 光致变色是指一种化合物A受到一定波长的光照射 时，可发生光化学反应得到产物B，A和B的颜色（即 对光的吸收）明显不同。B在另外一束光的照射下或 经加热又可恢复到原来的形式A。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。 • 光致变色材料有两个特征：1.光致可变 2.可逆性
光致变色材料的定义
• 如图，λA和λB为化合物 A 和化合物 B 的最大吸收波长。当波长 为λA的光照射于化合物 A 时，化合物 A 会发生一系列的反应生 成化合物 B，这时从紫外光谱上，就会出现 A 的吸收峰逐渐减 弱，而 B 的吸收峰逐渐增强。因为在通常的光致变色化合物体 系中，与化合物 A 相比较，产物 B 的吸收光谱位于较大的波长 处，所以这个过程在外观上表现为颜色的加深，一般称为呈色 过程，这个体系称为“光呈色体系”。反之，当使用波长为λB 的光照射化合物 B 时，就会出现相反的过程，反应物的吸收波 长在较大的波长范围内，光照后，化合物由有色变无色，这个 过程一般称为光消色或褪色过程，这个体系称为“光消色体系” 或“逆光致变色”。
• 有机光电材料
• 1）有机光电材料是由有机化合物构成的半导体 光电材料 • 2）主要包括：光致变色材料 电致发光材料 非线性光学材料
光致变色材料概述
• 光作为一种特殊的信息和信息载体，它具备高的传播速度和低 损耗等特点，广泛的应用在光通讯等现代高科技领域。而且， 各种与光相关的新技术成果不断涌现，产生了很多种类的光功 能材料。在众多的光功能材料中，光致变色化合物在材料科学 和信息科学领域中得到了广泛的应用。光致变色化合物的特性 使其广泛的应用在光信息记录材料、功能织物、光致变色薄膜 和光致变色光学透镜等领域。
• 顺反异构
• 偶氮苯类、二苯乙烯类、靛蓝类染料、超分子（如冠醚）等化 合物的光致变色机理都属于顺反异构类。这些光致变色化合物 光致变色机理是基于分子中的N=N、C=C、C=N双键的顺/反异 构化，顺式异构体在加热或者吸收光就可逆地变回反式异构体， 从而发生颜色变化。
光致变色材料的类型及变色机理
• 键的裂解和重建
IT’S OVER !
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光致变色材料的类型及变色机理
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有机光致变色材料的变色基本过程不同，它们的 光致变色往往伴随着许多与光化学反应有关的过程， 从而导致分子结构的某种改变，因此根据不同反应机 理可以分为以下几种类型：顺反异构、键的裂解和重 建、氧化还原反应、芳基迁移反应、周环反应、质子 转移等。
光致变色材料的类型及变色机理
光电材料的概述
• 光电材料的研究 • 光电材料主要包括Ⅲ-Ⅴ族的化合物半导体光电材料、 有机半导体光电材料、无机晶体和石英玻璃等,其技 术发展的特点是对基础突破和工艺创新的依赖性强。 • 光电材料广泛用于光通信网络、光电显示、光电存储、 光电转换和光电探测等领域,对于社会进步和整体科 技发展影响也很大,该领域技术的发展对国民经济、 社会发展与安全以及其他相关技术的发展影响深刻。 目前,光电材料的研究已经在太阳能电池、光电开关、 图象记录、光存储等各方面取得了重要的进展。
光致变色材料的类型及变色机理
• 质子转移互变异构
• 水杨醛缩苯胺类化合物，存在分子内C=N双键，又称为光致变 色席夫碱，是这一类有机光致变色化合物的典型代表。其变色 过程涉及到质子转移，光致变色席夫碱分子存在分子内氢键， 当变色反应发生时，质子从氧原了转移到氮原子上，分了内质 子转移既可以发生在基态(热致变色)，也可发生在激发态(光致 变色)。
光电材料的定义与分类
• 什么是光电材料？ • 光电材料的定义:光电材料是能把光能转变为电能的一 类能量转换功能材料。 • 光电材料分类 按尺度分类：纳米光电材料、块体光电材料 按用途分类：光电转换材料、光催化材料 按组成分类：有机光电材料、无机光电材料、 有机-无机光电配合物
光电材料的类型 有机光电材料
光致变色材料的应用
• 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。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），对 其可见光不感光，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 且影像可以反复录制和消除。