1、电致变色薄膜综述摘 要 ： 电 致 变 色 是 指 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 ， 电致变色材料是一种新型功能材料，在信息、电子、能源、建筑以及国防等方面都有广泛的用途。用 电 致 变 色 材 料 做 成 的 器 件 称 为 电 致 变 色 器 件 。 本文较全面的评述了电致变色材料的研究发展过
2、程，并介绍了电致变色材料在现实中的应用。关键词：氧化镍，薄膜，电致变色，热处理1. 概述随着现代科技的飞速发展，材料的变革与发展日新月异。每一次材料的革新都与人们的生活息息相关，特别是对功能性材料，人们的需求也在不断的增加，电致变色材料就是其中一种。变色现象是指物质在外界环境的影响下，产生的一种对光的反应的改变，这种现象普遍存在于自然界。可逆变色现象就是物质可在一定的外界条件下，改变颜色或复原。根据导致变色条件的不同，变色材料大致可分为三类：光致变色、电致变色、热致变色和溶剂致变色 1。电致变色就属于变色现象的一种，它具有广泛的用途。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
3、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。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
4、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。电致变色经过半个世纪的发展，已经取得了许多有效的成果，并且在某些领域已经投入使用，随着科学技术的不断发展电致变色材料及其器件一定会发挥更重要的作用。2. 电致变色材料电致变色材料能在外加较低的驱动电压或电流作用下，发生可逆的颜色变化，是材料的价态和组分发生可逆的变化，使材料的光学性能发生改变或者保持改变，同时电致变色材料还需要有很好的离子导电性，较高的对比度、变色效率和循环周期等电色性能。电 致 变 色 材 料 分 为 无 机 电 致 变 色 材 料 和 有 机 电 致 变 色 材 料 2。 无 机 电致 变 色 材 料 的 典 型 代
5、表 是 三 氧 化 钨 ， 目 前 ， 以 WO3 为 功 能 材 料 的 电 致 变 色器 件 已 经 产 业 化 。 而 有 机 电 致 变 色 材 料 主 要 有 聚 噻 吩 类 及 其 衍 生 物 、 紫 罗 精类 、 四 硫 富 瓦 烯 、 金 属 酞 菁 类 化 合 物 等 。 以 紫 罗 精 类 为 功 能 材 料 的 电 致 变 色材 料 已 经 得 到 实 际 应 用 。在实际应用当中，尤其是制备电致变色器件，电致变色材料一般来说应满足以下要求：(1)具有良好的电化学氧化还原可逆性；(2)快速的变色响应；(3)颜色的可逆变化；(4)颜色变化的高度灵敏；(5)有较高的循环寿命；
6、(6)有一定的存贮记忆功能；(7)稳定的化学特性。3. 电致变色器件简介电致变色器件(ECD)就是利用物质的电致变色效应，以电致变色层为基础，辅以其它相关层和结构而构成的器件。其具有视角宽、驱动电压低、无功耗记忆等独特优点，电致变色器件的典型结构如图 1-1。图 1-1 电致变色器件的结构图上图由上至下分别是玻璃衬底，透明导电层，电致变色层，离子导体层，离子贮藏层，透明导电层，玻璃衬底。目 前 ， 已 经 产 业 化 的 电 致 变 色 器 件 有 一 下 几 类 ： 电 致 变 色 智 能 调 光 玻 璃 、电 致 变 色 显 示 器 、 汽 车 自 动 防 眩 目 后 视 镜 3。电 致
7、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 。图 1-2 为调光玻璃(电致变色玻璃)电 致 变 色 材 料
8、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
9、 作 用 ， 使 驾 驶 更 加 安 全 。图 1-3 为自动防眩目后视镜4. 电致变色材料国内外发展现状早在 20 世纪 30 年代就有关于电致变色的初步报道 4-6。从 20 世纪 60 年代国外学者 Plant 首先提出电致变色概念以来，电致变色现象引起了人们的广泛关注。下面介绍一下电致变色的发展历史。 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
10、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
11、 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
12、 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 。5. 电致变色材料研究的目的和意义近年来，电致变色材料作为目前最有应用前景的智能材料之一而被广泛研究。其中无机金属氧化物研究的最为充分，尤其是 WO3和 NiOx。
13、现在已有很多电致变色材料制备的材料应用于市场，但是仍有一些问题需要进一步的改善，使用溅射法制备的氧化镍薄膜，电化学特性比较稳定，重复性好，而且薄膜附着性强，成本较低，如实现器件全固态化则可以适应大规模的工业生产及应用。参考文献1 李天文，刘鸿生，Modern Chemical IndustryJ, 2004, 24(2), 62, 64, 702 冯博学,陈 冲,何毓阳, 电致变色材料及器件的研究进展J,功能材料，2004，2(35)，145-1503 H.J.Byker, Electro Jchim. Acta, 46, (2001), 20154 O.Glemser and H.Snner, Z Anorg.Allg. Chem.M, 1943, 252:1445 O.Glemser and C.Naumann, Z Anorg.Allg. ChemM., 1951, 265:2886 J.R.PlattJ, J.chem. phys. 1961, 34(3):862
