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热致变色材料国外研究现状
2021-03-05

热致变色材料国外研究现状

热致变色材料的研发始于1938年,已有七十多年的发展历史。1938年德国首先研制出示温涂料,随后美国、英国、日本、苏联等国都加紧研制,研发出液晶、有机、无机、聚合物及生物大分子等多种功能型变色材料。但是,在一开始的研究阶段,变色材料的变色温度一般都比较高,且变色性能一般都不可逆。20世纪80年代,国外对于热致变色材料的研发开始趋向于低温及可逆两个方面,研发出一系列低温可逆热致变色材料。进入21世纪,各国对变色材料的研究更加深入,并取得了不错的研究成果。目前,变色材料在纺织服装、商标防伪、日用饰品、医疗设备等方面得到了比较好的应用。

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2003年开始,加拿大戴尔豪西大学化学材料研究所的 Douglas C. Maclaren等人开始从分子尺度讨论结晶紫内酯三组分复配物的变色机理。分析了三组分复配物中每种组分对材料变色性能的影响,并确定了三组分变色复配物的设计原则。通过一系列的研究发现,在三组分变色体系中,隐色剂与显色剂之间的交互作用对材料的变色性能有很重要的影响。通过红外光谱、拉曼光谱、DSC测试以及微观分析发现,在某一特定的温度范围内,当温度较低时,隐色剂处于醒式开环结构,从而复配物呈现为蓝色;当外界温度升高时,隐色剂失去电子,变为闭环的内酯环结构,材料变为无色。除此之外,研究还发现,在三组分变色复配物中,溶剂的熔点直接决定材料的变色温度;隐色剂与显色剂之间作用的强弱在很大程度上影响材料的变色程度与变色速度。这些理论的提出,为三组分变色复配物的制备奠定了较好的理论基础。

德国A. Seeboth 等人对几种不同热致变色材料变色机理和应用情况进行了研究。从实际应用的角度出发,指出在未来的应用研究中有机可逆热致变色材料具有更广阔的发展空间、更重要的研究价值。通过对有机可逆热致变色材料在建筑、智能窗帘、变色木板等材料上的应用情况进行系统研究发现,这种材料不仅能给我们的生活增添乐趣,还能有效地吸收和储存太阳能,实现节能环保的目的。除了在建筑材料上的应用外,德国一家公司还推出一种能随人的心情变化而改变颜色的服装。这种服装的面料上涂有一层“液晶墨汁”,由于液晶墨汁对温度极其敏感,只要外界温度稍有变化,墨汁对光线的反射性能就随之改变。所以,当人们激动兴奋体表温度上升时,衣服立刻由黑变红;当情绪平静下来,衣服又变成了黄色、绿色或蓝色等。该类纺织服装的出现,给我们的生活增加了很多新意与乐趣。

澳大利亚的L. van der Werff等人前不久还研发了一种含有胆甾型液晶材料的复合单丝。该种纤维在预设的温度范围内,在可见光下可实现如图1-2所示的从红色到蓝色的连续性变色,平均在不到0.5℃的温度范围内就可以实现一种变色。这种具有多变色效果的变色纤维的产生具有非常重要的意义。L. van der Werff等人用该纤维材料制成了床单、病号服等给病人使用。经研究发现,通过服装和床单的颜色变化可以观测病患的体温变化,对实时观测病患有无发烧情况等有很好的指导作用。

日本对热致变色材料的研究也取得了不错的研究成果。日本现已经成功推出一系列新型变色纤维,热致变色材料的市场规模现已达到20亿日元,而且还在不断上升,拥有很好的发展前景。

综合来说,经历几十年的努力,国外对热致变色材料的研究已经取得了不错成果,并且随着高新科技的不断引入,该材料的研究也在不断地进步,相信在未来的时间里,将会有更多、更好的变色产品走入我们的生活,服务我们的生活。

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