光致變色物質的應用（Applications of Photochromic Materials）

光致變色物質的應用（Applications of Photochromic Materials）
國立臺灣師範大學附屬高級中學化學科陳昭錦老師

光致變色材料會隨照光強烈程度造成顏色深淺變化，進而自動調節對光熱源的遮蔽能力，可以有效遮蔽太陽光及熱能。在照光互變的過程中，不只是吸收光譜會產生變化，物質的一些物理及化學的特性也會跟著改變，如：折射率、介電常數、氧化還原電位、幾何構型皆會發生變化。我們可以利用這些分子特性的改變，發展不同的光學材料，如：太陽能電池染料、光學記憶性染料或光學開關。光致變色材料之應用極為廣泛，例如：變色鏡片、雷射光攝影術(holography)及三度空間資訊儲存設備(three-dimensional memory information storage devices)等。

太陽眼鏡

光致變色反應最廣為人知的應用是太陽眼鏡採用的變色鏡片。光致變色玻璃由光致變色材料與玻璃所組成，光致變色材料對特定的光(一般為紫外光)有高度敏感性，照光時改變其光學特性，並具有可逆性。此類材料如AgCl、AgBr等，將鹵化銀處理為能在玻璃中形成15nm左右的晶體。當光射進此類物質時，紫外線會使鹵化銀還原成銀金屬與鹵素離子，使玻璃吸收可見光，原本明亮的透明玻璃因此而變暗；當光線受阻而不再照射物質時，便發生逆反應，玻璃即恢復明亮透明。

將奈米級氯化銀與氯化銅(I)粒子同置於玻璃鏡片中，當受到陽光照射時，方程式(1)向右進行，

AgCl_(s) ＋ Cu^＋_(aq)＋光 →Ag_(s)＋Cl^－_(aq)　＋ Cu^2＋_(aq)       (1)

鏡片中出現銀的微粒，鏡片會立即變成黑褐色。這種太陽眼鏡從室外移入室內時，因光線減弱，反應向左，銀粒變成氯化銀，鏡片自動由黑褐色回復澄清。此類材料的缺點為變色速率較為緩慢，變色時間有時長達3~4分鐘，且變色速度受到溫度的影響，目前量產商品主要應用於變色太陽眼鏡上。

應用光致變色技術最大的限制是材料的穩定性不足以承受室外長達數千小時以上的暴露，因此戶外長期的應用仍有待研究以突破技術瓶頸。光致變色染料的切換速率對染料所處環境的堅固程度(rigidity)相當敏感，在溶液中變換速率最快而在固著狀態如高分子鏡片中最慢。

資料儲存

將光致變色材料用於光學資料儲存、光調控、光開關、光學器件材料、光資訊基因材料、修飾基因晶片材料等領域受到全球範圍內的廣泛關注。將光致變色化合物應用在資料儲存方面最早在1956年由Yehuda Hirshberg提出，從那時期就有各種學術及商業社群投入相關研究，特別是在3D光學資料儲存方面，可以儲存兆位元的資料。新型光致變色材料應用於資料儲存表現出良好的穩定性，而且可以進行資訊的反覆寫入和刪除，並可應用於多層三維高密度光學資料儲存，有非常好的應用前景。

參考資料

1. Photochromism。檢索日期2013/08/16。http://en.wikipedia.org/wiki/Photochromism
2. 3D optical data storage。檢索日期2013/08/16。http://en.wikipedia.org/wiki/3D_optical_data_storage
3. 葉名倉主編(2010)。選修化學下冊。台南市：南一。