Photochromie ist eine reversible Farbänderung, insbesondere ein Prozess, der eine Farbänderung in Gegenwart von ultraviolettem (UV), sichtbarem und infrarotem (IR) Licht beschreibt. Dieses Phänomen tritt häufig bei Übergangsgläsern auf, bei denen es sich um Brillengläser handelt, die bei Sonnenlicht im Freien dunkel und bei Innenlicht klar werden. Eine photochrome Substanz zeigt eine Farbänderung unter bestimmten Lichtarten, zum Beispiel dem UV-Sonnenlicht, das Übergangslinsen aktiviert. Das Phänomen tritt aufgrund der Absorptionseigenschaften von molekularem Material als Reaktion auf Wellenlängenstrahlung auf. Verschiedene Materialien können mit ihren eigenen charakteristischen Transmissionsspektren reagieren, die sich in Gegenwart von Lichtschwankungen verändern.
Ein genaues Verständnis des Phänomens wurde erstmals 1864 von dem deutsch-jüdischen organischen Chemiker Dr. Willi Marckwald (1950–1899), der auch Willy Markwald hieß, entdeckt und bis in die 1950er Jahre als Phototropie bezeichnet. Ihm wird auch die Entdeckung von Radium F, einem Isotop des Poloniums von Pierre und Marie Curie, während seiner Amtszeit an der Universität Berlin zugeschrieben. Obwohl das photochrome Phänomen bereits 1867 von anderen beobachtet wurde, hat Marckwald es in seiner Untersuchung des Verhaltens von Benzo-1-naphthyrodin und Tetrachlor-1,2-keto-naphthalinon unter Licht tatsächlich festgestellt.
Einfach ausgedrückt wandelt sich eine chemische Verbindung, die Licht ausgesetzt ist, in eine andere chemische Verbindung um. In Abwesenheit von Licht verwandelt es sich zurück in die ursprüngliche Verbindung. Diese werden als Hin- und Rückreaktionen bezeichnet.
Farbverschiebungen können in organischen und künstlichen Verbindungen auftreten und auch in der Natur vorkommen. Die Reversibilität ist ein Schlüsselkriterium bei der Benennung dieses Prozesses, wobei jedoch irreversible Photochromie auftreten kann, wenn Materialien unter Einwirkung von ultravioletter Strahlung eine dauerhafte Farbänderung erfahren. Dies fällt jedoch unter das Dach der Photochemie.
Zahlreiche photochrome Moleküle werden in mehrere Klassen eingeteilt; diese können unter anderem Spiropyrane, Diarylethene und photochrome Chinone umfassen. Anorganische Photochrome können Silber, Silberchlorid und Zinkhalogenide umfassen. Silberchlorid ist die Verbindung, die typischerweise bei der Herstellung von photochromen Linsen verwendet wird.
Andere Anwendungen der Photochromie finden sich in der supramolaren Chemie, um molekulare Übergänge durch Beobachtung charakteristischer photochromer Verschiebungen anzuzeigen. Die dreidimensionale optische Datenspeicherung verwendet Photochromie, um Speicherplatten zu schaffen, die ein Terabyte an Daten oder im Wesentlichen 1,000 Gigabyte aufnehmen können. Viele Produkte nutzen diese Veränderung, um attraktive Features für Spielzeug, Textilien und Kosmetik zu schaffen.
Die Beobachtung photochromer Banden in bestimmten Bereichen des Lichtspektrums ermöglicht eine zerstörungsfreie Überwachung lichtbezogener Prozesse und Übergänge. Die Nanotechnologie setzt bei der Herstellung dünner Schichten auf Photochromie. Der Effekt kann mit Farbreaktionen auf der Oberfläche eines Films korrelieren, der in einer Vielzahl von optischen oder materiellen Dünnfilmanwendungen verwendet werden kann; Einsatzgebiete sind beispielsweise die Herstellung von Halbleitern, Filtern und anderen technischen Oberflächenbehandlungen.
Normalerweise basieren photochrome Systeme auf unimolekularen Reaktionen, die zwischen zwei Zuständen mit deutlich unterschiedlichen Absorptionsspektren auftreten. Der Prozess ist oft eine reversible Verschiebung von Wärmestrahlung oder Wärme sowie sichtbarem Spektrallicht. Die Anwendung dieses Phänomens auf Konsumgüter sowie industrielle Technologien beinhaltet die Verknüpfung dieser natürlichen molekularen Veränderungen mit erwünschten Lichttransmissionen und -absorptionen für eine Vielzahl erwünschter Effekte. Das Energieband-Engineering von Produkten und Technologien wird durch diese farbempfindlichen Modifikationen zwischen Licht, Materialien und Elementen erheblich verbessert.