相较于光致变色和电致变色玻璃，力致变色玻璃和气致变色玻璃在当前虽有一定的市场应用，但知名度和流行度相对较低。本期大课堂就为大家从多个方面详细介绍这两种变色玻璃。
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力致变色玻璃是一种在玻璃表面施加压力（如挤压力、弯曲力等等），能够使玻璃内部的特定材料发生结构变化，从而改变颜色的玻璃。在受力变色的过程中，不同方向的外力可能会对玻璃的颜色产生不同的影响。这种变化通常是可逆的，即当外力消失后，玻璃能够恢复到原来的颜色状态。
力致变色材料不同作用力和压强下的不同颜色状态
当前力致变色玻璃的应用并不普遍，因其功能和特性，被较多应用于工业领域。例如，在某些高风险工作环境中（机械加工厂或化学实验室），这种玻璃被用作安全警示标识，使得标识具有直观、醒目的特点，从而提醒工作人员注意安全，有助于减少安全事故的发生；还能在工业自动化生产线、汽车制造厂等场景中，被用作压力传感器，可检测和记录压力的大小和分布。
力致变色玻璃的主要材料是一些在外力作用下能够改变其光学性质的特殊物质，如光子晶体水凝胶、力致变色聚合物材料或其他复合材料。目前，一般的力致变色技术需要材料达到15%以上的拉伸应变，才能有效改变透光率。这意味着对一米宽的窗户而言，材料必须被拉伸超过15厘米，才能实现显著的光学调节，极大限制了实际应用。
针对这一问题，一种通过厚度方向压力激活的新型变色薄膜被提出。当没有施加压力时，硅弹性体中的微孔会散射光线，使薄膜呈乳白色；在压缩作用下，孔洞闭合，薄膜则迅速变得透明。通过将激活方式从传统的平面拉伸改为厚度压缩，这项技术巧妙地将光学调节与横向尺寸解耦，仅需0.05毫米的微小变形，就能实现动态光学调节，不再受窗户尺寸限制。
力致变色玻璃中的薄膜以简单的成分、低廉的成本和极快的响应速度脱颖而出，在性能等方面的研究取得了令人惊叹的成就，然而还有一些亟待解决的科学问题。
譬如，力致变色材料往往依赖于弹性聚合物组分，然而该组分的折射率一般较低，导致最终材料中折射率差不足，反射强度及色彩纯度都受到了限制；在大面积制备力致变色材料的同时，如何保持材料的结构完整性和高的色彩纯度；如何将该类材料与光学检测器件、计算机等设备结合，以进一步实现光学信号的准确读出及后续精细分析。
力致变色材料变色效果示意图
未来，通过不断的研究创新和技术进步，力致变色玻璃将会得到进一步的发展空间。
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气致变色是指材料在接触到某些气体后，因发生可逆化学反应而导致材料对特定波长光波的吸收发生变化，从而产生显色效应。
这种玻璃通常包含一层或多层对气体敏感的材料，如三氧化钨等。除此之外，某些高性能的气致变色玻璃可能还包含着一层很薄的铂（Pt）或钯（Pd）催化剂层。
三氧化钨
当前，气致变色玻璃主要应用于一些特殊场景，例如作为安全预警系统的一部分，被用于环境检测设备中，起到检测并指示有害气体（如氢气、一氧化碳等）的存在。
当这些敏感材料接触到气体（如氢气等）时，会发生化学反应，导致材料的电子结构发生变化，进而改变其对光的吸收特性，使玻璃呈现出不同的颜色。
三氧化钨遇不同浓度的氢气的不同颜色状态
当氢气（H2）被引入时，氢分子被催化剂转化为氢原子，并扩散至WO3薄膜中，使其从无色变为深蓝色（钨青铜结构HWO）。当空气或氧气被引入时，钨青铜结构发生氧化还原反应，生成水，氢原子从中退出，薄膜颜色由蓝色变回无色。
气致变色玻璃的研究和发展面临着多方面的挑战，同时也涌现出了一些创新研究。
原理与材料选择的限制
反应速度与精度的控制
成本与应用范围的局限
本期关于变色玻璃系列的知识科普就到此完结，下一期大课堂将带您认识一种被称为“金属玻璃”的全新材料，敬请期待~如果您对其他玻璃知识感兴趣，同样欢迎您给我们建议留言！
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