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第16章 有机光致变色材料

有机光致变色材料是近年来国际上刚出现的一类新型功能材料,它不仅在高科技领域得到广泛应用,而且在民用行业也崭露头角,国外已有用于服装、塑料等的民用产品。随着人们对有机光致变色材料认识和了解的加深,其应用范围将会扩大到诸如信息产业、服装业、塑料制品业、装饰材料业、旅游用品、油漆、油墨、印染业、军事隐蔽材料业等领域,将会带来极大的经济和社会效益。这已引起了世界各国的关注和重视。

而光致变色材料在塑料、涂料、服装上的变色是这样实现的:首先把光致变色材料进行处理,溶于塑料、涂料中,或染到纤维上或印到布上,用这种塑料或布制成的各种日用品、服装或装饰物,在室内或无阳光情况下,它们呈现的只是本色,而当它们处在阳光下,就会变化成各种颜色。塑料制品会呈现出彩色图案,服装或装饰物则呈现出漂亮的彩色画面。涂成各种图案的涂料在日光下也变得艳丽多彩,给人们一个丰富多彩的生活空间。若没有阳光时,它们就会恢复到原来宁静的本色状态。

为什么这类材料的颜色能够随着光照或加热而产生如此美妙的变化呢?其实它的反应机理非常复杂。简单地说,太阳光是由赤、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等7种色光混合而成的,而光致变色有机材料在光的作用下,它的内部结构就会发生变化,吸收太阳光中的某些色光,其余的色光就被材料反射并传入人的眼睛,就可以显现出材料的颜色。

而且应用光致变色有机材料具有很多的优点,像制作的仪器设备具有驱动电压低、能耗小、反应时间短、发光亮度和发光效率高,以及便于调制颜色、实现全色显示等。此外,有机光致变色材料还具有轻便、易于加工、原料和制备成本低廉、无味无毒、不会对人体和环境造成危害等特点,这些都是传统的光致变色无机材料所无法比拟的。

有机光致变色材料就其用途而言是十分广泛的,可以用于制造假发、指甲油、口红等化妆品,领带、头巾、T 恤衫等服饰,窗帘、壁纸等装饰材料,还可广泛用于制造工艺品和玩具、油漆涂料、广告牌、道路标志牌等。

这些产品在光照或加热下都会呈现出色彩丰富、变化了多样的图案、文字、花纹。不但美化人类的生活环境,而且还提高了生活情趣。而且光致变色有机材料还可以做成透明的塑料薄膜,贴到或嵌入汽车玻璃或窗户玻璃上,阳光照射时马上变色,使阳光不刺眼,既保护视力,也保证安全,并可起到调节室内或车内温度的作用。此外,它还可以溶入或混入塑料薄膜中,来制作农业大棚农膜,增加农产品、蔬菜、水果等的产量和质量。另一个重要的应用就是用做军事上的隐蔽材料,例如应用这类光致变色材料制作的作战迷彩服、战地帐篷、军事武器、车辆装备等具有非常出色的伪装效果,从而更好地隐蔽自己,还能迷惑敌人,提高自身的战斗力。

科学家正在致力于研究开发一种能够折叠的,或能够穿在身上的显示器件,未来战场上的士兵可以摊开一张塑料纸,来显示实时战情地图,飞行员、士兵和消防队员将会戴上一种用光致变色有机材料制作的头盔,这些都将有力地提高军队的作战能力。此外有机光致变色材料被人们看作是光信息存储、光学器件等非常有用的材料,大部分科学家的兴趣都集中在它的光学性质上,国内外学者主要研究的目标是光信息存储、光学性能等方面,而只有我国从事防伪识别技术研究。

如今,我国的纺织印染业、服装业面临着国际市场的激烈竞争,如果我们利用有机光致变色材料和技术对这些传统行业的产品进行升级换代,必将进一步提升这一产业的国际竞争力,创造出更多的就业机会,还会给我们带来更大的经济效益和社会效益,促进国家的经济发展。

目前研究光致变色材料最多的国家是美国、日本、法国等,而日本在民用行业应用上开发比较早。当今,世界上只有日本和美国有少量以光致变色材料制成的民用品出售,比如印有光致变色材料图案的T 恤,光致变色材料制成的变色眼镜。但美、日等发达国家把光致变色材料用于民用行业也还处于起步阶段,并没有大规模生产上市,国内还没有看到光致变色材料生产的产品。

因此开发光致变色材料,在民用品应用上有很大的发展空间和广阔的市场。

光致变色材料的原料成本便宜,不会增加光致变色服装、布料、纤维、塑料制品、涂料、油漆、油墨等产品太多的原料成本;而且这种材料无味无毒,也不会对环境造成污染;它能带给人们丰富多彩的颜色变化,调节人们的生活环境和生活情趣。

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