Page 41 - 《精细化工》2020年第3期
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第 3 期                    宋晓丽，等:  热致变色材料在智能社会中的发展现状及趋势                                    ·459·


            理有以下几种。                                            反应，从不透明的固态转变为透明的熔融液态，例
            3.2.1    化学反应                                      如，二甲基氨基偶氮苯与二氧化钛混合，在 114  ℃
            3.2.1.1    热分解反应                                   时熔融可由黄色变为橙色。这类材料在熔融前后可
                 在一定压力和温度下，很多热致变色材料都能                          以产生较大的色差，并且在很小温度间隔内能瞬时
            发生分解反应，如磷酸盐、碳酸盐和氢氧化物等                      [58] ，  反映出温度变化，不受加热时间、升温速度等外界
            由此导致的不可逆变色最为常见。这种分解反应破                             因素影响。
            坏了原来的物质结构，生成新产物，从而呈现出颜                             3.3    性能及影响因素
                                                                   一方面，机理介绍可体现出各类材料变色性能
            色变化，同时，还往往伴随 H 2 O、CO 2 、SO 3 、NH 3
            等气体生成。如 NGUYEN 等           [59] 合成用于不可逆热           不同的本质原因。变色机理不同的热致变色材料其
            变色传感器的 MnNH 4 P 2 O 7 ，加热时在 330~434.4  ℃           示温范围、示温精度、变色速度、显色度及变色稳
            和 434.4~527  ℃两个连续步骤中分别发生释放出                       定性等性能也有所差异。为满足智能社会中应用的
            H 2 O 和 NH 3 的反应，最终生成 Mn 2 PO 4 O 12 ，从而使          需求，进一步加强机理研究，依据机理对材料性能
            制备出的不可逆热变色传感器在 400  ℃左右发生从                         进行调控是一个重要的研究方向。另一方面，在实
            紫罗兰色至白色/乳白色的不可逆颜色转变。                               际使用过程中，热致变色材料常辅以漆基、溶剂、
            3.2.1.2    氧化反应                                    填料及其他添加剂制成示温变色涂料，此时各组分
                 一些物质在加热时会被空气氧化生成新物质，                          比例这一内因及涂层厚度、恒温时间、升温速度、
            产生颜色变化，从而进行示温。如 CdS 在加热至                           压力等外因对其变色性能也有很大影响。例如，由
            650 ℃时会被氧化生成 CdSO 4 ，颜色也由黄色变为                      多种变色成分组成的颜料各成分比例对其性能影响
                [9]
            白色 。                                               很大；在颜料与漆基的比例上，随着漆基占比增加，
            3.2.1.3    固相反应                                    变色温度升高，显色度先上升后下降，变色及复色时
                 在特定温度范围内两种或两种以上的固相混合                          间先下降后上升，因此组分调控一直是示温涂料的
            物间会发生化学反应，生成与原物质颜色截然不同                             研究重点。除此之外，在外因上，现有研究表明                   [64-65] ，
            的产物。一个典型的例子是 PbS 与 BaO 2 的反应，                      相同条件下，恒温时间越长，变色温度越低；升温
            在 1000  ℃时二者反应生成 BaO 和 PbSO 4 ，混合物                 速度越快，变色温度越高，恒温时间及升温速度足
            的颜色由黑色变为灰白色，且变色不可逆转                     [9,45] 。   够高时，变色温度保持不变。因此，在调控涂料性
            3.2.2    物理变化                                      能时还要充分考虑使用环境中外界因素的影响。
            3.2.2.1    升华
                 一些具有升华性质的颜料与溶剂及其他填料相                          4    结论与展望
            配合，在一定压力下加热到一定温度时能够发生升                                 热致变色材料作为一种可通过颜色变化对温度
            华，只留下填料的颜色，从而达到指示温度的目的。                            进行特定感知与反馈的智能温度传感材料，具有二
            常见的可升华颜料有硝基芳基胺化合物、偶氮化合                             维表面示温、肉眼直观可见、颜色变化丰富等特性，
            物和蒽醌化合物，应用中也可以使用多种可升华颜                             在社会智能化进程中必将发挥重要作用。该文对热
            料相组合。此类材料在实际应用中需选用特定溶剂                             致变色材料新形势下的发展趋势提出了一些见解。
            与之配合，由于高沸点溶剂会起到散热作用，阻碍                             4.1    加强基础理论研究
            可升华颜料的升华，因此一般选择沸点小于 300  ℃                             机理与性能之间的关系一直是功能材料的研究
            的溶剂，常使用具有 4~30 个碳原子的挥发性支链烃                         重点，虽然由于智能社会的需要，热致变色材料由
            及卤素取代的烃作为溶剂            [60] 。                      于其优异的性能已经在各领域智能变革中发挥出重
            3.2.2.2    相转变                                     要的作用，但目前对热致变色材料的理论研究还不
                 近年文献报道了热致变色材料中出现由相转变                          够深入。为实现对变色性能的调控，需对各类热致
                                                     3+
            引起的不可逆变色         [61] 。SALEK 等 [62] 制备了 Cr 掺杂      变色材料的变色机理进行更深入的研究，建立起相
            的 Al 2 O 3 ，加热时发生 γ-Al 2 O 3 到 α-Al 2 O 3 的不可逆     关的物理模型。从而依据机理实现对其光学特性的
            转变，颜色由绿色变为粉红色。其另一工作制备的                             控制，这对实际应用意义重大。
               2+
            Mn 掺杂的 Zn 3 (PO 4 ) 2 也是同样的热致变色机理          [63] 。  4.2    提高热致变色材料性能
            这类材料的变色温度通常可通过改变掺杂元素的含                                 为满足实际应用的需求，热致变色材料在示温
            量进行调节。                                             精度、变色速度及变色稳定性等方面性能还需进一
            3.2.2.3    熔融型变色                                   步提升。对于示温精度，目前大部分热致变色材料
                 结晶有机化合物在某一固定温度下可发生熔融                          的测量精度在 10~20  ℃范围，还无法满足某些行业
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