類型
光照射時產生吸收而變暗,照射停止後褪色復明的現象稱為光致變色。具有這些性質的物質有無機物、有機物,光致變色玻璃是其中的一種。
光致變色玻璃大致有兩種類型。一種是在玻璃中產生著色中心,另一種是含有感光性晶體的物質。前者是鹼矽酸鹽玻璃在強還原氣氛下熔制獲得含有大量的CdO玻璃。後者是玻璃中含有微小的鹵化銀(AgX)、 鹵化鈦(TiX)、氯化鎘、氯化銅(CdCl、CuCl)晶體。各個不同的暗化(著色)中心,都有暗化、褪色、劣化的特徵。
製造方法
基礎玻璃有硼矽酸鹽、硼酸鹽及鋁磷酸鹽。這些組成配製的配合料,經熔制均化後成形,在玻璃的軟化點與轉變點之間進行熱處理,就會析出細小的AgX粒子,冷卻後微小的AgX晶體析出。加熱的溫度越高,時間越長,AgX晶體尺寸越大。AgX晶體尺寸在5~15nm左右呈現光致變色,實際上玻璃中的晶體在乎均約100nm間隔中分布。含有Cl與Br的鹵化物析出的AgClHr為鹵化銀固溶體。原料中加入微量的銅,Cu同溶於AgX晶體中。
機理
無色透明玻璃,經紫外線或短波長的可見光照射後,在可見光區引起透過率減少(暗化或著色),照射停止後又能恢復到原來的狀態(褪色)。
當光(hv)照到照片薄膜時。引起AgX的光分解,鹵素自反應體系中逸出,生成的銀原子(Ag)聚集在一起。生成膠體銀(Ag)。結果使得膜變成暗紫色。薄膜乳劑中的明膠為AgX的載體,又是鹵素的收容體,反應為不可逆反應。與此相比,為了使反應成為可逆的,光致變色玻璃中的AgX晶體因其被不透過性玻璃將其包圍住。AgX晶體中的微量Cu起空穴俘獲中心的作用,生成Ag(銀原子)。由於反應生成的Cu成為電子俘獲中心,Ag(銀原子)又返回到Ag狀態。暗化在光照射後微秒間就開始,隨著照射光量的增加而變深。溫度越高褪色越快。相同暗化標準的玻璃在一定溫度下放置,用強光在短時間使玻璃暗化的方法,褪色也越快。長波長的光(hv)照射引起的褪色(光褪色),有兩個色性的褪色過程,一是由偏光引起,另一種是由光學異向性引起。
影響因素
光致變色是由AgX晶體產生的,而表面的這些特性,AgX晶體以外的成分影響比較大。其一是熱處理析出最適合尺寸的AgX晶體,其二是AgX晶體中銀的狀態,AgX晶體中固溶的微量成分,特別是Cu的分布狀態,固量對其的影響。
(a)鹼的效果非常大,暗化速度、褪色速度比較大的玻璃,容易由含多種鹼的玻璃製得。
(b)鹼的比例大時,飽和暗化程度增加,半褪色時間變長。
(c)CdO的作用很複雜,少量時暗化程度增加,添加量增加則暗化速度、褪色速度會顯著地減小。
(d)增感劑用CuS代替CuO時,可製備易暗化玻璃。
(e)原料中銅的濃度及X/Ag低時,AgX中摻雜的Cu濃度低,溫度對暗化影響就小。
(f)析出晶體的感光程度按AgCl、AgBr、AgI的順序增加,有效波長的感光向長波長方向延伸。