电致变色

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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。

关于WO3薄膜的电致变色机理,目前引用最广泛的就是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<x<1,例如H+注入后形成HxWO3。

利用WO3的电致变色效应,研究人员已将其制备成各种电致变色器件应用于实际生活中。电致变色器件具有许多优良特性,如透光率可在较大范围内连续变化(实用化需达到4:1以上),并可由人工随意调节;驱动电压低(1~2V),且电源简单,耗电省;在显示上无视角限制,有存储功能且存储时不消耗电能等。这些特性使得三氧化钨电致变色材料在光学信息和储存显示器、军事伪装、特种智能窗等方面有着广泛的应用前景。另外,在外加脉冲电压作用下,WO3可以在无色和深蓝色之间可逆变化,因而也可用作光致开关。

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