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第3章光致变色与电致变色材料剖析
电致变色器件的应用 1.电致变色玻璃 电致变色智能玻璃在电场作用下具有光吸收透过的可调节性,可选择性地吸收或反射外界的热辐射和内部的热的扩散,减少办公大楼和民用住宅在夏季保持凉爽和冬季保持温暖而必须消耗的大量能源。同时起到改善自然光照程度、防窥的目的。解决现代不断恶化的城市光污染问题。是节能建筑材料的一个发展方向。 用电致变色玻璃制备的自动防炫目后视镜,可以通过电子感应系统,根据外来光的强度调节反射光的强度,达到防眩目的作用,使驾驶更加安全。 2.电致变色显示器 用电致变色材料做成的电致变色显示器件不仅不需要背光灯,启动电压低,功耗小,达到节能的目的。电致变色显示器与其它显示器相比具有无视盲角、对比度高、制造成本低、工作温度范围宽、驱动电压低、色彩丰富等优点,在仪表显示、户外广告、静态显示等领域具有很大的应用前景。 谢谢! * * 但是席夫碱分子中醌式结构的稳定性较差,可以通过提高亚氨基上氮原子的碱性和邻羟基上氢原子的酸性来改善。下图中相比化合物a 来说,由于化合物b中亚甲基位于氮原子和苯环之间,使得氮原子上的电子密度增强,碱性增强,促使化合物 b 醌式体形成。同理,化合物 c的硝基增强了酚羟基的酸性,更有效地促使了化合物c的醌式体形成。 稳定性-化合物a化合物b化合物c 2.3 二芳基乙烯类衍生物 (1)结构特征 二芳基乙烯类衍生物是在乙烯基的1, 2-位上连有芳香环(Ar)的一类化合物,具有一个共轭6 ∏ 电子的己三烯母体结构。如图3-7所示,其中芳基(Ar)可为苯环、五元杂环或稠杂环等,取代基R可为氢原子、烷基、脂环烃、芳香烃及卤原子等。尤其是,当芳香环(Ar)为呋喃、噻吩或噻唑等杂环时,二芳基乙烯衍生物将具有明显的光致变色性质。 (2)光致变色反应 二芳基乙烯分子的双稳态结构是开环态和闭环态两种异构体,其中开环态异构体外观上为白色固态,称为无色体;在紫外线照射下,开环异构体发生顺旋生成闭环体,闭环异构体一般呈现很深的颜色,称为呈色体。二芳基乙烯分子根据取代基及其取代位置的不同,闭环态的吸收波长也有所不同,可呈现不同的颜色,如黄色、红色、蓝色、绿色等。 由上可以看出在开环态中,由于两个噻吩环不共平面, ∏ 电子定域在各自的噻吩杂环中,使得开环态的二噻吩乙烯分子的最大吸收波长在300 nm处。当开环体在紫外线辐照下发生光异构化生成闭环态,两个噻吩环位于同一个平面上,?共轭程度增加,使得最大吸收波长红移至可见光区域600 nm处,呈色体为鲜艳的蓝色。 2.4 螺吡喃类化合物 螺环化合物是指两个碳(杂)环共用一个碳原子(又称螺原子),当有一个杂环为 吡喃环,即为螺吡喃。螺吡喃(spiropyran)是研究得较早的一类有机光致变色化合物, 其变色过程是通过分子内周环反应,实现由闭环异构体向开环异构体的转变,如图所示。 螺吡喃化合物闭环异构体是热力学稳定结构,开环态呈色体稳定性不好,因此,螺吡喃作为光致变色材料的抗疲劳性较差,易被氧化降解。 在螺吡喃化合物的闭环态中,螺原子两边的杂环之间没有共轭关系,最大吸收波长 在紫外线区域,为无色体。当闭环态在紫外线辐照下发生光异构化生成开环态,分子生 成两个共轭双键并与两端的苯环共轭相连,因为开环异构体(半花菁结构)的共轭效应 得到加强,促使最大吸收波长红移至可见光区域,而呈现鲜艳的颜色。 螺吡喃化合物的变色机制 螺噁嗪(spirooxazine)化合物的光致变色是在螺吡喃基础上发展起来的,其变色过程与螺吡喃相似 3. 光致变色材料的应用 1.光开关器件: 有机光致变色材料可以在一定波长光的照射下,由一种稳态结构A变为另一种稳态结构B,而在另一种波长或加热下又可以有B可逆的变化A。如果将这两种稳态结构分别对应着“开”与“关”两种状态,从而实现光开关。 如:二噻吩乙烯衍生物,以开环异构体为“关”的状态,闭环异构体为“开”的状态,通过光子调控(300nm光波和白光),可以可逆实现开环和关环异构体间转换。 信息存储包括将信息在介质上“写入”和“读出”这两个功能。同样让双稳态结构分别对应一种功能,可以实现信息的写入与读出。 流程:1.写入过程. A→B, hv1 写入光 2.读出过程. B* →B hv3 读出光 3.擦除过程. B→ A hv2 擦除光 例如:螺吡喃化合物,其写入光为300nm,读出光为600nm. 2.光信息存储 光盘信息存储技术发展状况和前景 密度(容量):CD: 650 MB (780nm) DVD: 4.7-17 GB (650nm) Blue-ray Disc: 27 GB (405nm) 速度: 25 M
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