“光致變色”：看得見的節(jié)能色彩

節(jié)能減排是當(dāng)前應(yīng)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(nèi)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(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)太陽光透過率的智能窗戶備受關(guān)注。這種智能窗戶采用的原理就是光致變色，能夠根據(jù)來自不同方向的光適時(shí)調(diào)控顏色，對陽光進(jìn)行自適應(yīng)控制。

近日，中國科學(xué)院理化所的江雷院士團(tuán)隊(duì)在《先進(jìn)材料》上發(fā)表光致變色聚合物薄膜研究成果。該薄膜可提高室內(nèi)日光舒適度，在陽光強(qiáng)烈時(shí)可避免室內(nèi)光線過亮和眩光，而在陽光微弱時(shí)不會(huì)影響室內(nèi)照明。

隨著光致變色材料研究逐步深入，一些智能手機(jī)采取新型獨(dú)特的光致變色處理技術(shù)，將無機(jī)光致變色材料與其他材料相結(jié)合，在受到陽光照射時(shí)顏色會(huì)發(fā)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(hù)眼睛免受強(qiáng)光照射。

光致變色材料被認(rèn)為是一種可在色彩、極性、化學(xué)構(gòu)成、熒光發(fā)射等方面逐漸形成兩種不同的狀況。這種特性可應(yīng)用于防偽標(biāo)簽、電子元件、光化學(xué)刻制、感光室內(nèi)外墻體表面裝潢等領(lǐng)域。

有機(jī)光致變色材料在光致變色發(fā)展變遷中是最早被發(fā)現(xiàn)的，品種相當(dāng)多，光色較為豐富，可塑性優(yōu)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(jī)光致變色材料，無機(jī)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(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移和躍遷，宏觀上發(fā)生顏色轉(zhuǎn)變，當(dāng)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(shí)，就能恢復(fù)到原來的形態(tài)。在此過程中，一些充當(dāng)重要成分或有害雜質(zhì)的酸離子以期捕捉光照中釋放的電子，這就是電子轉(zhuǎn)移的前提。最常見的無機(jī)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(jī)—無機(jī)復(fù)合光致變色材料由有機(jī)化合物與礦物元素雜化獲得，最終產(chǎn)品既有有機(jī)光致變色材料良好的改性效果，還有無機(jī)光致變色材料的穩(wěn)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?；瘜W(xué)家將結(jié)合相關(guān)的官能團(tuán)，例如陰極極化或光照射，能充分滲透到單體或低聚物的內(nèi)部，以獲得定制的相對分子量較大的有機(jī)化合物。有機(jī)—無機(jī)復(fù)合光致變色材料不僅保留了各自的物理、化學(xué)性能，而且允許各模塊之間形成協(xié)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(yīng)用，通過光致變色工藝制備出防偽標(biāo)識，可以制成纖維、涂膜到表面。在光學(xué)圖像相關(guān)信息存儲(chǔ)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(chǔ)存具體資料，來判斷存儲(chǔ)信息文件品質(zhì)的要素是快速反饋、高發(fā)光對比度、三維保存數(shù)據(jù)。這類光學(xué)材料存儲(chǔ)器具有反應(yīng)速度快、存儲(chǔ)信息密度大、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等明顯優(yōu)勢，整體性能超過市場上大多數(shù)存儲(chǔ)器。民用型功能織品光致變色材料同普通的紡織品結(jié)合在一起，使人們用的功能織物能夠根據(jù)光、周圍溫度等要素表現(xiàn)出實(shí)時(shí)化顏色信號。

深入探究光致變色機(jī)理，科學(xué)地闡明光致變色材料的變色過程，開發(fā)性能更加優(yōu)異、成本更加低廉、應(yīng)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(fā)展趨勢。

（莫尊理系西北師范大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，陳強(qiáng)龍系西北師范大學(xué)碩士研究生）