光色材料的分类与应用讨论

闫娜娜

摘 要：光色材料的研究是光学领域的重要课题之一，其光学性质、产生的机理以及在不同领域中的应用已经得到了人们的关注。本文针对光色材料的分类和应用进行深入的分析和研究，以期能够更加充分的运用光色材料。

关键词：光色材料;分类;应用

引言：随着科学技术的发展，信息量在以几何级数急剧膨胀，这就对信息处理提出了更高的要求。光学信息处理技术的发展很大程度上取决于光学信息处理材料，有机光色材料表现出良好的光学非线性，因此引起人们极大的研究兴趣。

一、概念

光致变色（Photochromism）是指化合物A在受到波长为入的光照时，可通过特定的化学反应生成结构和光谱性能不同的产物B，而在波长为入的光照或热的作用下，B有可逆地生成化合物A的现象。

二、光色材料的变色过程

材料受光照射着色，停止光照射后又可逆的褪色，这一特性称为材料的光致变色现象，简称光色现象。具有光色现象的材料称为光色材料。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。

无机变色材料和有机变色材料的变色原理有很大不同，有机变色材料一般是靠有机化合物的键的断裂（包括匀裂和异裂、键的重组以及构想的变化）而产生颜色变化。

无机变色材料则是靠添加在化合物重金属（主要是过渡周期重金属）离子化合价的变价以及化合物分解和再化合来实现颜色变化的。无机体系的光致变色效应伴随着可逆的氧化-还原反应。

三、光色材料的分类

（一）能应用于光致变色的有机变色材料主要有：

1.螺吡喃类

螺吡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，在紫外线照射下，螺毗喃结构中的C-O键断裂开环，变色速度极快，分子局部发生旋转且与叫噪形成一个共平面的部花青结构而显色，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。

缺点：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，这些不足限制了螺毗喃在光分子开关方面的应用。

2.俘精酸醉类

俘精酸醉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等报道了通过1，4-双杂环取代的丁炔-1，4-二醇的碳基化的方法来合成双杂环俘精酸醉化合物。反应以Pd（钯）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。

3.偶氮苯类

偶氮苯类化合物光致变色性能良好，并其有超高存储密度和非破坏性信息读出等特点。偶氮苯类化合物的变色机理是由于含有-N-N-、形成顺反异构结构所引起的。光或热的作用可使顺式和反式偶氮苯之间发生转化，反式结构一般比顺式结构稳定。热作下的顺反异构反应通常是从顺式到反式，但在光作下两种异构方向都能进行。

（二）能应用于光致变色的无机变色材料主要有：

1.过渡金属氧化物

因具有良好的光学对比性质和光致变色电致变色性能而成为国内外科研人员的研究热点之一，这类物质主要有：WO3、MoO3、TiO2等。三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。三氧化钼在可见光区吸收均匀，显示柔和的中性色彩。较好的视觉美学效应。光致变色现象在掺杂的二氧化钛中可以见到，其变色机理是金属离子变价。

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、氯化钠、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。

卤化银无机玻璃是传统的无机光致变色物质，在一定波长的光照下，卤化银粒子吸收能量发生分解，生成尺寸很小的胶体银，其与卤元素阻挡了光线的透过，使玻璃变暗。当撤去照射光后，胶体银与卤元素重新结合在一起。生成无色的卤化银，玻璃又变得透明[1]。

三、光色材料的应用

（一）信息记录和存储

美国NCR公司用光致变色材料制成的光色缩微片，具有高密度，线性缩微200：1，缩微面积比达4000：1，即将300页的书籍缩微到一平方英寸的胶片内，并且还可重复使用。因而，它在地图文献资料、档案等现代化管理中，因具有加工方便、成本低、占地面积小、解像力高等特点而受到人们极大关注。

（二）光致变色染料

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，防護日光照射，保证安全[2]。

（三）光变色母粒光变粉

经阳光/紫外线照射后，吸收阳光/紫外线的能量而产生颜色变化，当失去阳光/紫外线时，即回到原来的颜色。基本色：紫、红、黄、蓝、橙、天空蓝。

（四）变色衣服

服装业的革新之变一变色服饰。它可以在一定波长的光线照射下或温度下产生变色现象，而在另一种波长的光线照射下或温度下，又会发生可逆变化回到原来的颜色。中国乒乓球队的比赛服，以传统的中国红为主色、辅主金色、鹦鹉蓝等颜色;在印花工艺上运用颜色光学原理，达到色彩渐变、金属质感等未来感极强的视觉效果[3]。

（五）日光变色油墨

日光变色油墨又称光致变色类油墨，是采用高级的树脂连接料，加特殊光致变色物质和特殊助剂精制而成;合成工艺复杂，具有很大技术难度，标记在日光或验钞器照射下2-5秒后由无色变为绿色、红色、紫色或蓝色。

（六）军事

光致变色材料对强光特别敏感，可以用来制作强光辐射剂量剂。它能测量电离辐射，探测紫外线、X射线、y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。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[4]。

结束语：综上所述，光致变色材料的研究是涉及多学科交叉领域的目前对于其的研究与开发无论是国外还是国内都是方兴未艾。今后研究工作的重点是研制光学稳定性好、响应速度快、可逆循环次数高的实用新型光致变色材料。

参考文献：

[1]赵博研，姚惠龙，曾文敏.基于环境模拟的光致变色纺织品变色性能及其色牢度[J].印染助剂，2021，（11）：35-39.

[2]詹永东，周文.柔性荧光树脂发光特性的计算模拟与性能分析[J].弹性体，2021，（05）：46-50.

[3]颉志刚，杨范利.光唇鱼对单色光偏好的性别差异及相关生理机制[J].中国水产科学，2021，（10）：1263-1271.

[4]孙炳恒，姜本学，范金太，张龙.高显色激光照明用宽光谱远程荧光转换材料[J].发光学报，2021，（10）：1585-1618.