光致变色玻璃.ppt

12.3 光致变色玻璃概念光致变色：光照射时产生吸收而变暗，照射停止后褪色复明的现象光致变色材料：出现可逆的或不可逆的显色、消色现象的物质光致变色玻璃（光色玻璃）：受蓝紫、紫外等短波长光或日光照射后，玻璃能够在可见光区产生光吸收而自动着色，着色深度会随光照的强弱而改变；光照一旦停止又可逆地自动恢复到初始的透明状态2许多有机物有机物、无机物无机物有光致变色性能，但是光色玻光色玻璃璃优于其他光色材料其他光色材料例如，光色玻璃光色玻璃可以长时间反复变色反复变色而而无疲劳(老化)现象，而且机械强度机械强度好，化学稳定性化学稳定性好，制备简单，可获得稳定的、形状复杂的制品34.4.2 结构原理：由于含有光辐照所致可逆的亚稳态色心一定波长激活辐射，玻璃生成色心即产生着色，激活辐射去除，色心破坏即褪色，激活-破坏(变暗-复明)往复循环而不疲劳4光色玻璃的分类光色玻璃变色的特性是由其含有的亚稳态色心而产生的在一定波 长的激活辐射作用下，玻璃生成色心即产生着色；当激活辐射去除 后，色心破坏又使玻璃褪色，主要包括同相（均相）型光色玻璃和 异相型光色玻璃异相型光色玻璃：色心是与基质玻璃不同的光敏晶相物质，其中最 适宜的光敏材料是卤化银、卤化铜、卤化镉晶体，其中卤化银光色 玻璃的光致变色效果最好。

同相（均相）型光色玻璃：色心与基质玻璃是同相的主要是掺加 可变价的Ce、Eu等元素，这些元素在紫外光照射下产生4f～5d的 电子跃迁，形成能吸收蓝紫色光波的亚稳态色心，在强光照射下， 玻璃由浅黄色变深黄褐色，在弱光照射时，Ce3＋、Eu3＋色心恢复 到原来的电子态，玻璃恢复到高透明状态54.4.3 变色原理光色玻璃的光色特性是许多可变量的函数，这些可变量包括玻璃的基础组分、光敏相的种类和聚焦状态、分相热处理条件以及其他许多因素光色玻璃是受到照相化学原理的启示研制的在照相中，入射光子将胶卷上的银离子分解成为银原子和卤素，通过显影的化学反应，把卤素从原来的位置扩散出去，这一过程是不可逆的6无光照时，卤化银光色玻璃中的亚微观晶相对光的散射极小，玻璃呈现高度透明状态在光照下，卤化银产生光化学反应而析出游离态银原子和卤素原子，生成的银原子聚集在一起，生成胶体银(Ag)n，在可见光区引起透过率减少（暗化或着色），反应可表示为：照射停止后，银原子与其附近的卤素原子发生可逆化合反应，又形成透明的亚微观晶相卤化银，玻璃恢复透明状态，这种光致变色的过程是可逆的78CIE 1931 XYZ系统色品图 9l 玻璃基础组成：碱金属离子半径增加，吸收带峰值向长波区域漂移。

l 卤化银种类：卤素原子序数增加，光吸收峰向长波区域移动l 敏化剂：氧化亚铜（Cu2+,Cu1+）4.4.4 影响光色互变性（变暗和复明速率）的因素：10梯度变色玻璃镜片：透射光随镜片位置不同而发生衰减方法：将“未成核”玻璃放入温度梯度场，产生有效的卤化银晶粒分布从下到上晶粒逐渐增大—2~50nm，变暗程度越来越深）114.4.5 光致变色玻璃制作工艺基础玻璃(变色组成、敏化剂)设计→配合料→一定气氛高温熔炼→毛坯成形→退火→显色处理(银粒长大) →按产品要求进行精加工控制：末处理的光色玻璃(其中银颗粒＜5μm)没有光色效应，热处理后(银颗粒在10-20 μm)才有光色效应 热处理温度在转变点与软化点间(Tg--Tf)，高于退火温度20-100℃需几分钟，较低温度处理需1-1.5小时，然后惯性降温，过高温度会变形或乳浊12光色玻璃的制备基础玻璃：硼酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃和铝磷酸盐玻璃配合料 敏化剂变色剂混合料气氛 高温玻璃液成型均化样品退火光色玻璃热处理 变色性能光致变色玻璃的制备工艺13热处理是主要工序，未经热处理的玻璃，其变色组成颗粒较小，不具有光色效应；经热处理后，就会析出细小的AgX粒子，颗粒长大到一定尺寸范围（10～20μm）时才有光色效应。

热处理的温度和时间主要由玻璃的温度和粘度关系决定，热处理的温度一般选择在转变点和软化点之间，即高于退火温度20～100℃，时间一般高温时几分钟，低温时几个小时光色玻璃的制备14除了使用熔融法制造光色破璃外，还可用离子交换法将含有卤素的Na2O--Al2O3--B2O3--SiO2玻璃浸入AgNO3熔盐，使Na+与Ag+交换，Ag+进入玻璃表面层，再经热处理使银与卤素聚集成AgX微晶体 15光色玻璃的暗化-褪色过程光色玻璃的暗化褪色过程暗化在光照后微秒间就开始，随着照射光亮的增加而变深褪色反应与扩散有关，温度越高褪色越快16影响光致变色的因素组成因素 1.热处理析出的AgX晶体的尺寸； 2.AgX晶体中Ag的分布状态；3.基质玻璃中碱种类及含量种类越多，暗化和褪色速度越大；碱比例越大，暗化程度增加，褪色时间延长； 4.敏化剂作用，当Cu+浓度低时，温度对暗化影响较小；① 在Agx晶体中以Ag+的形式存在，对玻 璃的吸收和散射作用可以忽略； ② 形成稳定Ag0胶体颗粒，对入射光产生 一定吸收和散射，对光色性无影响； ③ 介于上述两者之间，呈亚稳态存在， 是使玻璃产生光色可逆变化的直接载 体，即色心；工艺制度 1.气氛影响，在弱还原气氛下Cu+/ Cu2+的比例增大，可得到易暗化玻璃； 2.热处理工艺；① AgX晶粒在冷却时，在其凝固态温度附近（320～400℃）冷却速度越大，玻璃越易暗化。

② 在低温下对AgX晶体进行再加热，随晶体中固熔体成分的变化，暗化特性也会发生变化17无银的光色玻璃无银的光色玻璃虽然卤化银光色玻璃卤化银光色玻璃有许多优点，但在许多应用场合由于用量大，如高级建筑物的玻璃窗、汽车的挡风玻璃等，需要耗费大量的银，从而经济上不能承受，因此必须大力开发无银的光色玻璃无银的光色玻璃在无银的玻璃无银的玻璃加入一些变价的金属氧化物变价的金属氧化物如Ce、Eu、Mn、W、Mo等的氧化物，制成的玻璃经过热处理过热处理或用紫外线辐照紫外线辐照后，玻璃就会具有光色性能 18因为热处理(或紫外线辐照)后，在玻璃中形成了着色中着色中心心着色中心在77K温度下均为稳定的，而在＞60℃时则全部是非稳定的着色中心着色中心形成之后，使得玻璃在可见光波段的光敏性光敏性增加，产生了附加吸收附加吸收例如，用一价铜离子一价铜离子作为添加剂加入玻璃配合料中，得到卤化铜光色玻璃卤化铜光色玻璃这种玻璃未经热处理时，在紫外、可见光波段均为透明的紫外、可见光波段均为透明的；热处理后，透明度显著下降，并出现乳光乳光，且吸收限向长向长波方向移动波方向移动19可是，卤化铜光色玻璃卤化铜光色玻璃即使在加工时，也会发现吸收吸收与乳光增强乳光增强现象，这对实际应用是不利的。

但是，卤化铜光色玻璃卤化铜光色玻璃的优点是具有比较快的变暗速比较快的变暗速度度和褪色速度褪色速度，而且变暗幅度也大变暗幅度也大在无银的、添加变价金属氧化物制成的各种光色玻璃中，以添加CeCe3+3+、EuEu2+2+离子的光色玻璃的光敏性最低光敏性最低有人还研究了以镉硼硅酸盐镉硼硅酸盐为基的光色玻璃，这种玻璃的光化学特性非常稳定，在1250次变暗变暗-- --褪色循环褪色循环后，其光色性仍然完好204.4.6 应用• 自动调光玻璃（太阳镜；汽车、飞机建筑物等窗玻璃）• 激光器窗口玻璃• 航天器窗口玻璃• 图像记录、全息记录、光信息存储等• 黑板-光调谐笔• 紫外线计量计• …… 21光致变色玻璃的应用光色玻璃因为具有变暗复明变暗复明的光色性，在科学技术和人民生活中有着广泛的用途光色玻璃除已广泛用作制造“太阳眼镜太阳眼镜”外，在其他各个领域中也不断地进行开发作为图像记录图像记录、全息照相材料全息照相材料的应用，光色玻璃是合适的材料；作为情报贮存情报贮存、光记忆光记忆在显示装置的元件中的应用，光色玻璃的光色性是十分有价值的；22光致变色玻璃的应用若黑板上的书写用光调谐笔光调谐笔，所写的东西在一定时间后自然能消失，则可以不用粉笔，不擦黑板；当光色互变性足够快光色互变性足够快时，可用于光阀、相机镜头、紫外线剂量计等； 在热带地区，光色玻璃作为汽车保护玻璃及建筑物的自动调光窗玻璃；光色玻璃制成光学纤维面板也可以用于计算技术和显示技术。

23光致变色玻璃的应用244.5 电致变色玻璃4.5.1 定义：电致变色玻璃(Smart Glass)，在电场作用下引起颜色变化的玻璃，这种变化是可逆的、连续可调的颜色的连续变化意味着透过率、吸收率、反射率三者可调，最具实用性的是电化学变色玻璃，即玻璃在电化学反应条件下对可见光吸收有重大的改变，其机理至今尚末解释清楚25WO3 + xA+ + xe- = AxWO3 (0