Войти
Кольцо настроения показано лицевой стороной вперед, с полосой изменения зеленого цвета на коричневом фоне Термохромизм является свойством веществ, чтобы изменить цвет из-за изменения температуры. кольцо настроения является прекрасным примером этого явления, но термохромизм также имеет более практическое применение, например, детские бутылочки, которые меняют цвет, когда они достаточно остынуты для питья, или чайники, которые меняются, когда вода или около точки кипения. Термохромизм - один из нескольких типов хромизма.
Play media Демонстрация явления непрерывного термохромизма. 
Play media Демонстрация явления прерывистого термохромизма. 
Воспроизвести носитель Видео, на котором горячая вода наливается в кружку с термохромным покрытием, и последующее изменение цвета Два общих подходы основаны на жидких кристаллах и лейкокрасителях. Жидкие кристаллы используются в точных приложениях, так как их характеристики могут быть рассчитаны на точные температуры, но их цветовой диапазон ограничен принципом их действия. Красители Leuco позволяют использовать более широкий диапазон цветов, но их температуру реакции сложнее установить с точностью.
Некоторые жидкие кристаллы могут отображать разные цвета при разных температурах. Это изменение зависит от избирательного отражения определенных длин волн кристаллической структурой материала, поскольку она изменяется от низкотемпературной кристаллической фазы через анизотропную хиральную или скрученную нематическую фазу до высокотемпературная изотропная жидкая фаза. Только нематическая мезофаза обладает термохромными свойствами; это ограничивает эффективный температурный диапазон материала.
Закрученная нематическая фаза имеет молекулы, ориентированные в слоях с регулярно изменяющейся ориентацией, что дает им периодическое расстояние. Свет, проходящий через кристалл, подвергается дифракции Брэгга на этих слоях, и длина волны с наибольшей конструктивной интерференцией отражается обратно, что воспринимается как спектральный цвет. Изменение температуры кристалла может привести к изменению расстояния между слоями и, следовательно, длины отраженной волны. Таким образом, цвет термохромного жидкого кристалла может непрерывно изменяться от неотражающего (черного) через спектральные цвета до черного снова, в зависимости от температуры. Обычно в высокотемпературном состоянии отражается сине-фиолетовый цвет, а в низкотемпературном состоянии - красно-оранжевый. Поскольку синий цвет имеет более короткую длину волны, чем красный, это означает, что расстояние между слоями уменьшается из-за нагрева через жидкокристаллическое состояние.
Некоторыми такими материалами являются холестерилнонаноат или цианобифенилы.
Смеси с диапазоном температур 3–5 ° C и диапазоном от примерно 17–23 ° C до примерно 37–40 ° C могут быть составлены из различных пропорций холестерилолеилкарбоната, холестерилнонаноат и холестерилбензоат. Например, массовое соотношение 65:25:10 дает диапазон 17–23 ° C, а 30:60:10 дает диапазон 37–40 ° C.
Жидкие кристаллы, часто используемые в красителях и чернилах бывают микрокапсулированными, в виде суспензии.
Жидкие кристаллы используются в приложениях, где необходимо точно определять изменение цвета. Они находят применение в комнатных термометрах, холодильниках, аквариумах и медицине, а также в индикаторах уровня пропана в резервуарах. Популярным применением термохромных жидких кристаллов являются кольца настроения.
. С жидкими кристаллами трудно работать, и для них требуется специальное печатное оборудование. Сам материал также обычно дороже, чем альтернативные технологии. Высокие температуры, ультрафиолетовое излучение, некоторые химические вещества и / или растворители отрицательно влияют на срок их службы.
Пример термохромной футболки. Для изменения синего цвета на бирюзовый использовался фен. 
Еще один пример термохромной футболки. Термохромные красители основаны на смесях лейкокрасителей с другими подходящими химическими веществами, демонстрируя изменение цвета (обычно между бесцветными лейкокрасителями). форма и цветная форма) в зависимости от температуры. Красители редко наносятся непосредственно на материалы; обычно они имеют форму микрокапсул со смесью, запечатанной внутри. Наглядным примером является мода Hypercolor, в которой микрокапсулы с лактон кристаллического фиолетового, слабой кислотой и диссоциируемой солью, растворенной в додеканоле, являются наносится на ткань; когда растворитель является твердым, краситель существует в своей лактоново-лейко-форме, тогда как когда растворитель плавится, соль диссоциирует, pH внутри микрокапсулы понижается, краситель становится протонированным, его лактоновое кольцо открывается, и его спектр поглощения резко смещается, поэтому он становится темно-фиолетовым. В этом случае очевидный термохромизм на самом деле является галохромизмом.
. Наиболее часто используемыми красителями являются спиролактоны, флюоры, спиропираны и фульгиды. Кислоты включают бисфенол A, парабены, производные 1,2,3-триазола и 4-гидроксикумарин и действуют как доноры протонов., изменение молекулы красителя между лейкоформой и протонированной окрашенной формой; более сильные кислоты сделают изменение необратимым.
Лейкокрасители имеют менее точную температурную реакцию, чем жидкие кристаллы. Они подходят для общих индикаторов примерной температуры («слишком холодно», «слишком жарко», «примерно нормально») или для различных новинок. Обычно они используются в сочетании с каким-либо другим пигментом, что приводит к изменению цвета между цветом основного пигмента и цветом пигмента в сочетании с цветом нелейко-формы лейкокрасителя. Органические лейкокрасители доступны для температурного диапазона от -5 ° C (23 ° F) до 60 ° C (140 ° F) в широком диапазоне цветов. Изменение цвета обычно происходит с интервалом 3 ° C (5,4 ° F).
Лейко-красители используются там, где точность температурного отклика не критична: например, новинки, игрушки для ванны, летающие диски и индикаторы примерной температуры продуктов, нагретых в микроволновой печи. Микрокапсулирование позволяет использовать их в широком спектре материалов и продуктов. Размер микрокапсул обычно составляет от 3 до 5 мкм (более чем в 10 раз больше, чем у обычных частиц пигмента), что требует некоторых корректировок в процессах печати и производства.
Применение лейкокрасителей находится в индикаторах состояния батареи Duracell. Слой лейкокрасителя наносится на резистивную полоску, чтобы указать на ее нагрев, таким образом измеряя величину тока, которую может подавать батарея. Полоса имеет треугольную форму, меняя свое сопротивление по длине, поэтому пропорционально протяженный сегмент нагревается силой тока, протекающего через него. Затем длина сегмента выше пороговой температуры для лейкокрасителя становится окрашенной.
Воздействие ультрафиолетового излучения, растворителей и высоких температур сокращает срок службы лейкокрасителей. Температуры выше примерно 200–230 ° C (392–446 ° F) обычно вызывают необратимое повреждение лейкокрасителей; во время производства допускается ограниченное по времени воздействие температуры около 250 ° C (482 ° F) на некоторые типы.
В термохромных красках используется технология жидких кристаллов или лейкокрасителя. После поглощения определенного количества света или тепла кристаллическая или молекулярная структура пигмента обратимо изменяется таким образом, что он поглощает и излучает свет с другой длиной волны, чем при более низких температурах. Термохромные краски довольно часто можно увидеть как покрытие на кофейных кружках, когда горячий кофе наливается в кружки, термохромная краска поглощает тепло и становится цветной или прозрачной, изменяя, таким образом, внешний вид кружки. Они известны как волшебные кружки или кружки, изменяющие тепло.
Термохромная бумага используется для термопринтеров. Одним из примеров является бумага, пропитанная твердой смесью красителя фтор с октадецилфосфоновой кислотой. Эта смесь устойчива в твердой фазе; однако при плавлении октадецилфосфоновой кислоты краситель вступает в химическую реакцию в жидкой фазе и принимает протонированную окрашенную форму. Это состояние затем сохраняется, когда матрица снова затвердевает, если процесс охлаждения проходит достаточно быстро. Поскольку лейкоформа более устойчива при более низких температурах и в твердой фазе, записи на термохромной бумаге с годами постепенно тускнеют.
Термохромизм может проявляться в термопластах, дюропластах, гелях или любых покрытиях. Сам полимер, встроенная термохромная добавка или высокоупорядоченная структура, образованная взаимодействием полимера с введенной нетермохромной добавкой, могут быть источником термохромного эффекта. Кроме того, с физической точки зрения происхождение термохромного эффекта может быть разнообразным. Таким образом, это может происходить из-за изменения свойств отражения, поглощения и / или рассеяния света с температурой. Большой интерес представляет применение термохромных полимеров для адаптивной защиты от солнца. Функция по стратегии дизайна, например применяемые для разработки нетоксичных термохромных полимеров, привлекли внимание в последнее десятилетие.
Термохромные чернила или красители чувствительны к температуре соединения, разработанные в 1970-е годы, которые временно меняют цвет под воздействием тепла. Они бывают двух видов: жидкие кристаллы и лейкокрасители. С красителями Leuco проще работать, и они позволяют использовать их в более широком диапазоне. К таким приложениям относятся: плоские термометры, тестеры батарей, одежда и индикатор на бутылках кленового сиропа, которые меняют цвет, когда сироп Теплый. Термометры часто используются снаружи аквариумов или для получения температуры тела через лоб. Coors Light теперь использует термохромные чернила на своих банках, которые меняют цвет с белого на синий, что указывает на то, что банка холодная.
Практически все неорганические соединения в той или иной степени являются термохромными. Однако в большинстве примеров изменения цвета незначительны. Например, диоксид титана, сульфид цинка и оксид цинка белые при комнатной температуре, но при нагревании меняют цвет на желтый. Аналогично оксид индия (III) имеет желтый цвет и темнеет до желто-коричневого при нагревании. Оксид свинца (II) демонстрирует аналогичное изменение цвета при нагревании. Изменение цвета связано с изменением электронных свойств (уровней энергии, населения) этих материалов.
Более яркие примеры термохромизма обнаружены в материалах, которые претерпевают фазовый переход или демонстрируют полосы переноса заряда вблизи видимой области. Примеры включают
Другие термохромные твердые полупроводниковые материалы включают
Некоторые минералы также являются термохромными; например, некоторые хромовые -содержащие пиропы, обычно красновато-пурпурные, становятся зелеными при нагревании до примерно 80 ° C.
Некоторые материалы необратимо меняют цвет. Их можно использовать, например, для лазерная маркировка материалов.
