1 上海理工大学 光子芯片研究院，上海 200093
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院 人工智能纳米光子学中心，上海 200093
视觉是人类获取信息的主要来源。用于视觉系统模拟的人工图像识别是发展人工智能技术的关键一环。当前，光电突触凭借存算一体式处理光信号的特点被广泛应用于视觉模拟领域，但是突触的光电转换需要对输入光信号进行接触式处理，从而导致大量的能量消耗。针对这个问题，研究了基于光致变色钙钛矿薄膜的全光人工突触，它在紫外和可见光触发下，从光透过率的变化上表现出显著的突触特性，包括配对脉冲易化和学习能力。利用循环神经网络处理随时间变化的透射率数据，实现了对数字图像的二元识别，识别精度从第1个循环就稳定在100%。该器件具有零功耗非接触式信息读取的特点，为视觉系统模拟开辟了一条新的途径。
光致变色材料 钙钛矿 人工突触 图像识别 photochromic materials perovskite artificial synapse image recognition
1 中国科学技术大学工程科学学院精密机械与精密仪器系，安徽 合肥 230027
2 中国科学技术大学苏州高等研究院，江苏 苏州 215123
3 中国科学技术大学附属第一医院(安徽省立医院)口腔颌面外科，安徽 合肥 230001
远程手术指导在解决全球外科医学发展不均衡问题上发挥着关键作用，但目前远程指导设备在外科手术标记的显示方面存在一些不足，如，基于显示器的设备需要医生不断地切换视野，头戴式设备分辨率和视野有限，投影式设备的投影亮度有限，而且以这些方式显示的标记都会在组织变形时失效。为了克服这些不足，尤其是解决标记无法随组织一同变形的问题，本团队设计了一种同轴视觉光致变色标记系统和一种具有生物兼容性的光致变色薄膜，标记系统照射贴在体表的薄膜使其变色，就可以将远程手术指导标记直接保留在患者皮肤表面。该标记系统能在7 s内扫描出长为160 mm的外科手术标记，而且该标记能在20 min内清晰可见，系统扫描出的标记与专家绘制的指导标记的重合度(IoU)可达0.93±0.02。仿体对比实验和离体组织实验结果表明，该系统相较于观看显示器手绘指导标记的优势更加明显，为远程医疗提供了安全准确且直观高效的显示方案，具有广阔的临床应用前景。
医用光学 仪器 光致变色材料 远程指导 手术导航 中国激光
2022, 49(20): 2007102
1 中国建材国际工程集团有限公司, 上海 200063
2 玻璃新材料创新中心(安徽)有限公司, 蚌埠 233000
光致变色玻璃的透光率随光辐射强度的不同而变化, 因此, 光致变色玻璃可用于调控阳光进入建筑, 是具有节能功效的智能玻璃。然而, 目前光致变色玻璃在建筑中应用的研究较少, 缺少科学评价其节能性能的方法。本文以制备的卤化银光致变色玻璃为研究对象, 建立了光致变色玻璃节能性能简化模拟方法。利用DeST能耗软件研究了光致变色玻璃应用于不同建筑中的节能效果, 计算和比较了两种变色特性的光致变色玻璃在不同建筑中的冷热负荷和照明能耗。研究结果显示: 光致变色玻璃在建筑面积较大且窗墙比0.6以上的公共建筑中, 全年节能率最高超过10%; 在建筑面积和窗墙比较小的建筑中, 其主要作用在于阻隔紫外线和防眩光。本文的方法和结果可为光致变色玻璃节能性能的研究提供参考, 对光致变色玻璃的应用推广具有一定的促进作用。
光致变色玻璃 智能玻璃 建筑节能 窗墙比 照明能耗 冷热负荷 photochromic glass smart glass building energy conservation window wall ratio lighting energy consumption cooling and heating load
昆明理工大学 材料科学与工程学院, 云南 昆明650093
无机稀土发光材料在照明、显示、激光和生物医学等领域有着极其广泛的应用。对荧光性能的调控有利于拓展其在温度传感、防伪识别、光开关、光存储等领域的应用。传统的荧光调控方式包括设计核壳结构、改变材料成分控制晶体场、改变稀土离子的掺杂类型或浓度从而控制能量传递等。然而, 这些调控方式难以实现荧光性能的可逆调控, 限制了其实际应用。对比传统的调控方式, 材料在电场、热场或光场等外场刺激下可产生变色效应, 通过变色效应可以实现对其荧光性能的可逆调控从而扩展其应用。本文主要综述了在电场、热场和光场刺激下, 无机稀土发光材料的变色效应对其荧光性能的可逆调控及应用。
无机稀土发光材料 荧光调控 电致变色 热致变色 光致变色 inorganic rare-earth luminescent materials fluorescence modulation electrochromic thermochromic photochromic
广州城市理工学院珠宝学院, 广东 广州 510800
方钠石为似长石类矿物, 常作为无机光致变色材料广泛应用于建筑、 照明和放射量测定等领域。 高品质方钠石宝石以其迷人的光致变色效应为大众熟知, 并得到消费者认可, 价格也不断攀升。 因天然宝石级方钠石的宝石学特征和光致变色机理研究较薄弱, 为鉴定提供理论依据并探究其变色机制, 特选取具光致变色效应的天然白色方钠石分别进行UVA(365nm)和UVC(254 nm)紫外光致变色实验, 并结合傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)和电子顺磁共振波谱(EPR), 探讨其光致变色机理。 紫外光辐照实验显示, 天然白色方钠石具有橙粉色-橙红色荧光, 受UVA紫外光辐照5分钟变为紫红色, 可维持1~2 min, 使用白光(700~400 nm)照射可以快速褪至初始白色; 受UVC紫外光辐照, 紫色调浓度持续加深且产生持久稳定的光致变色; 初始白色样品紫外荧光强度明显强于光致变色后紫红色样品。 FTIR吸收光谱指示, 5 250 cm-1处强吸收峰归属于H2O的弯曲振动与伸缩振动的组合吸收, 证实存在结晶水; 4 698和4 555 cm-1两处弱吸收峰与金属阳离子(M)和O—H相互吸引而成的面外弯曲振动γ(M—OH)有关(M=Mg2+, Na+, K+, Al3+); 1 002 cm-1处强吸收峰与标准方钠石吸收特征相比, 向高波数偏移约20 cm-1, 指示硅氧四面体结构中AlⅣ含量减少, 结合EPR波谱结果认为上述现象可能由Mn2+和Ti3+替换AlⅣ—O四面体结构所致, 并分别形成以3 511 G(g=2.002)处为中心的多条超精细谱线及3 573 G(g=1.967)处单一谱线。 UV-Vis和EPR谱指示, 白色方钠石短波紫外产生持续光致变色产生的主要原因是, 因S22-替代Cl-导致体系存在部分Cl缺失(空位VCl)来平衡电价, S22- 受紫外线激发分解: S22-→2-+e-, e-进入导带而被VCl捕获形成色心, 位于色心的电子转变为激发态而产生539 nm宽吸收带, 伴有向紫外区的拖尾增强吸收, 导致样品呈紫红色, EPR 3 480 G(g=2.02)处单一谱峰可作为判别依据。
白色方钠石 光致变色 发光性 电子顺磁共振波谱(EPR) White Sodalite Tenebrescence Luminescence EPR Spectrum 光谱学与光谱分析
2021, 41(12): 3936
1 上海应用技术大学 材料科学与工程学院, 上海201418
2 山东大学 晶体材料国家重点实验室, 济南250100
3 上海电机学院 材料科学与工程学院, 上海201306
稀土离子掺杂铁电陶瓷是一类新型光致变色材料, 在光开关、光信息存储等领域具有潜在应用价值。本研究采用水热法制备了(K0.5 Na0.5)1-xEuxNbO3(KNN:xEu)前驱体粉体, 随后利用高温烧结得到对应陶瓷样品。在465 nm激发下, 观察到615 nm处有强的红色发光, 对应于Eu 3+的 5D0→ 7F2跃迁。通过紫外光照射, KNN:Eu陶瓷从乳白色变为深灰色。随后经过200 ℃加热10 min, 着色陶瓷又变回到初始颜色, 显示出良好的光致变色行为。紫外照射和反复加热循环可以有效调控该陶瓷的发光强度。且经过多次循环之后, 发光强度没有明显衰减。在紫外光照射下, KNN:0.06Eu陶瓷发光强度的可调比(ΔRt)高达83.9%, 说明发光具有良好的可调性。进而结合发光中心和色心之间的能量转移, 对KNN:Eu陶瓷的光致变色和发光机理进行了解释。
K0.5Na0.5NbO3(KNN) 发光 光致变色 K0.5Na0.5NbO3(KNN) luminescence photochromism
1 广东第二师范学院化学系,广州 510303
2 汕头大学理学院,汕头 515063
以5-偶氮四唑水杨酸(H3ASA)和CdCl2·2.5H2O为原料,通过常规溶液法合成了一个镉配合物 ［Cd(H2ASA)2(H2O)2］n(1)。通过X-射线单晶衍射、X-射线粉末衍射、元素分析、红外光谱、热重分析、紫外光谱进行结构解析和性质表征。结果表明配合物1属于三斜晶系,Pī空间群,晶胞参数为a=0.702 39(5) nm,b=0.735 15(6) nm,c=1.229 41(7)nm,α=82.557(5)°,β=75.453(6)°,γ=61.882(8)°,V=0.541 90(8) nm3,Z=1,μ=1.083 mm-1,Dc=1.884 g/cm3。配合物1中具有H2ASA-,作为μ2-桥联配体连接两个不同的Cd(II)离子形成无限一维链结构,相邻直链通过O…O、O…N氢键和π-π堆积作用形成三维超分子框架。紫外光谱测试表明配合物1在365 nm紫外光照射下具有光致异构性质。
镉配合物 偶氮化合物 溶液法 晶体结构 光致变色 cadmium complex azo compound solution method crystal structure photochromism
1 长春理工大学化学与环境工程学院, 吉林 长春 130022
2 东北师范大学化学学院, 吉林 长春 130022
3 中国检验检疫科学研究院, 北京 100123
4 中检国研（北京）科技有限公司, 北京 100123
基于有机-无机杂化材料的理念, 利用稀土硝酸铽［Tb（NO3）3］、 有机配体BINDI (BINDI=N,N′-双（5-间苯二甲酸）-1,4,5,8-萘二酰亚胺)及Keggin型多酸H4SiW12O40·26H2O在溶剂热的条件下反应, 成功合成出多酸基稀土配位聚合物Tb4［SiW12O40］·［BINDI)］2·［DMA］16。 采用X-射线单晶衍射仪、 X-射线粉末衍射仪、 红外光谱仪、 热重分析仪、 紫外-可见吸收光谱仪、 元素分析仪、 荧光光谱仪和电子顺磁共振仪对稀土聚合物的结构组成、 热稳定性、 发光性能以及光致变色性能进行了表征。 X-射线单晶衍射分析发现该稀土配位聚合物结晶于Tetragonal晶系, 空间群为P42/n, 展现出3D手性双螺旋网络结构特征, 其中多酸阴离子SiW12O40(简写为{SiW12})镶嵌在稀土有机基团形成的孔道中; 红外及紫外吸收光谱分析发现稀土Tb3+与配体（BINDI）配位成键; 荧光光谱表明, 在380 nm的激发波长下, 配体显示出最强荧光发射峰, 位于441 nm处, 而化合物的最强发射峰位于471 nm处。 由于三价铽离子不易被氧化也很难被还原, 所以化合物的荧光发射不能归因于金属与配体之间的电子辐射跃迁, 且化合物的发射峰与配体的发射峰比较相近, 因此荧光主要是配体BINDI的发光。 另外Tb(Ⅲ)离子的特殊跃迁发射带没有出现是因为在荧光测试时由于光照的原因导致样品的颜色发生了突变, 即发生了光致变色的现象, 导致光诱导电子转移以致荧光猝灭。 引起金属配合物荧光猝灭的原因通常是光致电子转移, 而电子转移的方向是配体中的电子向金属空轨道转移（LMCT）所致, 形成配合物后其最大发射峰红移或蓝移是由电子转移导致分子内电子分布的改变, 从而引起HOMO-LUMO能隙的减小或增大所致, 与配体荧光光谱相比, 化合物的发射峰发生了红移。 此外, 电子顺磁共振结果表明由于化合物中的BINDI配体在紫外与可见光照射下发生电子转移形成配体自由基, 以及多酸在光激发下, 发生W5+→W6+的过程进一步促进该化合物发生光致变色现象。 因此, 该化合物具有极其敏锐光致变色的性质。
稀土配位聚合物 多酸 单晶 光致变色 Rare earth coordination polymer Polyoxometalate Monocrystal Phototropy 光谱学与光谱分析
2019, 39(6): 1915
皖西学院 电气与光电工程学院, 安徽 六安 237012
以Na2MoO4·2H2O和C2H5HS为原料, 采用水热法和光照法制备了MoO3/MoS2复合结构.使用透射电子扫描显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱仪和紫外可见分光光度计等手段表征了样品的形貌、结构和光致变色性能.结果表明：所制备的样品呈纳米线束状结构.当Na2MoO4·2H2O和C2H5HS比例为1∶3时, 样品呈黄色; 当Na2MoO4·2H2O和C2H5HS比例为1∶3以下时, 样品呈蓝色.所制备样品具有光致变色效应, 当Na2MoO4·2H2O和C2H5HS比例为1∶2时, 材料的光致变色性能最好.优异的光致变色性能归因于MoO3/MoS2复合结构具有合适的能带结构, 从而有效地分离光生载流子, 抑制了电子和空穴的复合.
三氧化钼 硫化钼 复合结构 光致变色 水热法 MoO3 MoS2 Composite Structures Photochromism Hydrothermal Method
