光致變色材料原理

時間：2016-06-20作者：天津孚信科技有限公司瀏覽：41

	不同類型的光致變色材料具有不同的變色機(jī)理，尤其是無機(jī)光致變色材料的變色機(jī)理與**材料有明顯的區(qū)別。


	光致變色材料


	典型無機(jī)體系的光致變色效應(yīng)伴隨著可逆的氧化-還原反應(yīng)，如WO3為半導(dǎo)體材料，其變色機(jī)理可用1975年由Faughnan提出的雙電荷注入/抽出模型解釋，即在紫外光照射下，價帶中電子被激發(fā)到導(dǎo)帶中，產(chǎn)生電子空穴對，隨后光生電子被W(VI）捕獲，生成W(V），同時光生空穴氧化薄膜內(nèi)部或表面的還原物種，生成質(zhì)子H+，注入薄膜內(nèi)部，與被還原的氧化物結(jié)合生成藍(lán)色的鎢青銅HxWO3，該藍(lán)色是由于W(V）價帶中電子向W(VI）導(dǎo)帶躍遷的結(jié)果。另一種變色機(jī)理是Schirmer等在1980年所提出的小較化子模型，他們認(rèn)為，光譜吸收是由于不等價的2個鎢原子之間的較化子躍遷所產(chǎn)生，即注入電子被局域在W(V）位置上，并對周圍的晶格產(chǎn)生較化作用，形成小較化子。入射光子被這些較化子吸收，從一種狀態(tài)變到另一種狀態(tài)，可簡略表示如下：


	WA(V)-O-WB(VI）→WA(VI)-O-WB(V) 
由于上述變化不會引起材料晶體結(jié)構(gòu)的破壞，因此典型無機(jī)材料的光致變色效應(yīng)具有良好的可逆性和耐疲勞性能。


	**體系的光致變色也往往伴隨著許多與光化學(xué)反應(yīng)有關(guān)的過程同時發(fā)生，


	從而導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)的某種改變，其反應(yīng)方式主要包括：價鍵異構(gòu)、順反異構(gòu)、鍵斷裂、聚合作用、氧化-還原、周環(huán)反應(yīng)等。以偶氮化合物為例，其光致變色效應(yīng)基于分子中偶氮基-N=N-的順-反異構(gòu)反應(yīng)，通常偶氮化合物順-反異構(gòu)體有不同的吸收峰，雖兩者一般差值不大，但摩爾消光系數(shù)往往相差很大，另外，偶氮化合物還有明顯的光偏振效應(yīng)，即光致變色效果與光的偏振態(tài)有關(guān)。生物光致變色材料如細(xì)菌視紫紅質(zhì)等的感光效應(yīng)也屬于這一類反應(yīng)機(jī)制。


	由于無機(jī)半導(dǎo)體光致變色材料的光生電子空穴對有很強(qiáng)的氧化-還原性能，因此可以通過與**染料復(fù)合來增強(qiáng)其光致變色效應(yīng)。當(dāng)WO3與某種無色的還原態(tài)染料隱色體混合時，則在光照下染料隱色體的電子可被激發(fā)并向前者的導(dǎo)帶中注入電子，該光致氧化-還原反應(yīng)的發(fā)生可在形成藍(lán)色鎢青銅HxWO3的同時，生成摩爾消光系數(shù)很高的有色染料。這種**-無機(jī)復(fù)合光致變色器件不僅可以大大提高體系的光敏度，擴(kuò)充光致變色材料的種類和顏色范圍，而且有助于充分利用太陽光中較為豐富的可見光譜能量來激發(fā)光致變色效應(yīng)


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