三氧化钨电致变色薄膜

三氧化钨电致变色薄膜

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M_xWO₃在M_xWO₃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^-→M_xWO₃（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H_XWO₃。

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。