“光致变色”：看得见的节能色彩

“光致变色”：看得见的节能色彩

节能减排是当前应对全球气候变化的重要手段。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内空间的制冷、供暖和照明。为提升建筑物的能源效率，近年来可动态调节太阳光透过率的智能窗户备受关注。这种智能窗户采用的原理就是光致变色，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》上发表光致变色聚合物薄膜研究成果。该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逐步深入，一些智能手机采取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。变色眼镜也不例外，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。

光致变色材料被认为是一种可在色彩、极性、化学构成、荧光发射等方面逐渐形成两种不同的状况。这种特性可应用于防伪标签、电子元件、光化学刻制、感光室内外墙体表面装潢等领域。

有机光致变色材料在光致变色发展变迁中是最早被发现的，品种相当多，光色较为丰富，可塑性优良，最常见的有螺吡喃类、螺恶嗪类、偶氮苯类、二芳基乙烯类、紫精类、席夫碱类等。

相比有机光致变色材料，无机光致变色材料拥有更好的耐高温和抗疲劳性。它的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，当制备的材料受到不同波长的光照射或逐渐形成的热量刺激时，就能恢复到原来的形态。在此过程中，一些充当重要成分或有害杂质的酸离子以期捕捉光照中释放的电子，这就是电子转移的前提。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—无机复合光致变色材料由有机化合物与矿物元素杂化获得，最终产品既有有机光致变色材料良好的改性效果，还有无机光致变色材料的稳固性。这种新材料借助配体配位获得大的分子框架，效能由原始组成决定。化学家将结合相关的官能团，例如阴极极化或光照射，能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。有机—无机复合光致变色材料不仅保留了各自的物理、化学性能，而且允许各模块之间形成协同或拮抗效能。

光致变色材料在防伪识别方面有着广泛的应用，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，来判断存储信息文件品质的要素是快速反馈、高发光对比度、三维保存数据。这类光学材料存储器具有反应速度快、存储信息密度大、运转平稳等明显优势，整体性能超过市场上大多数存储器。民用型功能织品光致变色材料同普通的纺织品结合在一起，使人们用的功能织物能够根据光、周围温度等要素表现出实时化颜色信号。

深入探究光致变色机理，科学地阐明光致变色材料的变色过程，开发性能更加优异、成本更加低廉、应用效果更加突出的新型光致变色材料，是未来光致变色材料的一大发展趋势。

（莫尊理系西北师范大学教授、博士生导师，陈强龙系西北师范大学硕士研究生）