PPT-光致变色

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第3章光致变色与电致变色材料

第3章光致变色与电致变色材料光致变色材料是一种具有可逆性的材料，能够在光照下改变其颜色，而在光照停止后恢复原色。

光致变色材料是一种非常有潜力的功能材料，在光学、信息储存、显示器件等领域具有广泛的应用前景。

光致变色材料主要可以分为有机光致变色材料和无机光致变色材料两类。

有机光致变色材料具有较高的反应速度和光学性能，适用于高速光学信息处理和可见光的显示器件；而无机光致变色材料具有很高的光热转换效率和较长的使用寿命，适用于红外光学信息处理和红外显示器件。

光致变色材料的光笼罩效应是其可逆变色的核心机制。

当光照入射到光致变色材料上时，光子与材料中的反应物发生相互作用，使得材料中的电子跃迁到高能级，从而导致材料的颜色发生变化。

当光照停止时，反应物重新返回低能级，材料的颜色也随之恢复。

电致变色材料是一种能够在电场刺激下改变其颜色的材料。

电致变色材料可以通过改变电场的强度、方向和频率来实现颜色的可控改变。

电致变色材料广泛应用于电光器件、光学信息储存和显示器件等领域。

电致变色材料主要包括液晶材料、聚合物材料和过渡金属氧化物等。

液晶材料具有优良的电光性能和可控性，广泛应用于液晶显示器件中；聚合物材料具有较高的透明度和色泽度，适用于光学信息存储和光学显示器件等领域；过渡金属氧化物具有丰富的电致变色机制和较大的瞬态变色效应，适用于电致变色薄膜和器件制备等领域。

电致变色材料的变色机制主要有离子注入法、氧缺陷法和电场诱导法等。

离子注入法是通过降低或提高材料的电子密度来改变材料的颜色，通常需要在材料中引入外加离子；氧缺陷法是通过改变材料中的氧含量来改变材料的颜色，通常需要在材料中控制氧含量的偏差；电场诱导法是通过改变材料中的电子自旋态来改变材料的颜色，通常需要在材料中施加外加电场。

光致变色与电致变色材料是一种具有巨大应用潜力和市场前景的功能材料。

随着科技的发展和需求的增加，光致变色与电致变色材料将进一步得到研究和发展，为人们的生活和工作提供更加方便和高效的解决方案。

《光的色散》多彩的光PPT课件3

一条彩色光带，这个现象叫光的
，用白屏来承接是因为
它能
所有色光。如果在三棱镜和白屏之间放上一块透
明的蓝色玻璃，则白屏上呈现
色。
【思路导引】解答本题的关键点： (1)知道太阳光色散后的七种色光； (2)判断物体是透明物体还是不透明物体及它反射或透过什么颜色的光。
【精讲精析】太阳光是白光，它通过三棱镜后被分解为七种颜色的光，这种现象叫光的色散；因为白色不透明物体能反射所有色光，故用白屏来承接。蓝色玻璃只能透过蓝色光，故白屏上呈现蓝色。参考答案：色散反射蓝
探究2 色光混合及物体颜色
结合自身生活经验，思考下列问题：
1.由倒立三棱镜分解的七色光，再通过另一个正立三棱镜后，
复合成了
，这种现象叫光的混合。
参考答案：白光
2.如图所示，红、绿、蓝三种色光可以混合为
光。故
可知光的“三基色”是
，它们之所以叫做三基色
是因为________________________________________________
2.如图所示为光的三基色示意图，图中
区域1和区域2应标的颜色是( )
A.蓝色、白色
B.黄色、黑色
C.绿色、白色
D.黄色、白色
【解析】选A。本题考查光的“三基色”。光的“三基色”是
红、绿、蓝；红、绿、蓝三种色光混合在一起是白光。
3.在没有其他光照的情况下，舞台追舞灯发出的红光照在穿白色上衣、蓝色裙子的演员身上，观众看到她( ) A.上衣呈红色，裙子呈黑色 B.上衣、裙子都呈红色 C.上衣呈白色，裙子呈蓝色 D.上衣、裙子都呈黑色
6.(2012·潜江中考)暗室里，在发白光的手电筒前放置一块红
色的透明胶片，对着白墙照射，白墙上会出现

第六章--有机光致变色材料

ArMgX OO
Ar OH Ar
OH
脱水
Ar O Ar
B、取代基对变色性能的影响苯并吡喃的2位苯环上以及萘环上取代基效应，发现
苯环上邻对位取代基以及萘环上5位均对萘并吡喃开环的最大吸收波长、光稳定的光密度以及褪色速率有较大响。
6.5.2 芳杂环并吡喃
目前为止，主要有氮杂环和氧杂环两类。芳杂环并吡喃的合成
6.9 光致变色材料的应用
1、光信息存储与光致变色材料光致变色化合物作为可擦重写光存储材料的研究，如
液晶材料。 2、生物分子活性的光调控
生物大分子的生理活性与特定的空间结构有着密切的关系，其空间结构的微小变化必将影响到生理活性的改变。将光致变色化合物连接到生物分子材料上，实现生物分子的结构和功能的光调控。 3、光致变色超分子
3、俘精酸酐衍生物
O
Y X
O
UV Vis
UV Vis
X，Y＝NH，O，S
O O X O
长波
O Y X O
长波
6.3.3 俘精酸酐的分子结构与光致变色性能之间的关系
杂化取代不仅可以影响俘精酸酐及其呈色体的吸收波长和光反应的量子产率，而去影响俘精酸酐及其呈色体的抗疲劳性和热稳定性。呋喃和噻吩俘精酸酐的呈色体吸收波长较短，它们的抗疲劳性能相似，但噻吩俘精酸酐的热稳定性明显优于呋喃俘精酸酐。吡咯俘精酸酐有较高的光消色量子产率，呈色体具有最长的吸收波长，让而，热稳定性和抗疲劳性能随结构不同差异较大。吲哚俘精酸酐热稳定性和抗疲劳性能优越，但光成色的量子产率很低；双杂原子俘精酸酐的热稳定性和抗疲劳性都较好，但呈色体的吸收波长较短。如何通过分子设计，合成出各项指标优异的俘精酸酐是研究之中的关键问题。
6.4 二芳基乙烯类光致变色体系

光致变色

2装饰和防护包装材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，防护日光照射，保证安全。 3自显影全息记录照相这是利用光致变色材料的光敏性制作的一种新型自显影干法照相技术[2 81。在透明胶片等支持体上涂一层很薄的光致变色物质(如螺吡喃、俘精酸酐等)，其对可见光不感光，只对紫外光感光，从而形成有色影像。这种成像方法分辨率高，不会发生操作误差，而且影像可以反正录制和消除。
一、螺毗喃类
螺毗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，在紫外光照射下，无色螺毗喃结构中的C一O键断裂开环，分子局部发生旋转且与叫噪形成一个共平面的花青结构而显色，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。C一O键的断裂时间处于皮秒级，变色速度极快。但是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r螺毗喃在光分子开关方面的应用。
第三部分：分类
(4)光和热都可逆体系，光致变色产物既可以通过受热也可以通过光激发恢复到初始状态： (5)逆光致变色体系，始态在长波区吸收，而终态在短波区吸收。根据材料性能不同，光致变色材料可分为： (1)单纯光致变色材料 (2)双功能、多功能光致变色材料
第三部分：分类
1，有机光致变色化合物有机光致变色材料种类繁多，反应机理也不尽相同，主要包括：①键的异裂，如螺毗喃、螺唔嗓等；② 键的均裂，如六苯基双咪哇等；③电子转移互变异构，如水杨醛缩苯胺类化合物等；④顺反异构，如周蔡靛兰类染料、偶氮化合物等；⑤氧化还原反应，如稠环芳香化合物、哗嗓类等；⑥周环化反应，如俘精酸配类、二芳基乙烯类等。下面介绍几种主要的有机类光致变色化合物

《光的色散》光现象PPT优秀课件

三、看不见的光
1．太阳光谱
可见光
把太阳光分解成不同的色光，按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序排列起来就是光谱。
光谱上红光以外看不见的光叫做红外线，紫光以外看不见的光叫做紫外线。
2 .红外线
光谱上红光以外看不见的光叫做红外线，人眼虽看不到，但可以用灵敏温度计来检验它们的存在，属于不可见光。 (1)红外线的特点：
一、光的色散
太阳光通过三棱镜后，被分解成各种颜色的光，这种现象叫做光的色散。
一、光的色散
白光是由各种色光混合而成的。白光并不单色光，而是复色光。白光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光混合而成的。
外侧是红色内侧是紫色
二、色光的混合
色光的三原色:红、绿、蓝
等比例混合为白光电视画面的颜色是由红、绿、蓝三种色条合成的。
紫外线使钞票上的荧光物质发光，用于检验钞票的真伪。
3．紫外线
（1）紫外线的特点及应用
②紫外线消毒灭外线可使皮肤灼伤，甚至致癌影响动植物、人类的生存。
四、物体的颜色
不透明物体的颜色，由它反射的色光决定。透明物体的颜色，由透过它的色光决定。
因此，我们能看到红花绿叶的颜色。
①红外线具有热效应，能使被照射的物体发热；
②太阳的热主要就是通过红外线辐射的形式传送到地球的；
③物体能吸收红外线，也能向外辐射红外线。
(2)红外线的应用：
①红外线加热 ②红外线遥控 ③ 红外线成像
红外摄像头
3．紫外线
（1）紫外线的特点及应用 ① 紫外线最显著的特点就是它能使荧光物质发光。验钞机
第四章光现象
光的色散
-.
科普小知识：
17世纪以前,人们一直认为白色是最单纯的颜色。直到1666年,英国物理学家牛顿用玻璃三棱镜使太阳光发生了色散。

光致变色高分子材料

主要的光致变色高分子
1 甲亚胺类光致变色高分子甲亚胺类体系光致变色的原理如下,

甲亚胺基邻位羟基氢( I) 的分子内迁移形成反式酮 (Ⅲ) , 反式酮(Ⅲ) 热异构化为顺式酮(Ⅱ ) , 顺式酮 (Ⅱ) 通过氢的热迁移又能返回顺式醇(I )。小分子量的聚甲亚胺光致色变不明显, 这是由于反式酮与顺式烯醇的共轭体系均不大,两者的吸收光谱之间差别不大。而当分散在聚苯乙烯, 聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯介质中时, 其热褪色速率比相应溶液中大为降低, 这是由于聚合物介质限制了褪色反应, 有不同自由体积的结果。通过合成叉替苯胺的不饱和衍生物再与苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯 (MMA )等单体共聚就可制得光致变色共聚物, 从而使主链含有(Ⅳ) 或(Ⅴ) 结构。这类光致变色高分子的基态最大吸收波长在480nm 左右, 激发态波长(最大吸收波长, 以下同) 在580nm 左右, 50% 褪色时间为几十至几千秒。
3 硫堇、噻嗪类光致变色高分子噻嗪类体系光致变色的原理是噻嗪分子的氧化还原反应所致

亚甲基蓝等硫堇染料(MB+ ) 在二价铁离子等还原剂的作用下, 光致变色为无色或白色的白硫堇染料MBH。消色反应过程实际上先变为半醌式的中间体MB· ; 而MB· 快速歧化为无色的MBH 和有色的硫堇染料MB+ 。发色反应则是MBH 在Fe3+的氧化下变为半醌式中间体MB· , 最后被氧化为深色的硫堇染料MB+
7 二芳杂环基乙烯类光致变色高分子芳杂环基取代的二芳基乙烯类光致变色化合物普遍表现出良好的热稳定性和耐疲劳性,芳杂环基取代的二芳基乙烯具有一个共轭的六电子的己三烯母体结构, 和俘精酸酐类似, 它的光致变色也是由于基于分子内的环化反应

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O OH N CH
hυ1 hυ2
NH CH
席夫碱类
O COO H O
hυ 1 hυ 2
HO
O
OH
HO
O
O
占吨类
开环2.4 开环-闭环反应引起变色
这类物质的分子在光照下会发生分子内开环这类物质的分子在光照下会发生分子内开环-闭环反应，它们通常具有良好的热稳定性。它们通常具有良好的热稳定性。良好的热稳定性
X
Me
X
O2
Me
(415nm)
O O O
O Me O
(313nm)
Me O 芳香稠环化合物类
光氧化2.6 光氧化-还原反应
三芳二吡嗪醌经光化学还原反应时，三芳二吡嗪醌经光化学还原反应时，其中的羰基会转变成羟基，在此过程中伴随着颜色的变化，转变成羟基，在此过程中伴随着颜色的变化，由原先的黄色转变成绿色。的黄色转变成绿色。
2、光致变色物质的分类
无机材料
共轭链变化：螺吡喃、螺螺噁嗪类、联吡啶类、氮共轭链变化丙啶类、噁嗪类顺反结构变化：硫靛类、偶氮类顺反结构变化分子内质子转移：席夫碱、占吨类分子内质子转移开环-闭环反应开环-闭环反应：俘精酸酐类、二杂芳乙烯类、
有机材料
二甲基芘类化合物等加氧-脱氧反应加氧-脱氧反应：芳香稠环类光氧化-还原反应光氧化-还原反应：三芳二吡嗪醌均裂反应：四氢萘酮均裂反应
O N N O 黄色 N N
hυ/H +
H N N
+
OH
H N
+
O2
N OH 绿色 H
H
2.7 由均裂反应引起变色
四氯萘酮分子受光照发生键的均裂，四氯萘酮分子受光照发生键的均裂，产生了一个橙色的三氯萘氧自由基和一个氯自由基，反应可逆。氯萘氧自由基和一个氯自由基，反应可逆。
O Cl
hυ
O Cl + Cl Cl Cl
Me R X Me O
hυ 1
Me R
hυ 2,△
O O Me O
Me
O Me O
Me X Me
NC H 3C S
CN
俘精酸酐类
NC H 3C S
CN
CH3 S
二杂环乙烯类
CH3 S
Me Me
hυ 1 h υ 2, △
Me Me
二甲基芘类
加氧2.5 加氧-脱氧反应引起变色
一般为芳香稠环类化合物，它们在氧的作用下，一般为芳香稠环类化合物，它们在氧的作用下，经一定芳香稠环类化合物波长光的照射，稠环内会形成过氧桥构造，波长光的照射，稠环内会形成过氧桥构造，经另一波长光的照射又会失去过氧桥构造，回复原状。的照射又会失去过氧桥构造，回复原状。在此过程中伴随着颜色的改变。这类化合物大多具有荧光和光致变色的双着颜色的改变。这类化合物大多具有荧光和光致变色的双重特性。重特性。
光致变色
沈永嘉华东理工大学精细化工研究所
目录
光致变色基本概念 1、光致变色基本概念光致变色物质分类 2、光致变色物质分类 3、光致变色物质合成光致变色物质合成光致变色物质应用 4、光致变色物质应用
1、基本概念
光致变色现象是指一个化合物（A）在受到一定波长的光照光致变色现象射时，可进行特定的化学反应，获得产物（B），在另一波长的光照射或热的作用下，又恢复到原来的形式，具有这种性质的材料称为光致变色材料。
NaH
H3C O
CH3 CH3 CH3 O
OC2H5 OH
羟醛缩合
C17H35 O H3C O CH3 CH3 O CH3 OC2H5 OH
1) KOH 2) CH3COCl
C17H35 O H3C O CH3 CH3 O CH3 O
水解、水解、脱水闭环
3.3 二杂环乙烯类化合物的合成
NC CN O S O O N O
Cl
Cl
Cl
3 光致变色物质的合成
能产生光致变色的物质很多，能产生光致变色的物质很多，考虑到实用性和合成的难主要介绍螺吡喃俘精酸酐、螺吡喃、易。主要介绍螺吡喃、俘精酸酐、二杂芳乙烯类光致变色物质的合成。物质的合成。
3.1 螺吡喃类物质的合成
N-丁基-6-硝基螺吡喃的合成丁基OHC HO NO2 C4H9I N N+
O
O
S
S
N H
N H
N
N
C2 H5 C2 H5
上类化合物的热稳定性好，研究较多，有色态和无色态分子在80℃时经上类化合物的热稳定性好，研究较多，有色态和无色态分子在80℃时经热稳定性好 80℃ 个月也未发现结构有变化，无色-有色变换次数超过10 过3个月也未发现结构有变化，无色-有色变换次数超过104次。
螺喃吡类
R N
hυ1 △
R N
氮丙啶类
2.2 顺反式结构的变化
这类物质的分子吸收了光的能量后可使分子构造由顺式向反式或由反式向顺式变化，式向反式或由反式向顺式变化，同时使物质的颜色发生变色差往往不大但可区别。化，色差往往不大但可区别。
O S
hυ1
S
hυ2
S
S O
O O 硫靛类
N N N N
光致变色物质可以用来制得光致变色油墨；将光致变色物质加入透明树脂中，制成光变色材料，可以用于太阳眼镜片、服装、玩具等等。
变色手机链
光致变色飞盘
时尚变色镜片
室内效果室外效果
变色眼镜
光致变色衣服
2.1 共轭链变化
分子经光激发，其化学结构因电荷转移发生变化，分子经光激发，其化学结构因电荷转移发生变化，导因电荷转移发生变化致化合物由无色变为有色，或由有色变为无色，致化合物由无色变为有色，或由有色变为无色，颜色的变化较明显。化较明显。 NO
R2 H
2
H X X hυ 1 N O R1 R3 NO2 hυ,△ 2 N+ R1 R2 OR3
hυ1 hυ2
偶氮类
2.3 分子内质子转移产生颜色变化
这类物质的分子在光照下会发生分子内质子的转移，这类物质的分子在光照下会发生分子内质子的转移，分子内质子的转移由此使得分子的颜色由无色或浅黄色变为橙红色，如席夫由此使得分子的颜色由无色或浅黄色变为橙红色，碱类、占吨类化合物。碱类、占吨类化合物。
合成步骤如下：合成步骤如下：
toluene/THF, 500C,1h N H + C2H5MgBr N MgBr
Br Br
O N O
toluene, reflux, 2h
O
N
O
O C2H5I, K2CO3 acetone, reflux, 36h N
NON H源自N HNC2H5 C2H5
4、光致变色物质的应用
O
O C17H35 + H3C O CH3 H3C CH3 O
C17H35
傅-克酰化反应
H3C O CH3
O
H3C
O
O
CH3
(CH3)2CO NaH
OH H3C CH3 O
O OC2H5 OC2H5
C2H5OH
OC2H5 OC2H5 CH3 O
C17H35O
OC2H5 H2SO4 H3C
羟醛缩合、羟醛缩合、酯化
IC4H9
N
O
NO2
C4H9
2,3,3-三甲基吲哚与碘代正丁烷经烷基化反应生成N-丁基-2,3,3-三甲基吲哚碘盐，后者与2-羟基-5-硝基甲醛在三乙胺存在下于无水乙醇中回流反应生成 N-丁基-6-硝基螺吡喃。
3.2 俘精酸酐类物质的合成
O
CH3(CH3)16COCl SnCl4
O OC2H5 OC2H5
光致变色示意图
光致变色物质实际应用的条件
1）变化前后的两个最大吸收波长（或反射光的波长）至少有一个在可见光区可见光区；可见光区足够的稳定性； 2）变化前后的物理状态有足够的稳定性足够的稳定性 3）两种状态之间的变化要有较高的抗疲劳性较高的抗疲劳性，即较高的抗疲劳性有足够长的循环寿命； 4）两种状态之间的变换其响应速度要足够快，灵敏响应速度要足够快，响应速度要足够快度要足够高；度要足够高； 5）制造成本要足够低成本要足够低。成本要足够低