光致变色玻璃课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,2.3,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。,1,2.3 光致变色玻璃概念光致变色：光照射时产生吸收而变暗，照,许多,有机物,、,无机物,有光致变色性能，但是,光色玻璃,优于,其他光色材料,。,例如，,光色玻璃,可以长时间,反复变色,而,无疲劳(老化)现象，而且,机械强度,好，,化学稳定性,好，制备简单，可获得稳定的、形状复杂的制品。,2,许多有机物、无机物有光致变色性能，但是光色玻璃优于其他光,4.4.2,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。,3,4.4.2 结构原理：由于含有光辐照所致可逆的亚稳态色心。,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，,Ce,3,、,Eu,3,色心恢复到原来的电子态，玻璃恢复到高透明状态。,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,4.4.3,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。,5,4.4.3 变色原理 光色玻璃的光色特性是许多可变量的,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。,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,7,7,CIE 1931 XYZ,系统色品图,8,CIE 1931 XYZ系统色品图 8,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。,卤化银种类：卤素原子序数增加，光吸收峰向长波区域移动。,敏化剂：氧化亚铜（,Cu,2+,Cu,1+,）,4.4.4,影响光色互变性（变暗和复明速率）的因素：,9,玻璃基础组成：4.4.4 影响光色互变性（变暗和复明速率）,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,250nm,，变暗程度越来越深）。,10,梯度变色玻璃镜片：透射光随镜片位置不同而发生衰减。10,4.4.5,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,5m),没有光色效应，热处理后,(,银颗粒在,10-20 m),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。,11,4.4.5 光致变色玻璃制作工艺,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,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,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（,10,20m,）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,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,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。,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,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。,15,光色玻璃的暗化-褪色过程光色玻璃的暗化褪色过程15,影响光致变色的因素,组成因素,热处理析出的,AgX,晶体的尺寸；,AgX,晶体中,Ag,的分布状态；,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；,敏化剂作用，当,Cu,+,浓度低时，温度对暗化影响较小；,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；,形成稳定,Ag,0,胶体颗粒，对入射光产生一定吸收和散射，对光色性无影响；,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,气氛影响，在弱还原气氛下,Cu,+,/Cu,2+,的比例增大，可得到易暗化玻璃；,热处理工艺,；,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。,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。,16,影响光致变色的因素 组成因素 工艺制度AgX晶粒在冷却时，在,无银的光色玻璃,虽然,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,。,在,无银的玻璃,加入一些,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,或用,紫外线辐照,后，玻璃就会具有光色性能。,17,无银的光色玻璃在无银的玻璃加入一些变价的金属氧化物如Ce、,因为热处理(或紫外线辐照)后，在玻璃中形成了,着色中心,。,着色中心在77,K,温度下均为稳定的，而在60时则全部是非稳定的。,着色中心,形成之后，使得玻璃在可见光波段的,光敏性,增加，产生了,附加吸收,。,例如，用,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,。,这种玻璃未经热处理时，在,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,，且吸收限,向长波方向移动,。,18,因为热处理(或紫外线辐照)后，在玻璃中形成了着色中心,可是，,卤化铜光色玻璃,即使在加工时，也会发现,吸收,与,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,的优点是具有,比较快的变暗速度,和,褪色速度,，而且,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,Ce,3+,、,Eu,2+,离子的光色玻璃的,光敏性最低,。,有人还研究了以,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-褪色循环,后，其光色性仍然完好。,19,可是，卤化铜光色玻璃即使在加工时，也会发现吸收与乳光增强,4.4.6,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,20,4.4.6 应用自动调光玻璃（太阳镜；汽车、飞机建筑物等窗玻,光致变色玻璃的应用,光色玻璃因为具有,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,”外，在其他各个领域中也不断地进行开发。,作为,图像记录,、,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,、,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；,21,光致变色玻璃的应用 光色玻璃因为具有变暗复明的光色性,光致变色玻璃的应用,若黑板上的书写用,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,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。,22,光致变色玻璃的应用若黑板上的书写用光调谐笔，所写的东西在,光致变色玻璃的应用,23,光致变色玻璃的应用23,4.5,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。,24,4.5 电致变色玻璃4.5.1 定义：24,WO,3,+xA,+,+xe,-,=AxWO,3,(0,x1),A,为正离子（,H,，,Li,），产物为金属钨青铜，颜色来自不同晶格位置上的钨电子跃迁。,25,WO3+xA+xe-=AxWO3 (0,4.5.2,特点及应用,在热致变色、光致变色以及电致变色三种激励方式对制冷和照明所需能量来看，电致变色器件节能效果最佳。,特点：响应慢，但寿命、记忆效应和循环次数上存在较大优势。,可以用于,：汽车玻璃,调节光强；,建筑窗玻璃,节能；,军用飞行器,隐身；,等等。,26,4.5.2 特点及应用 在热致变色、光致变,