马克杯为什么会变色

科普中国网 2017-05-07

　　作者：章俞之

　　你见过会变色的杯子吗？倒入热水后，杯子上会出现有趣的图案，或者是可爱的照片，是不是很神奇，你想知道这背后的化学原理吗？

　　人们常常习惯把带柄的陶瓷杯叫作马克杯。有一种陶瓷马克杯，它的外表是黑色、红色、绿色或其他的颜色，但是往杯中倒入热水时，从下往上，杯子原有的颜色会逐渐褪去，出现一个特别的图案。几分钟后，图案变得清晰。如果杯子里的水凉了，杯子上的图案又会渐渐消失，露出杯子原来的颜色。这究竟是怎么回事呢？

　　原来，这种会变色的马克杯比普通杯子多了一层用热敏材料制成的感温涂层。热敏材料又称热变色材料，它的颜色会根据温度的变化从有色变为无色，或者从无色变为有色，还可以从一种颜色变为另一种颜色。常见的热变色材料，是由电子给予体（发色剂）、电子接受体（显色剂）和溶剂组成的。显色剂接受发色剂提供的电子而产生颜色反应，溶剂则决定了材料的变色温度。发色剂有三芳甲烷苯酚类和荧烷化合物等，显色剂主要是酚羟基化合物及其衍生物，溶剂大多数为醇类（如正十六醇）。在温度升高时，原子中的电子发生转移，导致有机物的分子结构发生变化，从而实现颜色的改变。这个反应是可逆的，当恢复到原来的温度时，材料分子的结构也恢复到原来的状态，其颜色也会恢复到原来的颜色。

　　变色马克杯的制作很方便。将热变色材料磨成3～10微米的粉粒，调成水性涂料，先涂在普通的陶瓷杯上，再放进烤箱中，在大约320℃高温下烤制，除去水分和黏结剂，使热变色材料固化在陶瓷杯上。然后把要“印”在杯子上的图片或照片输入电脑，再用特殊的“打印机”打在一张热转印纸上。热转印能把图案印制在各种材质上，具体制作方法是将图案用特制转印墨水印在转印专用纸上，再贴在杯子外表面的热变色涂层上，放进烤箱中，在大约220℃的温度下进行加热转印处理。几分钟后，转印纸上的图片或照片就印在杯子上了，一个特别的变色马克杯也就制成了。当杯子加入热水后，热变色涂层变得无色透明，精美的图片就显现出来了。

　　感温材料最早是从植物中提取出来的，为获得更多种类的颜色和更高的产量，科学家人工合成了大量的感温材料。不同的感温材料对温度的敏感范围不一样，所以用不同材料做的变色杯随温度变化的颜色也不一样。