光致变色:看得见的节能色彩的革命

光致变色:看得见的节能色彩的革命
节能减排是当前应对全球气候变化的重要手段。据统计,2021年全球能源消耗中建筑耗能占比达到了34%,而建筑耗能产生的二氧化碳排放量更是占到了37%,其中一半以上的建筑耗能用于室内空间的制冷、供暖和照明。为了提高建筑物的能源效率,近年来,一种可动态调节太阳光透过率的智能窗户备受关注。

智能窗户采用的是光致变色技术,这种技术能够根据来自不同方向的光适时调控颜色,对阳光进行自适应控制。近日,中国科学院理化所的江雷院士团队在《先进材料》上发表了光致变色聚合物薄膜研究成果。这种薄膜可提高室内日光舒适度,在阳光强烈时可避免室内光线过亮和眩光,而在阳光微弱时不会影响室内照明。

随着光致变色材料研究的逐步深入,一些智能手机开始采用新型独特的光致变色处理技术,将无机光致变色材料与其他材料相结合,在受到阳光照射时颜色会发生变化。此外,变色眼镜也依照光致变色原理改变镜片颜色,以保护眼睛免受强光照射。

光致变色材料在许多领域都有应用潜力,如防伪标签、电子元件、光化学刻制、感光室内外墙体表面装潢等。其独特的特性可以在色彩、极性、化学构成、荧光发射等方面逐渐形成两种不同的状况。最常见的无机光致变色材料一般可分为过渡金属氧化物、多金属氧酸盐、金属卤化物以及稀土配合物。

有机光致变色材料是最早被发现的,品种相当多,光色较为丰富,可塑性优良。常见的有机光致变色材料有螺吡喃类、螺恶嗪类、偶氮苯类、二芳基乙烯类、紫精类、席夫碱类等。相比之下,无机光致变色材料拥有更好的耐高温和抗疲劳性,其变色原理是在不同特殊波长的光照射下,各向异性中的电子产生电荷转移和跃迁,宏观上发生颜色转变。

一种新型的有机—无机复合光致变色材料是由有机化合物与矿物元素杂化获得,这种新材料具有有机光致变色材料良好的改性效果和无机光致变色材料的稳固性。借助配体配位获得大的分子框架的效能取决于原始组成,化学家将结合相关的官能团,例如阴极极化或光照射,能够充分渗透到单体或低聚物的内部,以获得定制的相对分子量较大的有机化合物。

这种光致变色材料在防伪识别方面有着广泛的应用前景。通过光致变色工艺制备出防伪标识,可以制成纤维、涂膜到表面。在光学图像相关信息存储方面也取得了成果,借助光致变色材料颜色差异的可逆性录入和信息储存具体资料。此类光学材料存储器具有反应速度快、存储信息密度大、运转平稳等优势,整体性能超过市场上大多数存储器。另外,民用型功能织品光致变色材料已同普通的纺织品结合在一起,人们所用的功能织物可以根据光、周围温度等要素表现出实时化颜色信号。

为了进一步推动光致变色材料的发展,需要深入探究其机理,科学地阐明其变色过程,并开发出性能更加优异、成本更加低廉、应用效果更加突出的新型光致变色材料。这将是未来光致变色材料的一个重要发展趋势。

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