研究发现掺杂铜的硫化锌存在光致变色现象 可用于汽车玻璃

当光致变色材料暴露在紫外线或可见光下时，其颜色和光学财产将发生可逆变化。这种材料是由有机化合物制成的，合成这些化合物通常非常昂贵。据报道，日本立命馆大学的科学家首次在廉价的无机材料中发现了光致变色的快速转化现象。这种无机材料是铜掺杂的硫化锌纳米晶体。这项研究的结果为许多潜在的应用铺平了道路，如智能自适应玻璃窗、太阳镜和防伪剂。办公楼的玻璃窗可以根据阳光的强度自适应变暗，眼镜在阳光下可以自动变为太阳镜，进入大楼后可以恢复为普通眼镜。这要归功于光致变色材料的发明，并且所有这些发明都可以实现。如今，几乎所有的快速转换光致变色材料都是由有机化合物制成的，这些化合物不仅合成昂贵复杂，而且加工工艺繁琐，难以实现大规模生产。因此，尽管这种材料有许多潜在的应用，但其商业应用是有限的。寻找一种可快速转化的无机光致变色材料用于商业化是非常具有挑战性的。

在这项研究中，由日本立命馆大学副教授小林义一领导的一个研究小组发现，掺杂铜离子的硫化锌纳米晶体具有独特的光致变色财产。当暴露在紫外线和可见光下时，这些晶体会从乳白色变为深灰色。有趣的是，在关闭辐射源后，材料在空气中大约需要整整一分钟才能恢复到原来的乳白色，而浸泡在水溶液中只需要几微秒。研究团队从理论和实验上分析了这种材料，并决定探索这种独特的光致变色行为的复杂性。为什么铜掺杂的硫化锌纳米晶体在暴露于光下会变色，为什么需要很长时间才能恢复其原始颜色？研究结果表明，这与光激发载流子的动力学特性密切相关。当光子撞击材料时，碰撞会激发电子，使它们偏离分子轨道上最初的稳定位置。失去电子后，会留下一个局部正电荷，在固态物理学中被称为“空穴”。在大多数材料中，电子-空穴对在相互抵消之前存在很短一段时间，从而重新释放一些最初由电子获得的能量。然而，在铜掺杂的硫化锌中，情况却大不相同。空穴被铜离子有效地捕获，被光激发的电子可以自由地跳到其他分子上，从而延迟复合过程。研究表明，孔洞的长期存在会改变材料的光学财产，导致光致变色效应。快速转化光致变色的无机纳米晶体的首次发现是该领域的一个重大进展，尤其是在实际应用中。Kobayashi说：“硫化锌相对无，其合成过程简单便宜。相信我们的研究成果将促进快速转换光致变色材料在生活中的广泛应用。”，以及重要品牌和药品的先进防伪剂。此外，这项研究也有利于应用光学物理其他领域的研究人员。Kobayashi表示：“我们已经证明，纳米材料的光致变色反应可以通过控制光激发载流子的寿命来调节。开发具有超长寿命激发载流子的新型纳米材料对光致变色材料和发光材料和光催化剂等先进光功能材料都至关重要。“这项研究可以为包括自适应照明在内的光致变色材料的实际应用铺平道路。

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