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1、会变色的玻璃——卤化银光致变色玻璃32苏同王明召:会变色的玻璃——卤化银光致变色玻璃教学园地会变色的玻璃——卤化银光致变色玻璃术苏同王明召北京师范大学化学学院北京100875摘要本文为高中化学阅读材料,介绍卤化银光致变色玻璃的变色原理以及制作流程,供一线教师选用.关键词卤化银;光致变色玻璃;变色原理中图分类号:G633.8文献标识码:B文章编号:1671～489X(2010)33—0032—02OoIorOhangeabIeGIasses:PhotoohromiCGIassesSensitizedbySiIvetHaIides//
2、SuTong.WangMingzhaoAbstractThephotochromicmechanisminreversibi1ityofthecolorchangeandproducingprocessofphotochromiCSi1icateglassessensitizedbySilverhalides,iSintroducedforhighschoolteachers.KeywordsSilverhalides:photochromicglasses;photochromicmechanismAuthor'Saddress
3、InstituteofChemistry,BeiJingNormalUniversity,Beijing,China100875玻璃大家都很熟悉.现在有一种能够自动"识别"光线强弱进而改变颜色的墨镜,它的镜片颜色在阳光下会自动变深,而当进到室内或阳光不是那么刺眼的时候,镜片又会褪为接近无色.这种墨镜的镜片用到一种特殊的玻璃——卤化银光致变色玻璃,简称卤化银光色玻璃.1光色玻璃为什么能变色其实,早在l962年w.H.ArmiStead和S.D.Stookeyt1]在美国就制出第一块光色玻璃,所用光敏材料是卤化银.这种玻璃主要成分是二
4、氧化硅,其中含有碱金属氧化物和卤化银.它是如何变色的昵?1.1物体为什么会有颜色要想了解光色玻璃的变色机理,首先要知道物体为什么在阳光的照射下会显出颜色.人们平常见到的太阳光是白色的.当日光通过三棱镜后,会显示出其中不同的颜色,表明日光的白色是不同颜色的光混合而成的.不同颜色的光具有不同的波长.当光线照在某物体上,如果这个物体吸收了可见区所有波段的光波,那它就是黑色的;如果这个物体吸收某些波长的光,它就会显示出所吸收光互补光的颜色.不同颜色光的互补关系如图1所示,处于对角关系的两种光按图1颜色环导带●●●』U一一●000●●●●●
5、●●●●●●●●●●●价带图2能带示意图(黑点代表电子,圆圈代表空穴)一定比例混合,就会形成白光,它们称为互补光.1.2镜片为什么会变暗镜片变暗是因为玻璃中存在能吸收太阳光的物质,光色玻璃中的这种物质是银.银原子不带电,彼此之间没有静电斥力,不能均匀分布在玻璃中,而是相互聚集在一起,形成直径大约为1～5lift]的微晶,在可见光500nm处产生吸收,这就使玻璃的颜色变为灰色,光线的透过率降低.前面提到光敏材料是卤化银,它里面只有Ag,哪来的Ag原子呢?要搞清这个问题,需要了解一下卤化银.事实上,卤化银晶体是一种半导体.大家知道,在
6、原子中,电子是按照一定规律在原子轨道中运动的,在半导体晶体中也存在类似的轨道——能带.如图2所示,通常,价电子填充在能量较低的价带,吸收一定能量后,价电子可以"跨跃"中间的禁带,从价带跃迁到导带.电子一旦到达能量较高的导带就容易失去,因而表现出很强的还原性.当卤化银光色玻璃受到阳光照射时,阳光中紫外线的能量足以使卤化银中的电子由价带跃迁到导带.被激发的电子可以将Ag还原为Ag原子,进而发生前面所说的聚集,对阳光产生吸收,玻璃变暗.问题又资助项目:教育部实验室共建项目,北京市教育委员会共建项目(102—105834),北京师范大学教
7、学建设与改革项目.2010年11月下第33期(总第2l9期)∞一一一一～中国教育技术装备教学园地苏同王明召:会变色的玻璃——卤化银光致变色玻璃33∞原材料混_JJJJ'_j===降温冷却⑧退火制作菏迎玻璃的原料_lI使化银与到成JJ『l入驯的钒化物,制和银的硝—+化制一起任型的化银酸盐以/爻化物.L熔.破璃-lI结晶.光敏玻艄出现了,如果电子被激发去导带,那么原来的价带不就留下一个正电荷吗?没错,这个正电荷叫做空穴!其实在制作过程中,除了加入卤化银外还要加入微量氧化铜….氧化铜在制作玻璃的过程中受热后会部分变为氧化亚铜,这些亚铜离
8、子就会"捕获"这个空穴,从而形成二价铜离子.这样就完成从无色到深色的变色过程.1.3镜片是怎么恢复透明的卤化银光色玻璃在变暗后还可以褪色.科学家对褪色机理有很多种解释,这里介绍一种比较易于理解的"热褪色"机理.当电子被激发后,Ag和这个电子结合,形
