68、热致变色材料：原理、应用与挑战

热致变色材料：原理、应用与挑战

1. 热致变色液晶

热致变色行为的一个著名例子是热致变色液晶，它源于大分子相互作用。热致变色液晶可用于多种产品，如情绪戒指、“压力测试仪”、警告指示器和温度计等。虽然热致变色效应已在许多不同类型的液晶中得到应用，但只有两类基本的液晶系列在热致变色应用中得到广泛使用。

1.1 液晶类型

• 胆固醇酯 ：由Reinitzer首次研究，这一研究促成了液晶相的发现。
• (S)-4-(2 - 甲基丁基)苯酚酯衍生物 ：是当今大多数热致变色液晶设备的基础。

1.2 手性向列相的光学性质

手性向列相（缩写为Ch和/或N*）由棒状液晶形成，仅表现出取向有序，缺乏长程位置有序。棒状分子长轴的角分布是手性向列相液晶特殊光学性质的核心。长分子轴最可能的方向定义了指向矢，它与单轴相的主光轴重合。在这个相态中，指向矢绕螺旋轴呈螺旋状排列。螺距长度p是指向矢绕螺旋轴完整旋转所需的沿螺旋轴的距离，其长度可达几百纳米，即可见光的波长。

当手性向列相层在位置A反射的光与位置B反射的光满足额外传播距离是光波长的整数倍时，会发生相长干涉，这类似于层状晶体固体中的布拉格反射。因此，手性向列相液晶起到了衍射光栅或单色器的作用。样品温度的变化会通过热膨胀使螺距长度改变，从而导致相长反射光的波长发生变化，即选择性反射。

由于选择性反射，未被液晶反射的光必须被透射或吸收。如果背衬材料颜色较浅，透射光会反射回液晶层，干扰选定的反射光波长，从而改变颜色。因此，热致变色液晶设备几乎总是印在黑色背