光致變色型材料簡介

典型無機體系的光致變色效應伴隨著可逆的氧化-還原反應，如WO3為半導體材料，其變色機理可用1975年由Faughnan提出的雙電荷注入/抽出模型解釋，即在紫外光照射下，價帶中電子被激發(fā)到導帶中，產(chǎn)生電子空穴對，隨后光生電子被W(VI)捕獲，生成W(V)，同時光生空穴氧化薄膜內(nèi)部或表面的還原物種，生成質子H ，注入薄膜內(nèi)部，與被還原的氧化物結合生成藍色的鎢青銅HxWO3。

不同類型的光致變色材料具有不同的變色機理，尤其是無機光致變色材料的變色機理與有機材料有明顯的區(qū)別。

光致變色材料是典型無機體系的光致變色效應伴隨著可逆的氧化-還原反應，如WO3為半導體材料，其變色機理可用1975年由Faughnan提出的雙電荷注入/抽出模型解釋，即在紫外光照射下，價帶中電子被激發(fā)到導帶中，產(chǎn)生電子空穴對，隨后光生電子被W(VI）捕獲，生成W(V），同時光生空穴氧化薄膜內(nèi)部或表面的還原物種，生成質子H ，注入薄膜內(nèi)部，與被還原的氧化物結合生成藍色的鎢青銅HxWO3，該藍色是由于W(V）價帶中電子向W(VI）導帶躍遷的結果。另一種變色機理是Schirmer等在1980年所提出的小極化子模型，他們認為，光譜吸收是由于不等價的2個鎢原子之間的極化子躍遷所產(chǎn)生，即注入電子被局域在W(V）位置上，并對周圍的晶格產(chǎn)生極化作用，形成小極化子。入射光子被這些極化子吸收，從一種狀態(tài)變到另一種狀態(tài)，可簡略表示如下：

WA(V)-O-WB(VI）→WA(VI)-O-WB(V) 由于上述變化不會引起材料晶體結構的破壞，因此典型無機材料的光致變色效應具有良好的可逆性和耐疲勞性能。

有機體系的光致變色也往往伴隨著許多與光化學反應有關的過程同時發(fā)生，從而導致分子結構的某種改變，其反應方式主要包括：價鍵異構、順反異構、鍵斷裂、聚合作用、氧化-還原、周環(huán)反應等。以偶氮化合物為例，其光致變色效應基于分子中偶氮基-N=N-的順-反異構反應，通常偶氮化合物順-反異構體有不同的吸收峰，雖兩者一般差值不大，但摩爾消光系數(shù)往往相差很大，另外，偶氮化合物還有明顯的光偏振效應，即光致變色效果與光的偏振態(tài)有關。生物光致變色材料如細菌視紫紅質等的感光效應也屬于這一類反應機制。

由于無機半導體光致變色材料的光生電子空穴對有很強的氧化-還原性能，因此可以通過與有機染料復合來增強其光致變色效應。當WO3與某種無色的還原態(tài)染料隱色體混合時，則在光照下染料隱色體的電子可被激發(fā)并向前者的導帶中注入電子，該光致氧化-還原反應的發(fā)生可在形成藍色鎢青銅HxWO3的同時，生成摩爾消光系數(shù)很高的有色染料。這種有機-無機復合光致變色器件不僅可以大大提高體系的光敏度，擴充光致變色材料的種類和顏色范圍，而且有助于充分利用太陽光中極為豐富的可見光譜能量來激發(fā)光致變色效應 。

光致變色材料分有機類和無機類兩種。有機類有螺吡喃衍生物、偶氮苯類衍生物等。該類變色材料的優(yōu)點是：光發(fā)色和消色塊，但熱穩(wěn)定性及抗氧化性差，耐疲勞性低，且受環(huán)境影響大。無機類有摻雜單晶的SrTiO3，能光致變色，它克服了有機光致變色材料熱穩(wěn)定抗氧性差，耐疲勞性低的缺點，且不受環(huán)境影響。但無機光致變色材料發(fā)色和消色較慢、粒徑較大。光致變色纖維是將光致變色材料和高聚物共混通過溶液紡絲、共混紡絲或復合紡絲技術制得的纖維。

光致變色指的是某些化合物在一定的波長和強度的光作用下分子結構會發(fā)生變化，從而導致其對光的吸收峰值即顏色的相應改變，且這種改變一般是可逆的。人類發(fā)現(xiàn)光致變色現(xiàn)象已有一百多年的歷史。此后AgX光致變色的應用重心轉向了價格便宜且質量較輕的聚合物基材料，而各種新型光致變色材料的性能及其應用也開始了系統(tǒng)研究 。