“光致變色”：看得見的節能色彩 _生活百科

節能減排是當前應對全球氣候變化的重要手段。2021年，全球能源消耗中建筑耗能占34%，而建筑耗能又占二氧化碳排放量的37% ，一半以上的建筑耗能用于室內空間的制冷、供暖和照明。為提升建筑物的能源效率，近年來可動態調節太陽光透過率的智能窗戶備受關注。這種智能窗戶采用的原理就是光致變色，能夠根據來自不同方向的光適時調控顏色，對陽光進行自適應控制。
近日，中國科學院理化所的江雷院士團隊在《先進材料》上發表光致變色聚合物薄膜研究成果。該薄膜可提高室內日光舒適度，在陽光強烈時可避免室內光線過亮和眩光，而在陽光微弱時不會影響室內照明。
隨著光致變色材料研究逐步深入，一些智能手機采取新型獨特的光致變色處理技術，將無機光致變色材料與其他材料相結合，在受到陽光照射時顏色會發生變化。變色眼鏡也不例外，依照光致變色原理改變鏡片顏色，以保護眼睛免受強光照射。
光致變色材料被認為是一種可在色彩、極性、化學構成、熒光發射等方面逐漸形成兩種不同的狀況。這種特性可應用于防偽標簽、電子元件、光化學刻制、感光室內外墻體表面裝潢等領域。
有機光致變色材料在光致變色發展變遷中是最早被發現的，品種相當多，光色較為豐富，可塑性優良，最常見的有螺吡喃類、螺惡嗪類、偶氮苯類、二芳基乙烯類、紫精類、席夫堿類等。
相比有機光致變色材料，無機光致變色材料擁有更好的耐高溫和抗疲勞性。它的變色原理是在不同特殊波長的光照射下，各向異性中的電子產生電荷轉移和躍遷，宏觀上發生顏色轉變，當制備的材料受到不同波長的光照射或逐漸形成的熱量刺激時，就能恢復到原來的形態。在此過程中，一些充當重要成分或有害雜質的酸離子以期捕捉光照中釋放的電子，這就是電子轉移的前提。最常見的無機光致變色材料，一般可分為過渡金屬氧化物、多金屬氧酸鹽、金屬鹵化物以及稀土配合物。
有機—無機復合光致變色材料由有機化合物與礦物元素雜化獲得，最終產品既有有機光致變色材料良好的改性效果，還有無機光致變色材料的穩固性。這種新材料借助配體配位獲得大的分子框架，效能由原始組成決定。化學家將結合相關的官能團，例如陰極極化或光照射，能充分滲透到單體或低聚物的內部，以獲得定制的相對分子量較大的有機化合物。有機—無機復合光致變色材料不僅保留了各自的物理、化學性能，而且允許各模塊之間形成協同或拮抗效能。
光致變色材料在防偽識別方面有著廣泛的應用，通過光致變色工藝制備出防偽標識，可以制成纖維、涂膜到表面。在光學圖像相關信息存儲方面也取得了成果，借助光致變色材料顏色差異的可逆性錄入和信息儲存具體資料，來判斷存儲信息文件品質的要素是快速反饋、高發光對比度、三維保存數據。這類光學材料存儲器具有反應速度快、存儲信息密度大、運轉平穩等明顯優勢，整體性能超過市場上大多數存儲器。民用型功能織品光致變色材料同普通的紡織品結合在一起，使人們用的功能織物能夠根據光、周圍溫度等要素表現出實時化顏色信號。
【“光致變色”：看得見的節能色彩】深入探究光致變色機理，科學地闡明光致變色材料的變色過程，開發性能更加優異、成本更加低廉、應用效果更加突出的新型光致變色材料，是未來光致變色材料的一大發展趨勢。
（莫尊理系西北師范大學教授、博士生導師，陳強龍系西北師范大學碩士研究生）

“光致變色”：看得見的節能色彩

猜你喜歡