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变色材料概述
2021-03-02

变色材料概述

变色材料是一类在某种特定的环境下,其颜色逐渐发生改变的功能材料,其颜色的改变可以分为:无色到有色、有色到无色、一种颜色到另一种颜色等等。根据变色诱因的不同,变色材料主要分为三大类:电致变色材料、光致变色材料和热致变色材料。

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光致变色材料是指某种材料A在受到一定的电磁辐射照射后,分子内发生化学变化,生成了与材料A吸收光谱存在明显差异的异构体B4,从而使其颜色发生改变。其中材料A相对于材料B来说,热力学相对比较稳定,在某种特定波长光的照射下,材料B又可以恢复到原来材料A的状态。两种状态之间的转变通常伴随着折射率、电导率、表面润湿度、介电常数、磁性等物理化学性质的改变。根据化学组成不同,光致变色材料可以分为两种:一种为无机光致变色材料,主要包括金属氧化物、金属卤化物、碱金属叠氮化合物等等,其变色机理主要为离子和电子的双注入/提取理论,胶体银阻光与光结晶黑化。另一种为有机光致变色材料,主要包括属于化学键异裂变色机理的螺吡喃、螺嗯嗪4类化合物,属于分子内质子转移变色机理的水杨醛缩苯胺类化合物,属于周环化反应变色机理的二芳基乙烯和俘精酸酐衍生物类化合物,属于顺反异构变色机理的偶氮苯类及二苯乙烯类化合物,属于氧化还原反应变色机理的稠环芳香化合物及紫精类化合物。光致变色材料主要应用于光致变色器件,光开关,光学信息储存设备,光致变色涂料,可重复打印纸张,防伪标识等领域。

电致变色材料是指材料在某种外加电场的刺激作用下,由于电子的双注入或抽取导致材料本身光学性质发生变化,从而使材料的颜色也随之发生改变。根据材料的组成成分不同,电致变色材料可分为无机电致变色材料、有机电致变色材料和有机/无机复合电致变色材料。无机电致变色材料主要包括过渡金属氧化物、普鲁士蓝配合物等两大类,其中过渡金属氧化物类电致变色材料又可以分为阴/阳极电致变色材料。有机电致变色材料主要包括联吡啶、吡唑啉、蒽醒、紫罗精等衍生物,聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯等导电聚合物。有机/无机复合电致变色材料主要包括TiO2/WO3;纳米复合结构、W48O49/PB薄膜复合结构、ZnO/PEDOT核壳复合结构、TiO2/PANI纳米复合结构等几大类。电致变色材料主要应用于电致变色产品、光伏材料、智能窗玻璃、太阳能电池、导电涂料等领域。

热致变色材料是指某种材料在外界环境温度发生变化时,其颜色会发生显著变化,这种现象是因为材料本身具有可逆性,而且只限于在可见光的吸收光谱范围内。当温度达到某一特定范围时,材料的颜色会发生改变,当温度恢复到初始温度后,颜色也会随之复原,像这种颜色变色是可逆的称为可逆热致变色材料。热致变色材料常常伴随固-液-气三态变化,根据化学组成的不同,又可以将其分为三种类型:有机可逆热致变色材料、无机可逆热致变色材料、复合型变色材料。

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