2009年,研究人員開發出了一種新材料,當其暴露在紫外線 (UV)下時,能夠幾乎在瞬間從透明變為深藍色,而一旦避開紫外線,這種材料的顏色又能夠迅速復原為透明。這是一類被稱為光致變色材料的新成果,一種源自名為hexaarylbiimidazole(HABI)的六芳基雙咪唑類化合物的材料,它能夠在光學數據儲存以及超酷太陽眼鏡加工上發揮重要作用。
歷史研究
1996年,日本青山學院大學的化學工程師Jiro Abe和同事便開始研究光致變色材料——特別是一種源自名為hexaarylbiimidazole(HABI)的化合物的材料——的光敏特性。在最初的原始階段,HABI是無色的,但是當紫外線打破分子間的一個化學鍵後,HABI便會顯現出深藍色。然而一個重要的問題是,這種色彩轉化的時間需要幾十秒鐘甚至更長。
當Abe的研究小組通過模擬和實驗室試驗開始分析HABI的化學結構時,他們發現,在向這種化合物中加入萘後,這種顏色的轉化能夠在瞬間被加速至180毫秒。用一種名為環芳的化合物取代萘,能夠更進一步加快從透明向藍色的轉化——減至大約30毫秒。Abe和同事在一期出版的《美國化學會學報》上報告說,當紫外線光源被遮蔽後,環芳版本的HABI能夠以同樣快的速度恢復到最初的無色狀態。並且這種化合物是非常穩定的——這種反應能夠被重複數千次。
光化學反應
六芳基雙咪唑類化合物(HABI)具有特殊的化學結構,在紫外光的作用下可以光解成三芳基自由基。人們曾利用HABI的這種性質製造防曬膜、彩色照相材料和光引發劑。HABI的最大吸收峰位255—275nm,對長波紫外光和可見光不敏感或感光度很低。
套用範圍
如果加入樹脂玻璃或其他透鏡原料,改良版本的HABI能夠使太陽眼鏡在陽光下瞬間變暗,並且在佩戴者進入室內後以同樣快的速度變得透明。HABI的特性同時使其成為新一代光學數據儲存設備的最佳選擇——它的顏色開/關能力將能夠取代現在電子數據儲存設備的磁性開/關轉換。
為了延長HABI的感光範圍,擴大其套用領域,20世紀70年代以後,杜邦公司開發了許多雙咪唑類光引發體系,並研究了它們之間的光化學反應及其控制方法,使之發展成為一類獨具特色的光敏引發體系。這些HABI光聚合體系的余色小,保存穩定性好,在全息記錄中套用十分廣泛。
套用意義
美國滕比市亞利桑那州立大學的化學家Devens Gust表示,由Abe和同事完成的這種新版本的HABI展現了“非凡的穩定性和迅速的轉化能力”。Gust指出,這些特性正是其他光致變色材料所不具備的,因此這種化合物的研製成功向著將其套用於數據的處理與儲存“邁出了重要的一步”。