「フォトクロミック」：目に見える省エネ色

省エネと排出削減は現在、地球規模の気候変動に対処するための重要な手段です。 2021年、建物は世界のエネルギー消費量の34％を占め、建物のエネルギー消費は二酸化炭素排出量の37％を占めました。建物のエネルギー消費量の半分以上は、屋内空間の冷房、暖房、照明に使用されていました。近年、建物のエネルギー効率を向上させるため、太陽光の透過率を動的に調整できるスマートウィンドウが注目を集めています。このスマート ウィンドウに採用されている原理はフォトクロミズムであり、さまざまな方向から来る光に応じて色を調整し、太陽光を適応的に制御できます。

最近、中国科学院物理化学研究所の蒋磊院士が率いるチームが、フォトクロミックポリマーフィルムに関する研究結果を「Advanced Materials」誌に発表した。このフィルムは、日光が強いときには過度の光やまぶしさを避け、日光が弱いときには室内の照明に影響を与えずに、室内の日光快適性を向上させることができます。

フォトクロミック材料の研究が深まるにつれ、一部のスマートフォンでは、無機フォトクロミック材料と他の材料を組み合わせた、太陽光にさらされると色が変わる新しい独自のフォトクロミック処理技術が採用されています。フォトクロミックガラスも例外ではありません。フォトクロミズムの原理に基づいてレンズの色を変え、強い光から目を保護します。

フォトクロミック材料は、色、極性、化学組成、蛍光発光などの点で徐々に2つの異なる状態を形成できる材料と考えられています。この特性は、偽造防止ラベル、電子部品、光化学彫刻、感光性屋内外壁面装飾などの分野に応用できます。

有機フォトクロミック材料は、フォトクロミズムの開発において最初に発見されたものです。品種が豊富で、色彩が豊かで、可塑性に優れています。最も一般的なものは、スピロピラン、スピロオキサジン、アゾベンゼン、ジアリールエテン、ビオロゲン、シッフ塩基などです。

有機フォトクロミック材料と比較して、無機フォトクロミック材料は耐高温性と耐疲労性に優れています。色の変化の原理は、異なる特殊波長の光の照射下で、異方性内の電子が電荷移動と遷移を起こし、マクロスケールで色が変化することです。調製された材料は、異なる波長の光を照射したり、徐々に形成された熱刺激を受けると、元の形状に戻ることができます。このプロセスでは、重要な成分または有害な不純物として機能するいくつかの酸性イオンが、光によって放出された電子を捕獲します。これは、電子移動の前提条件です。最も一般的な無機フォトクロミック材料は、一般的に遷移金属酸化物、ポリオキソメタレート、金属ハロゲン化物、希土類錯体に分類できます。

有機無機複合フォトクロミック材料は、有機化合物と鉱物元素を混成することによって得られます。最終製品は、有機フォトクロミック材料の優れた改質効果と無機フォトクロミック材料の安定性の両方を備えています。この新しい材料は、リガンド配位を利用して大きな分子骨格を獲得しており、その性能はその本来の組成によって決まります。化学者は、陰極分極や光照射などの関連する官能基を組み合わせて、モノマーまたはオリゴマーの内部に完全に浸透し、相対的に分子量が大きいカスタマイズされた有機化合物を取得します。有機無機複合フォトクロミック材料は、それぞれの物理的および化学的特性を保持するだけでなく、モジュール間で相乗効果または拮抗効果を形成することもできます。

フォトクロミック材料は偽造防止識別に広く使用されています。偽造防止ラベルはフォトクロミック技術によって作成され、繊維にしたり表面にコーティングしたりすることができます。光学画像に関する情報の保存においても成果が得られました。フォトクロミック材料の色の違いの可逆的な入力と特定の情報保存データの助けを借りて、保存された情報ファイルの品質を判断する要素は、高速フィードバック、高い光コントラスト、および 3 次元データ保存です。このタイプの光学材料ストレージには、応答速度が速く、ストレージ情報密度が高く、操作がスムーズであるなどの明らかな利点があります。全体的なパフォーマンスは、市場に出回っているほとんどのメモリを上回ります。民生用機能性生地のフォトクロミック素材を一般の繊維と組み合わせることで、光や周囲温度などの要因に応じて、民生用機能性生地がリアルタイムで色信号を示すことが可能になります。

フォトクロミックのメカニズムを深く探究し、フォトクロミック材料の色の変化プロセスを科学的に説明し、より優れた性能、より低コスト、より優れた応用効果を持つ新しいフォトクロミック材料を開発することが、今後のフォトクロミック材料の主要な開発動向です。

（モ・ズンリは西北師範大学の教授兼博士課程の指導者であり、チェン・チアンロンは西北師範大学の修士課程の学生である）