[科普中国]-光致变色玻璃

在通常条件下，玻璃是透明的。光致变色玻璃在紫外线或者可见光的照射下，可产生可见光区域的光吸收，使玻璃透光度降低或者产生颜色变化，并且在光照停止后又能自动恢复到原来的透明状态。一般是在普通的玻璃成分中引入光敏剂生产光致变色玻璃。常用的普通玻璃有铝硼硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃等，常用的光敏剂包括卤化银、卤化铜等。通常光敏剂以微晶状态均匀地分散在玻璃中，在日光照射下分解，降低玻璃的透光度。当玻璃在暗处时，光敏剂再度化合，恢复透明度。玻璃的着色和退色是可逆和永久的。

光致变色玻璃的装饰特性是玻璃的颜色和透光度随日照强度自动变化。日照强度高，玻璃的颜色深，透光度低；反之，日照强度低，玻璃的颜色浅，透光度高。用光致变色玻璃装饰建筑，既能使得室内光线柔和，色彩多变，又能使得建筑色彩斑斓，变幻莫测，与建筑的日照环境协调一致。一般用于建筑物门窗、幕墙等。

类型光照射时产生吸收而变暗，照射停止后褪色复明的现象称为光致变色。具有这些性质的物质有无机物、有机物，光致变色玻璃是其中的一种。

光致变色玻璃大致有两种类型。一种是在玻璃中产生着色中心，另一种是含有感光性晶体的物质。前者是碱硅酸盐玻璃在强还原气氛下熔制获得含有大量的CdO玻璃。后者是玻璃中含有微小的卤化银(AgX)、 卤化钛(TiX)、氯化镉、氯化铜(CdCl、CuCl)晶体。各个不同的暗化(着色)中心，都有暗化、褪色、劣化的特征。1

制造方法基础玻璃有硼硅酸盐、硼酸盐及铝磷酸盐。这些组成配制的配合料，经熔制均化后成形，在玻璃的软化点与转变点之间进行热处理，就会析出细小的AgX粒子，冷却后微小的AgX晶体析出。加热的温度越高，时间越长，AgX晶体尺寸越大。AgX晶体尺寸在5~15nm左右呈现光致变色，实际上玻璃中的晶体在乎均约100nm间隔中分布。含有Cl与Br的卤化物析出的AgClxHr1-x为卤化银固溶体。原料中加入微量的铜，Cu+同溶于AgX晶体中。

机理无色透明玻璃，经紫外线或短波长的可见光照射后，在可见光区引起透过率减少(暗化或着色)，照射停止后又能恢复到原来的状态(褪色)。

当光(hv1)照到照片薄膜时。引起AgX的光分解，卤素自反应体系中逸出，生成的银原子(Ag)聚集在一起。生成胶体银(Ag)n。结果使得膜变成暗紫色。薄膜乳剂中的明胶为AgX的载体，又是卤素的收容体，反应为不可逆反应。与此相比，为了使反应成为可逆的，光致变色玻璃中的AgX晶体因其被不透过性玻璃将其包围住。AgX晶体中的微量Cu+起空穴俘获中心的作用，生成Ag(银原子)。由于反应生成的Cu2+成为电子俘获中心，Ag(银原子)又返回到Ag+状态。暗化在光照射后微秒间就开始，随着照射光量的增加而变深。温度越高褪色越快。相同暗化标准的玻璃在一定温度下放置，用强光在短时间使玻璃暗化的方法，褪色也越快。长波长的光(hv2)照射引起的褪色(光褪色)，有两个色性的褪色过程，一是由偏光引起，另一种是由光学异向性引起。1

影响因素光致变色是由AgX晶体产生的，而表面的这些特性，AgX晶体以外的成分影响比较大。其一是热处理析出最适合尺寸的AgX晶体，其二是AgX晶体中银的状态，AgX晶体中固溶的微量成分，特别是Cu+的分布状态，固量对其的影响。

(a)碱的效果非常大，暗化速度、褪色速度比较大的玻璃，容易由含多种碱的玻璃制得。

(b)碱的比例大时，饱和暗化程度增加，半褪色时间变长。

(c)CdO的作用很复杂，少量时暗化程度增加，添加量增加则暗化速度、褪色速度会显著地减小。

(d)增感剂用CuS代替CuO时，可制备易暗化玻璃。

(e)原料中铜的浓度及X/Ag低时，AgX中掺杂的Cu+浓度低，温度对暗化影响就小。

(f)析出晶体的感光程度按AgCl、AgBr、AgI的顺序增加，有效波长的感光向长波长方向延伸。1

本词条内容贡献者为:

黎明 - 副教授 - 西南大学