光致变色材料的设计与合成

光致变色材料的制备及表征随着科技的不断发展，光致变色材料越来越受到人们的关注。

光致变色材料是指在特定的激发条件下，发生色彩变化的材料。

它具有广泛的应用前景，如光学器件、光电信息存储、传感器等领域。

本文将介绍光致变色材料的制备及表征过程。

一、制备光致变色材料1.材料选择光致变色材料有很多种类，如硅酮、聚乙烯醇、聚（氨基甲酸酯）等。

选择材料要根据其光致变色性能、化学稳定性、热稳定性、光稳定性等方面进行综合考虑。

2.光敏剂的选取光敏剂是促使光致变色反应发生的关键因素。

常用的光敏剂有溴化汞、碘化汞、双-(p-甲氧基苯基)铜等。

选择光敏剂要考虑其光敏感度、光降解、光稳定性等因素。

3.溶剂系统的选择光致变色材料的制备需要溶解材料，然后制备成薄膜或者涂布在基材上。

常用的溶剂有甲醇、乙醇、氯仿、异丙醇等。

溶剂的选择要与材料相匹配，同时要考虑到其挥发性、毒性等因素。

4.制备方法的选择制备光致变色材料的方法有很多种，如溶液法、喷雾法、电沉积法等。

其中溶液法是最常用的方法之一。

首先将材料加入到溶剂中溶解，然后将光敏剂加入到溶液中，最后将溶液制备成薄膜或者涂布在基材上。

二、表征光致变色材料对于制备完成的光致变色材料，我们需要对其进行表征以了解其性质。

1.紫外-可见吸收光谱紫外-可见吸收光谱是表征光致变色材料的重要手段之一。

它可以用来了解材料的光敏感度、光吸收剂的浓度和吸收峰位等信息。

通过对材料进行热处理的实验可以观察到材料的吸收峰在不同温度下的演化情况，这有助于了解材料的热稳定性。

2.透过率变化实验透过率变化实验可以直观地观察光致变色材料的色彩变化。

将光致变色材料制成薄膜或者涂布在基材上，然后对其进行激发，即可观察到色彩变化的过程。

通过这种方法，可以了解材料的亮度、色调、颜色变化速度等信息。

3.热重分析热重分析是一种用来研究材料重量随温度变化的方法。

在光致变色材料的制备过程中，热重分析可以用来了解材料的热稳定性、热降解过程等信息。

光致变色材料的研究与应用光致变色材料（photochromic materials）是一种能够在光照下发生颜色变化的特殊材料。

这种材料可以通过吸收和释放光能来改变其分子结构，从而改变其颜色。

光致变色材料的研究和应用已经引起了广泛的关注，并在多个领域展现出了巨大的潜力。

光致变色材料最早是在20世纪60年代被发现的，当时科学家们观察到某些有机分子在受到紫外线照射后会发生颜色变化。

随后，人们对这种现象产生了浓厚的兴趣，并开始研究光致变色材料的机制和性能。

光致变色材料的研究主要集中在两个方面：机理研究和性能调控。

机理研究旨在揭示光致变色材料发生颜色变化的原理和机制。

通过深入理解光致变色材料的分子结构和作用过程，科学家们可以设计出更加高效和稳定的光致变色材料。

同时，性能调控研究则致力于探索如何通过改变光致变色材料的结构和组成来调控其颜色变化的速度和强度。

这些研究对于开发出具有特定功能的光致变色材料具有重要意义。

光致变色材料的应用十分广泛。

其中最常见的应用之一是光学器件。

通过控制光致变色材料的颜色变化，可以制造出具有可调光透过率的窗户、眼镜和太阳镜等产品。

这些产品可以根据外界光照强度自动调节透光度，提供更加舒适的视觉体验。

此外，光致变色材料还可以用于光学存储器件和显示器件，为信息存储和显示技术带来了新的可能。

除了光学器件，光致变色材料还在化妆品、纺织品和油墨等领域得到了广泛应用。

在化妆品领域，光致变色材料可以用于制造具有温感效果的唇膏和指甲油，使其在不同的温度下呈现出不同的颜色。

在纺织品领域，光致变色材料可以用于制造具有温感和光感效果的服装和家纺产品，增加其时尚度和趣味性。

在油墨领域，光致变色材料可以用于制造具有防伪功能的印刷品，提高产品的安全性和可信度。

尽管光致变色材料在以上领域都有广泛的应用，但是其商业化进展还面临着一些挑战。

首先，目前市场上的光致变色材料大多存在着颜色变化速度慢、稳定性差等问题，需要进一步改进和优化。

光致变色材料制备用途以及进展（宵岛科技大学化学与分子工程学院应用化学084班李）摘要：本文针对光致变色材料这一新型材料，综述了光致变色材料的变色原理及分类，并着重对含氧、氮、硫杂螺环结构的光致变色化合物研究进展，有机光致变色高分子材料的加工方法、性能优劣及研究进展进行了论述，最后对光致变色材料的应用前景进行了总结和展望。

关键词：光致变色有机光致变色材料含氧、氮、硫杂螺环结构的光致变色化合物1光致变色原理光致变色现象e （对光反应变色）指一个化合物（A）受一定波长（1）光的照射，进行特定化学反应生成产物（B）,其吸收光谱发生明显的变化；在另一波长（2）的光照射下或热的作用下，乂恢复到原来的形式：严格意义上的光致变色化合物的主要结构形式有两种：1）光致变色材料分子作为侧链基团直接或通过间隔基与主链大分子相联；2）光致变色材料分子作为主链结构单元或共聚单元而形成聚合物但随着研究的不断深入，变色材料种类和结构形式也不断扩大，也有人认为将光致变色化合物添加到聚合物中形成聚合物的类型添加进来，但此种形式仍存在广泛争议光致变色材料发展至今，按照不同判别标准其分类方式多种多样如果按照材料光反应前后颜色不同分类，可分为正光色性类和逆光色性类两种；而按照变色机理进行分类时，则可分为T类型和P类型；P类型材料的消色过程是光化学过程，有较好的稳定性和变色选择性⑵。

但应用最广泛的分类方法则是按照材料物质的化学成分进行分类，即分为无机化合物和有机化合物两大类它主要有三个特点卓：①有色和无色业稳态问的可控可逆变化；②分子规模的变化过程；③业稳态问的变化过程与作用光强度呈线性关系。

光致变色反应中的成色和消色过程的速度和循环次数（即抗疲劳性）是其实际应用的决定性因素。

光致变色材料要想真正达到实用化，还必须满足以下条件：①A和B有足够高的稳定性；②A和B有足够长的循环寿命；③吸收带在可见光区；响应速度快，灵敏度高。

2含氧、氮、硫杂螺环结构的光致变色化合物2.1 螺毗喃化合物1952年Fisdher和Hirshberg[4]首次发现了螺毗喃的光致变色性质，1956年Hirshberg［5 ］第一次提出光成色与光漂白循环可构成化学记忆模型，并可在化学信息存贮方面获得应用.螺毗喃衍生物有好的着色能力和抗光致疲劳能力，在数据记录和储存,光控开关，显示器和非线性光学等方面有潜在的应用前景. 2.1.1光致变色原理大多数螺毗喃及其类似化合物表现出正向光致变色特性.然而，当这些化合物的结构带有羟基、埃基或氨基时，则显示出“逆”向光致变色特性.人们对其光致变色机理及结构进行了大量研究.普遍认为，此类化合物在光照下, 发生键的异裂形成偶极离子.由丁共轴程度了发生改变，因此显示不同的颜色［6］如下图（1）所示.但对开环体2的花菁结构，Kim和Schulze等［乙8］提出了比花菁更稳定的花菁盐结构.2.1.2螺毗喃化合物的制备呼噪琳螺毗喃5可由取代水杨醛与2-业甲基呵噪琳衍生物（Fischer碱）在有机溶剂中回流缩合而成，如将1,3,3-三甲基-2-业甲基呵噪3与羟基芳醛4在乙醇溶液中回流反应，5的收率为70%〜98%［9］如图（2）所示.由（2）图中3的业甲基部分容易二聚，为提高苯并嗯哇螺毗喃的收率，使用铳盐或氧令翁盐6作为业甲基单元的前体，可以很好地完成这一反应（Scheme 1）.Scheme 1利用类似的方法，合成了许多螺毗喃类化合物及其衍生物［10,11］. 2004〜2007年孟继本等合成一系列的光致变色螺环化合物 ，其典型代表物8, 9如Scheme 2 所示.0H 8 Scheme 2总之，螺毗喃化合物合成方法已基本成熟，今后应加强螺毗喃的修饰和化 合物的设计研究，通过改变合成方法减少对环境的影响，以进一步提高产品纯 度、收率和热稳定性.2.2俘精酸酊类2.2.1简介俘精酸酎是芳取代的二业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。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201811222248.7(22)申请日 2018.10.19(71)申请人 上海电力学院地址 200090 上海市杨浦区平凉路2103号(72)发明人 邹祺　陈炫颖　陈文博　(74)专利代理机构 上海科盛知识产权代理有限公司 31225代理人 林君如(51)Int.Cl.C07D 409/14(2006.01)C09K 9/02(2006.01)G01N 21/31(2006.01)G01N 21/63(2006.01)G01N 21/64(2006.01)(54)发明名称一种有机光致变色材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明涉及一种有机光致变色材料及其制备方法和应用，具体制备方法为：依次加入取代的基于二芳基乙烯的单醛类化合物，4-氨基安替比林和有机溶剂，加热回流反应后，冷却过滤，洗涤滤饼、干燥后得到有机光致变色材料，该材料本身不具备光致变色性能，在某种(类)离子的作用下，可以专一性地使材料在光照环境中产生颜色和/或荧光的变化，即材料在某种(类)离子作用下获得光致变色性能。

与现有技术相比，本发明的制备方法简捷高效，产率高，经济性好，具有规模化生产的价值，对环境友好，制备得到的有机光致变色材料具有离子调控分子开关光谱性能，可用于制备多寻址光电分子开关、分子导线元件、光致变色发光器件等。

权利要求书1页 说明书5页 附图2页CN 109293646 A 2019.02.01C N 109293646A1.一种有机光致变色材料，其特征在于，该材料的结构式如下：其中，X为卤素、氢、C 1～C 12烷基或苯基。

2.根据权利要求1所述的一种有机光致变色材料，其特征在于，X为卤素，优选为氯。

3.根据权利要求1所述的一种有机光致变色材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：依次加入取代的基于二芳基乙烯的单醛类化合物，4-氨基安替比林和有机溶剂，加热回流反应后，冷却过滤，洗涤滤饼、干燥后得到有机光致变色材料。

光致变色材料的研究及其应用近年来，随着科技的进步，光致变色材料的研究越来越受到人们的关注。

光致变色材料是一种能够在光的作用下改变颜色的材料，它具有很好的应用前景，例如在生物医学、电子设备、光学器件等领域中均有广泛的应用。

在本文中，将探讨光致变色材料的研究及其应用。

一、光致变色材料的研究现状光致变色材料是一类具有特殊结构的材料，它能够在光的照射下改变颜色。

这一特性使得光致变色材料在很多方面都具有很好的应用前景。

近年来，随着各种新型光致变色材料的研究，在化学、物理等领域中，对其性能和应用的探索也越来越深入。

目前，光致变色材料的研究主要集中在以下几个方面：1.合成新型光致变色材料化学合成新型材料是光致变色材料研究的重要方向之一。

通过改变材料的分子结构，可以获得不同种类的光致变色材料，比如氧化锆、氧化铈、氧化钛等。

2.探究光致变色材料的结构与性能光致变色材料研究的另一个方向是探究其结构与性能之间的关系。

例如，通过研究材料的晶体结构和分子结构，可以探究其光致变色机理。

3.探索光致变色材料的应用领域除了合成新型材料和研究结构与性能关系之外，探究光致变色材料在各个领域的应用也是研究的一个热点。

例如，在环保领域，光致变色材料可用于污染物检测中；在生物医学领域，光致变色材料可用于药物输送；在电子设备领域，光致变色材料可用于制造柔性显示器等。

二、光致变色材料的应用现状光致变色材料的应用范围广泛，以下是几个典型的应用：1.生物医学领域生物医学领域是光致变色材料的一个重要应用领域。

在生物医学领域中，光致变色材料可以用来制备病毒检测器、蛋白质检测器、生物传感器等。

例如，利用光致变色材料作为药物输送载体，能够使药物精确地传递到病变组织中，从而实现精准治疗。

2.电子设备领域在电子设备领域中，光致变色材料的应用非常广泛。

比如，可用于制造柔性显示器、人工晶体、光学存储器等。

其中，光学存储器是光致变色材料的一个重要应用领域。

通过在材料上写入信息，可以实现高容量、高速度、低功耗的数据存储。

光致变色材料的制备与应用研究第一章介绍光致变色材料是一种能够随着光照射而改变颜色的材料。

其制备和应用一直是材料科学研究的热点。

光致变色材料广泛应用于光学、电子、信息、显示、传感等领域。

本文将就光致变色材料的制备方法和应用进行综述。

第二章光致变色材料的基本原理光致变色材料是一种利用光化学、光物理、光电子等原理发生颜色变化的材料。

基本原理为，光致变色材料在能区内要存在两种或多种色心能级组成的，它们之间的跃迁能量差必须满足光能的条件才能发生跃迁。

材料在光照下由基态所处的色心跃迁到另一激发态所对应的色心，从而使其颜色发生变化。

第三章光致变色材料的制备方法3.1 化学合成法化学合成法是制备光致变色材料的一种常用方法。

它可以通过溶液法、气相沉积法、水热法等多种方法来合成光致变色材料。

其中，溶液法是一种简单、成本低、易操作的方法。

具体步骤为：将所需原材料溶解在溶剂中配成溶液，加热并搅拌，直至形成所需的光致变色材料晶体。

3.2 物理制备法物理制备法包括蒸发法、溅射法等方法。

这种制备方法需要先将原始材料加热至融点或沸点进行蒸发，然后将蒸发物在室温下沉积到目标基材上或形成颗粒状的目标材料。

第四章光致变色材料的应用4.1 显示领域光致变色材料可以用于显示领域。

通过在屏幕上刻蚀出小型图案或文字，配以特定的电荷控制技术可以形成所需的图形和文字。

4.2 光学诊断领域利用光致变色材料制成的标记可用于检测物质的光学性质。

光学检测方法在生物医药、环境科学、化学识别等领域有着广泛的应用。

4.3 信息储存领域光致变色材料可以用于信息储存领域。

通过不同的热刻录、磁控刻录技术，可以形成小型的数据区域，将数字、文本等信息存储到光致变色材料上。

第五章结论光致变色材料的制备和应用已经得到广泛的研究。

不同的制备方法和应用领域都涉及到材料科学、光学、电子等不同的领域。

在今后的发展中，光致变色技术将发挥更为重要的作用，推动各行各业的进步。

变色材料的设计与合成随着科技的不断进步，人们对材料的要求也越来越高。

其中，变色材料作为一种新型材料，受到了广泛的关注。

变色材料能够根据外界环境的变化而改变自身的颜色，具有很大的应用潜力。

本文将从设计和合成两个方面探讨变色材料的研究进展。

一、设计变色材料的原理变色材料的设计需要考虑两个主要因素：颜色变化的机制和所需的外界刺激。

颜色变化的机制可以分为两种类型：结构性变色和化学性变色。

结构性变色是指材料的颜色变化是由于其微观结构的改变所引起的。

例如，蝴蝶的翅膀就是一种结构性变色的例子。

蝴蝶翅膀的颜色是由于翅膀表面的微观结构对光的反射和衍射产生的。

通过模仿这种结构，科学家们设计出了一些具有结构性变色的材料。

这些材料通常由多层薄膜组成，通过改变薄膜的厚度或折射率来实现颜色的变化。

化学性变色是指材料的颜色变化是由于化学反应的发生所引起的。

这种变色机制可以通过改变材料的化学成分或分子结构来实现。

例如，一些温度敏感的材料可以根据温度的变化而改变颜色。

这是因为温度的变化会引起材料内部分子的运动，从而改变材料的吸收光谱。

另外，一些pH敏感的材料也可以根据溶液的酸碱度来改变颜色。

二、合成变色材料的方法合成变色材料的方法多种多样，根据材料的性质和应用需求选择合适的方法非常重要。

下面介绍几种常见的合成方法。

1. 化学合成法：这是最常用的合成方法之一。

通过控制反应条件和反应物的选择，可以合成出具有特定颜色变化特性的材料。

例如，合成pH敏感的变色材料可以通过选择合适的聚合物和染料来实现。

2. 溶剂热法：这是一种在高温高压条件下进行反应的方法。

通过溶剂热法可以合成出具有特殊结构和性能的材料。

例如，一些具有结构性变色特性的材料可以通过溶剂热法在特定的溶剂中合成。

3. 生物合成法：这是一种利用生物体内的生物合成途径来合成材料的方法。

例如，一些特殊的细菌或真菌可以合成出具有结构性变色特性的材料。

通过利用这些生物体的合成能力，可以合成出更加复杂和多样化的变色材料。

光敏材料的光致变色机制分析近年来，光敏材料在信息存储、光学器件、光电子技术等领域中得到广泛应用。

其中，光致变色是光敏材料的一种重要性质，其机制的分析对于进一步优化光敏材料性能具有重要意义。

一、光致变色的基本原理光致变色是指光敏材料在受到可见光或紫外光照射后，其颜色发生明显的改变现象。

其基本原理为光敏材料吸收光子能量后，电子发生跃迁，导致材料内部结构和电荷分布的变化。

二、光致变色机制的分类根据光致变色的机制，可以将其分为热致变色、电致变色、光致变色和光声变色四种类型。

1. 热致变色机制热致变色是指光敏材料在受到热能激发后发生颜色变化。

这种机制主要由热致变色剂和热敏胶体材料组成。

当热致变色剂由低温下加热到高温时，其分子结构发生变化，使得材料的颜色发生改变。

2. 电致变色机制电致变色是指光敏材料在外加电场或电流作用下发生颜色变化。

这种机制主要依赖于光敏材料内部电子的重新排布和电化学反应。

通过调节外加电场的强弱和方向，可以实现光敏材料的可逆电致变色。

3. 光致变色机制光致变色是指光敏材料在光照射下发生颜色变化。

这种机制是最常见的光致变色类型，其主要原理是光敏材料吸收特定波长的光子能量后，电子被激发至高能级，产生能级跃迁，从而导致材料颜色的改变。

4. 光声变色机制光声变色是指光敏材料在强光照射下发生声学振动而产生颜色变化。

这种机制主要通过光声效应实现，即光能被吸收，产生声波，从而引起光致变色。

三、光敏材料的光致变色应用示例光致变色的性质为光敏材料在信息存储、光学器件和光电子技术等领域中的应用提供了良好的基础。

1. 光敏材料在信息存储领域的应用光敏材料通过光致变色机制，可实现信息的存储和读取。

光敏材料的颜色变化可被作为二进制码进行编码，通过光照控制，实现信息的写入和擦除。

该应用在光存储器和光盘等领域具有广泛的应用前景。

2. 光敏材料在光学器件领域的应用光致变色机制使光敏材料在光学器件中具有广泛的应用。

例如，光致变色材料可用于光调制器、光开关和光阻材料等器件的制备，通过控制器件的光致变色特性，可以实现光信号的调制和切换。