基于紫外光致变色的激光无墨打印纸的设计及界面作用对其性能的调控机制

In order to solve the control problem of the interface interaction on discoloration performance in POM-based nano-composite system, POM-based nano-composite system with UV-light photochromism will be synthetized through POM compounded with different kinds of organic polymer or inorganic semiconductor nano-materials. According to POM-based nano-composite system, the ink-free light-printable rewritable paper will be prepared. The influence of the component of nano-composite system, microstructure and the third phase doping on the interface interaction of nano-composite system will be investigated to reveal the control problem of the interface interaction on discoloration performance in the nano-composite system. Combined with the photochromic performance and dynamical model, the intensity of interface interaction in POM-based nano-composite system will be confirmed according to the charge transfer theory, energy level transition theory and interface theory, and the possible interface theory and model about the control of the interface interaction on discoloration performance in POM-based nano-composite system will be also put forward to provide fundamental basis for the establishment of UV-light ink-free light-printable rewritable paper and its application in the field of rewritable paper, etc.

本项目通过杂多酸与不同种类的有机高分子或无机半导体纳米材料复合制备一系列杂多酸基紫外光致变色纳米复合体系，利用杂多酸基紫外光致变色纳米复合体系作为涂层材料构建激光无墨打印纸。针对杂多酸基复合体系中界面间相互作用对变色性能的调控问题，研究纳米复合体系组分、微观结构、第三组分掺杂等因素对复合体系的光致变色性能影响，进而研究复合体系界面作用对紫外光致变色性能的调控。通过确定复合体系界面间相互作用强度，结合光致变色效能和动力学模型，依据电荷转移理论、能级跃迁理论和界面理论，提出杂多酸基紫外光致变色纳米复合体系界面作用对光致变色性能调控的可能界面理论和模型，从而为该系列紫外响应光致变色的激光无墨打印纸张的构建和在可循环利用纸张设计领域的应用提供理论基础。

杂多金属化合物由于其具有光电性能良好等特性，在国内外被人们广泛研究。近年来，研究人员通过各种合成方法将杂多酸引入有机/无机体系中，优化杂多酸基复合材料的化学性能。杂多酸基复合材料拥有光致变色的性能使其在多个领域中均得到应用，而在可循环打印纸方面的应用上研究较少，因此，通过掺杂型HPOM/高分子复合薄膜体系的构建，利用杂多酸基350~400nm 紫外光响应光致变色纳米复合体系构建可循环利用纸张是本项目的一大亮点。.分别选用不同种类杂多酸和聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚乙二醇等构建复合薄膜体系。在磷钼酸/聚乙烯吡咯烷酮复合薄膜的基础上，掺杂磷钨酸、碳点及纳米银粒子对复合膜进行感光临界点的改性。利用透射电子显微镜（TEM）、X射线电子能谱（XPS）、红外吸收光谱（FT-IR）、紫外-可见吸收光谱（UV-vis）等表征手段，对复合薄膜进行结构、元素组成和光照前后价态变化进行分析。利用杂多酸基350~400nm 紫外光响应光致变色纳米复合体系构建可循环利用纸张。研究纳米复合体系组分、微观结构、第三组分掺杂等因素对可循环利用纸张的性能影响，进而研究复合体系界面作用对紫外光致变色性能的调控。通过确定复合体系界 面间相互作用强度，结合光致变色效能和动力学模型，依据电荷转移理论、能级跃迁理论和界面理论，提出杂多酸基紫外光致变色纳米复合体系界面作用对光致变色性能调控的可能界面理论和模型。.在可见光照下，复合薄膜由无色变为蓝色，15min后达到光照饱和状态，复合薄膜在重复着色-消色10次后，仍具有良好的光致变色性能；XPS结果表明复合膜光照前后Mo5+/Mo比例（0.21→0.60）及W5+/W比例（0→0.34）明显增加，光照后发生光还原反应。通过多种组分复合溶液制得的可循环打印纸性能强于磷钼酸/聚乙烯吡咯烷酮溶液制得的可循环打印纸，可循环打印纸仅3天便完全褪色；以聚乙二醇充当纸张表面的保护层，可减缓复合材料被空气氧化褪色，至第6天完全褪色。在多次擦除-重写试验下，图案仍清晰，纸张具有良好的稳定性。