氧化钨电致变色薄膜

◆早在20世纪30年代就有关于电致变色的初步报道。

◆20世纪60年代，Plant在研究有机染料时发现有电致变色的现象，并进行了研究。

◆1969年，S.K.Deb首次使用无定形WO3薄膜制备了电致变色器件，并提出了“氧空位色心”机理。

◆20世纪70年代，出现了大量有关电致变色机理和无机电致变色材料的报道。

◆80年代末以来，新型有机电致变色材料合成和电致变色器件的制备成为一个日益活跃的研究领域。这期间，美国科学家C.M.Lampert和瑞典科学家C.G.Granqvist等人提出了以电致变色膜为基础的一种新型节能窗，即灵巧节能调光窗(Smart window)，成为电致变色研究的另一个里程碑。

◆1999年，Stadt Sparkasse储蓄银行为德国德累斯顿的一座新建筑物。这座大楼拥有欧洲第一面用电致变色玻璃制成的可控制外墙。

◆2004年1月，英国伦敦的瑞士再保险大厦玻璃幕墙使用电致变色技术。

◆2005年1月，法拉利Superamerica敞篷跑车的挡风玻璃和顶棚玻璃采用了电致变色技术。

◆2008年7月，波音787客机客舱窗玻璃淘汰了机械式舷窗遮阳板，采用了电致变色技术。

◆2009年10月，国内首个关于电致变色的综合性网站电致变色网成立。

◆2009年12月15日，波音787梦幻客机试飞成功。

关于WO3薄膜的电致变色机理，引用最广泛的就是Faughnan提出的价间跃迁理论，即因外加电场的作用，电子和阳离子矿分别从薄膜两侧同时注入WO3中，电子被W原子俘获形成局域态，金属离子M 则驻留在此区域形成深蓝色钨青铜化合物MxWO3"在MxWO3中存在不同价态的W离子，电子在邻近不同价态W原子之间的跃迁导致WO3薄膜颜色发生变化。其电化学过程如下式所示：

WO3(无色) xM xe→MxWO3（深蓝色）

式中M一般为H、Li、Na、Ag等，0

电致变色（Electrochromism, EC）是材料在外电场作用下自身颜色发生可逆变化的现象，研究发现许多过渡族金属氧化物具有电致变色特性，这些金属氧化物按着色方式可分为还原过程阴极着色材料（如W、Mo、V、Nb和Ti的氧化物）和氧化过程阳极着色材料（如Ir、Rh、Ni、和Co等氧化物）。其中，WO3是研究得最多的一种阴极着色电致变色材料。

电致变色材料要求具有良好的离子和电子导电性、较高的对比度、变色效率、循环周期、写/擦效率等电致变色性能。按其结构和电化学变色性能可以分为两类：一类是无机电致变色材料，其光吸收变化是因离子和电子的双注入/抽取引起，其性能优越稳定；另一类是有机电致变色材料，其光吸收变化来自氧化还原反应，因色彩丰富，易进行分子设计而受到青睐。

无机电致变色材料

无机电致变色材料多为过渡金属或其衍生物。过渡金属氧化物中金属离子的电子层结构不稳定，在一定条件下价态发生可逆转变，形成混合价态离子共存的状态。随离子价态和浓度的变化，颜色也发生变化。根据变色特性又可以分为三种：还原态着色材料、氧化态着色材料和氧化/还原态均着色材料。

无机电致变色材料因具有化学稳定性好、与基板的粘附牢固、制备工艺简单、抗辐射能力强、容易实现全固化等优点，故仍是人们研究的重点；实用化前途最好的WO3是人们研究最多也是研究最为详尽的材料。

有机电致变色材料

有机电致变色薄膜种类相对较多，同无机电致变色薄膜相比具有以下优点：成本低廉；循环可逆性好；光学性能好，颜色变换快；一般为多变色，即随着氧化还原反应的进行，由一种颜色变为其它几种颜色。但有机电致变色材料也存在化学稳定性不好，抗辐射能力差，与基板无机材料粘附不牢等缺点。按材料结构可将有机电致变色材料划分为三类：氧化一还原型有机电致变色材料、导电聚合物有机电致变色材料和金属有机鳌合物电致变色材料。

氧化还原型化合物

这类材料包括具有可逆电化学氧化还原性质、氧化态和还原态在不同可见光频率下具有相当大的摩尔吸收系数（也可以其中之一对可见光不吸收）的有机化合物。一般来说，这类化合物由一定长度的共扼键（环）结构和给电子的杂原子两部分组成，当中以杂原子化合物居多。

金属有机鳌合物

过度金属离子与多配位基配体形成鳌合物时，金属离子的d轨道受配体的作用分裂成能级较低的t_2g轨道和能级较高的e_g轨道，这两种轨道间的能级差（晶体场分裂能Δ）大都落在可见光能级范围内，从而使金属鳌合物呈现Δ的互补色。稀土钛菁属于此类化合物，它的结构式比较复杂，分子式可以缩写为ReH(Pc)2。最引人注目的是镥钛菁LuH(Pc)2，它可以在外加电压下由绿色氧化成红色或还原为蓝色和紫色。这种化合物的薄膜需通过真空方法制备，其特点是响应速度快，温度范围宽，但开关寿命不长。

导电聚合物

许多共扼聚合物被小分子搀杂后具有很高的导电性，掺杂剂种类和掺杂浓度除决定导电性外还支配颜色变化。如聚毗咯、聚唾吩、聚苯胺等这类材料是用于显示器件最多的一类有机物，因为这些材料不仅是多变色材料（即随氧化还原反应的进行，由一种颜色变到另一种颜色乃至多种颜色），而且可以通过电沉积和涂膜及喷洒等方法成膜，无须真空条件。

电致变色薄膜器件在未来建筑及日常生活中有着重要的应用前景。该项目的研究主要集中在电致变色的变色机理，电致变色器件中各种薄膜的制备工艺及结构特性，测试系统与整体器件的制作等方面。项目的研究成果主要体现在：提出了变色薄膜与存贮层的离子注入与存贮阀值的概念，并从实验上测试分析了该阀值在器件合成中的重要作用；从表面电位势的测试，给出了器件结构上变色薄膜与离子存贮薄膜的厚度匹配条件，并建立了电致变色薄膜与器件的电光、电化学自动测试系统；研究了各种薄膜的制备工艺和结构特性与着色深度及寿命的关系；研制出了性能良好的半固态透射式和全固态反射式电致变色薄膜器件，为今后大样研制奠定了基础。 2100433B

电致变色是材料的光学属性（反射率、透过率、吸收率等）在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。具有电致变色性能的材料称为电致变色材料，用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件。

电致变色材料一个很好的例子是聚苯胺，聚苯胺可以通过电化学过程或者苯胺的化学氧化过程来形成。 如果把电极浸入含有低浓度苯胺的盐酸溶液中， 在电极上就会产生聚苯胺薄膜。根据不同的氧化态，聚苯胺可以呈现为浅黄色或者深绿/黑色。其它找到技术应用的电致变色材料包括紫罗碱和en:polyoxotungstate。更多的电致变色材料包括氧化钨(WO₃)，它的主要化学用途是制作电致变色窗或者智能窗。

由于颜色改变的持久稳固且仅在产生改变时需要能量，电致变色材料被用于控制允许穿透窗户（"智能窗"）的光和热的总量，也在汽车工业中应用于根据各种不同的照明条件下自动调整后视镜的深浅。紫罗碱和二氧化钛（TiO₂）一起被用于小型数字显示器的制造。它很有希望取代液晶显示器，因为紫罗碱（通常为深蓝）与明亮的钛白色有高对比度，因此提供了显示器的高可视性。

电致变色智能玻璃在电场作用下具有光吸收透过的可调节性，可选择性地吸收或反射外界的热辐射和内部的热的扩散，减少办公大楼和民用住宅在夏季保持凉爽和冬季保持温暖而必须消耗的大量能源。同时起到改善自然光照程度、防窥的目的。解决现代不断恶化的城市光污染问题。是节能建筑材料的一个发展方向。 电致变色材料具有双稳态的性能，用电致变色材料做成的电致变色显示器件不仅不需要背光灯，而且显示静态图象后，只要显示内容不变化，就不会耗电，达到节能的目的。电致变色显示器与其它显示器相比具有无视盲角、对比度高等优点。 用电致变色材料制备的自动防眩目后视镜，可以通过电子感应系统，根据外来光的强度调节反射光的强度，达到防眩目的作用，使驾驶更加安全。 电致变色智能玻璃能以较低的电压（2-5V）和较低的功率调节汽车、飞机内部的光线强度，使旅途更加舒适。 目前，电致变色调光玻璃已经在一些高档轿车和飞机上得到应用。

电致变色是指在电场作用下，材料发生可逆的变色现象。电致变色实质是一种电化学氧化还原反应，反应后材料在外观上表现出颜色的可逆变化。例如聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等及其衍生物，在可见光区都有较强的吸收带。同时，在掺杂和非掺杂状态下颜色要发生较大变化，其中中性态是稳定态。导电聚合物既可以氧化(p型)、掺杂，也可以还原(n型)掺杂。在作为电致变色材料使用时，两种掺杂方法都可以使用，但以氧化掺杂比较常见。掺杂过程可以由施加电极电势来完成。其中材料的颜色取决于导电聚合物中价带和导带之间的能量差，以及在掺杂前后能量差的变化。

电致变色材料是指在外电场及电流的作用下，可发生色彩变化的材料即为电致变色材料。其本质是材料的化学结构在电场作用下发生改变，进而引起材料吸收光谱的变化。根据颜色变化的过程分类，可分为颜色单向变化的不可逆变色材料，以及更具应用价值的颜色可以双向改变的可逆变色的材料。