第三節 光致變色色素
光致變色現象（Photochromism）最早發現于1867年，當時發現黃色的四并苯經光照后顏色褪去，經過加熱又呈現黃色。1956年有人發現具有光致變色性能的物質可用作光記錄介質，于是引起了IT產業界的興趣。
光致變色現象指的是物質（有機分子或無機晶體）受到光照射后，其最大吸收波長（或反射光的波長）發生變化的現象。具有這種性質的物質稱為光致變色材料或光致變色色素 （Photochromic colorant），這類色素有可能在顯示材料、傳感器以及裝潢等方面得到應用，但這類色素要實用化必須同時滿足以下條件：
（1）變化前后的兩個最大吸收波長（或反射光的波長）至少有一個在可見光區。
（2）變化前后的物理狀態具有足夠的穩定性。
（3）兩種狀態之間的變化要有較高的抗疲勞性，即有足夠長的循環壽命。
（4）兩種狀態之間變換的響應速度要足夠快，靈敏度要足夠高。
（5）制造成本要足夠低。
光致變色材料或光致變色色素分為無機和有機兩大類。本節主要介紹有機光致變色色素。
一、有機光致變色色素
有機光致變色色素的種類根據變色機理劃分：
1.由共軛鏈變化導致變色的光致變色色素 這類色素分子經光激發，其化學結構因電荷轉移發生變化，導致化合物由無色變為有色，或由有色變為無色，顏色的變化較明顯。這類色素的化學結構類別主要有螺吡喃類、螺
嗪類、聯吡啶類、氮丙啶類、嗪類等，其中螺吡喃類是有機光致變色色素中研究最早和最多的體系。1952年Hirsbberg提出這類化合物具有作為光化學記憶和可變密度的光學快門的可能性。
2.由順—反式結構變化引起變色的光致變色色素 這類分子吸收光能量后可使分子構造由順式向反式或由反式向順式轉化，同時使分子的顏色發生變化，色差往往不大但可區別，這類色素的化學類別有硫靛類、偶氮類等。
3.由分子內質子轉移產生顏色變化的光致變色色素 這類分子在光照下會發生分子內質子的轉移，使得分子的顏色由無色或淺黃色變為橙紅色，如席夫堿類、呫噸類化合物。席夫堿類化合物具有良好的抗疲勞性能，不易光化學降解，其成色—消色循環可達104～105次。此外，席夫堿類化合物還具有光響應速度快的優點，光致變色可在皮秒級范圍內發生。
4.由開環—閉環反應引起變色的光致變色色素 這類分子在光照下會發生分子內開環—閉環反應，它們通常具有良好的熱穩定性。如俘精酸酐類、二雜芳乙烯類、二甲基芘類化合物等。俘精酸酐類化合物是取代的琥珀酸衍生物，多呈艷麗的黃色。1978年，雜環類俘精酸酐的問世導致了對俘精酸酐類光致變色色素研究的迅速發展。
5.由加氧—脫氧反應引起變色的光致變色色素 這類色素一般為芳香稠環類化合物，它們在氧的作用下，經一定波長的光照射，稠環內會形成過氧橋構造，經另一波長光照射又會失去氧，回復原狀，在此過程中伴隨著顏色的改變。這類化合物大多具有熒光和光致變色的雙重特性。
6.由光氧化—還原反應引起變色的光致變色色素 三芳二吡嗪醌經光化學還原反應，其中的羰基會轉變成羥基，在此過程中伴隨著顏色的變化，由原先的黃色轉變成綠色。
7.由均裂反應引起變色的光致變色色素 四氯萘酮分子受光照發生鍵的均裂，產生了一個橙色的三氯萘氧自由基和一個氯自由基，這個反應是可逆的。
二、光致變色色素的應用
光致變色色素可以用來制光致變色油墨；將光致變色色素加入透明樹脂中，制成光變色材料，可用于太陽眼鏡片、服裝、玩具等。
（1）光致變色油墨的配方及制備工藝：3份螺-吲哚-萘嗪類化合物，溶于57份醋酯纖維素丙酸酯、20份甲苯和20份乙醇中，混合物在60℃下加熱15min，在80℃減壓下將溶劑蒸干，將殘余物粉碎成1～20μm微粒，即可作為光致變色色素的制備物使用。
（2）水性油墨的配方及制備工藝：48%丙烯酸聚合物的水乳液（Joncryl 89）69份，49%丙烯酸聚合物的水乳液（Joncryl 74）6份，消泡劑0.02份，聚乙烯蠟1.0份，異丙醇8份，水3份以及上述光致變色制備物13份，在三輥機中調合成油墨，用普通的方法印在紙上，印品在360nm波長的光照射下，會由無色變成藍色。
用同樣的方法，以俘精酸酐類光致變色色素替換螺嗪類色素，可以制成水性凹版印刷油墨，在光照下由無色變成桃紅色。
將光致變色色素與高聚物結合在一起，可以制成具有光變色性能的材料，在光電技術和光控裝置中有很好的應用前景，如通過磺酰氨基將偶氮苯和賴氨酸接枝在一起，可制成含偶氮基團的多肽高聚物：
將這種多肽化合物溶于六氟丙烯中，會由偶氮苯的順—反光異構化而引起顏色的變化。
通過下列方法可將螺吡喃引入L-賴氨酸高聚物的側鏈上：
可逆的光致變色化合物作為可擦拭激光光盤染料具有潛在的應用價值，它作為信息存儲介質具有可提高讀寫速度、增加信息存儲、降低生產成本等優點。前面所述的俘精酸酐類化合物是很有希望的可用于可擦拭光盤的色素。