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材料科学/热致变色

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热致变色

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热致变色是指物质因温度变化而改变颜色的能力。情绪戒指就是一个很好的例子,但它还有许多其他用途。热致变色是几种变色现象中的一种。

两种基本方法是基于液晶和无色染料。液晶用于精密应用,因为它们的响应可以设计为精确的温度,但它们的色域受其工作原理的限制。无色染料允许使用更广泛的颜色,但它们的响应温度更难准确设置。

一些液晶能够在不同温度下显示不同的颜色。这种变化取决于材料的晶体结构在低温晶体相、各向异性手性或扭曲向列相,到高温各向同性液相之间发生变化时,对某些波长的选择性反射。只有向列中间相具有热致变色特性;这限制了材料的有效温度范围。

扭曲向列相的分子以层状排列,并且方向规律地变化,这使它们具有周期性间距。通过晶体的光在这些层上发生布拉格衍射,并且具有最大相长干涉的波长被反射回来,这被感知为光谱色。当晶体发生温度变化时,会发生热膨胀,导致层间距发生变化,从而导致反射波长发生变化。因此,热致变色液晶的颜色可以根据温度从黑色连续变化到光谱色,再回到黑色。

一些这样的材料是胆固醇壬酸酯或氰基联苯。

用于染料和油墨的液晶通常以悬浮液的形式微囊化。

液晶用于需要准确定义颜色变化的应用中。它们在房间、冰箱、水族馆和医疗用途的温度计中以及罐中丙烷水平指示器中都有应用。

液晶很难处理,需要专门的印刷设备。材料本身也通常比替代技术更昂贵。高温、紫外线辐射、某些化学物质和/或溶剂会对它们的寿命产生负面影响。

热致变色油漆是变色颜料领域中一项相对较新的发展。它涉及使用液晶或无色染料技术。在吸收一定量的光或热后,颜料的晶体或分子结构会可逆地发生变化,以至于它在不同温度下吸收和发射的光波长不同。热致变色油漆通常用作咖啡杯的涂层,一旦将热咖啡倒入杯中,热致变色油漆就会吸收热量并变成彩色或透明,从而改变杯子的外观。

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