三氧化鎢電致變色薄膜

三氧化鎢電致變色薄膜

電致變色（Electrochromism, EC）是材料在外電場作用下自身顏色發生可逆變化的現象，研究發現許多過渡族金屬氧化物具有電致變色特性，這些金屬氧化物按著色方式可分為還原過程陰極著色材料（如W、Mo、V、Nb和Ti的氧化物）和氧化過程陽極著色材料（如Ir、Rh、Ni、和Co等氧化物）。其中，WO₃是研究得最多的一種陰極著色電致變色材料。

關於WO₃薄膜的電致變色機理，目前引用最廣泛的就是Faughnan提出的價間躍遷理論，即因外加電場的作用，電子和陽離子礦分別從薄膜兩側同時注入WO₃中，電子被W原子俘獲形成局域態，金屬離子M⁺則駐留在此區域形成深藍色鎢青銅化合物M_xWO₃在M_xWO₃中存在不同價態的W離子，電子在鄰近不同價態W原子之間的躍遷導致WO₃薄膜顏色發生變化。其電化學過程如下式所示：

WO₃(無色) +xM⁺+xe^-→M_xWO₃（深藍色）
式中M一般為H、Li、Na 、Ag等，0＜x＜1，例如H+注入後形成H_XWO₃。

利用WO₃的電致變色效應，研究人員已將其製備成各種電致變色器件應用於實際生活中。電致變色器件具有許多優良特性，如透光率可在較大範圍內連續變化（實用化需達到4:1以上），並可由人工隨意調節；驅動電壓低（1~2V），且電源簡單，耗電省；在顯示上無視角限制，有存儲功能且存儲時不消耗電能等。這些特性使得三氧化鎢電致變色材料在光學資訊和儲存顯示器、軍事偽裝、特種智能窗等方面有著廣泛的應用前景。另外，在外加脈衝電壓作用下，WO₃可以在無色和深藍色之間可逆變化，因而也可用作光致開關。