三氧化鎢電致變色薄膜

氧化鎢

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MxWO3在MxWO3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-→MxWO3(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HXWO3

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。

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