电致变色材料综述.docx

电致变色材料制备技术综述 电致变色材料概述 电致变色是在电流或电场的作用下，材料发生可逆的变色现象。早在本世纪30年代就有关于电致变色的初步报道。60年代，Pkat在研究有机染料时，发现了电致变色现象并进行了研究。1969年，Deb发现在施加电压的情况下，MoO3和WO3具有电致变色效应，Deb在此基础上进行了深入的研究并研制出了第一个薄膜电致变色器件。电致变色材料因为在智能窗（smart window）、汽车防炫后视镜、电致变色显示器等方向具有巨大的潜在应用价值，正受到越来越多的关注。波音公司必威体育精装版的波音787梦想客机上就使用了电致变色旋窗设计，电致变色也正在走向产业化，具有广阔的市场前景。 目前电致变色材料主要包括两种，即无机电致变色材料和有机电致变色材料。许多过渡金属氧化物具有电致变色效应。普遍认为无机电致变色材料由于电子和离子的双注入和双抽出发生氧化还原反应而具有电致变色效应。根据材料是在氧化态或者还原态着色可分为还原态着色电致变色材料如W、Mo、V、Nb和Ti的氧化物和氧化态着色电致变色材料如Ir、Rh、Ni和Co等的氧化物。有些材料如V、Co和Rh的氧化物在氧化态和还原态均会呈现不同的颜色。普鲁士蓝也是一种具有多种变色特性的电致变色材料，能在暗蓝色、透明无色(还原时)、淡绿色(氧化时)等颜色之间转变。有机电致变色材料包括氧化还原型化合物如紫罗精，导电聚合物如聚苯胺、聚噻吩和金属有机螯合物如酞花菁等。无机电致变色材料由于化学稳定性好，制备工艺简单等优点，是人们研究的重点，WO3作为最早发现的一种电致变色材料，由于性能优越，价格低廉等优点，是研究最为详细的一种电致变色材料。 目前对电致变色材料性能的研究主要集中在四点： 1.颜色和对比度的提高，包括变色对比度的提高和变色光谱的展宽，例如将铌氧化物和ITO纳米晶复合，使材料同时具备对可见光和近红外光电致变色的效应。 2.变色效率，电致变色薄膜的吸光度的变化值与所注入的电荷直接相关，变色效率即电致变色薄膜的吸光度的变化值与单位面积所注入的电荷的比值。变色效率越高，即能用更低的电量实现更高效的变色控制。 3.响应时间，指的是电致变色材料或器件从着色态(或褪色态)转换到褪色态(或着色态)所需的时间。对于大多数材料和器件来说，响应时间一般在数秒到数十秒的范围。提高响应时间可以使电致变色材料应用于快速显示领域。 4.循环寿命，电致变色材料在着色态和褪色态之间循环交替时，会由于性能的衰减而逐渐失效。一般来说，商用器件的循环寿命至少要达到10万次，但是目前研究的很多电致变色材料，循环性能尚是其一大短板。 电致变色材料的制备技术 真空蒸镀沉积 真空蒸发是把待镀膜的基片置于高真空室内，通过加热蒸发容器，使容器中的蒸发材料汽化（或升华），形成蒸气流，沉积到基片表面形成薄膜的一种材料制备工艺。早期的氧化钨电致变色薄膜多是通过真空蒸发沉积制备的。东南大学的陈国平[1]等人利用电子束电子束蒸发制备氧化钨薄膜，蒸发材料用高纯WO3粉末压制成柱状，基片采用ITO玻璃，蒸发前蒸发室内压强低于3.3×10-3Pa，基片温度50℃，电子束流 11mA，膜的沉积速率为4.5nm/min，膜厚300nm。刚沉积的膜呈蓝色，将它在340℃下热处理35min，薄膜由蓝色变为淡黄色。测得薄膜在漂白态的平均透射率为79.6%，着色态时为17.5%，但循环寿命不超过500次。浙江大学的饶峰[2]等人通过电子束蒸发沉积了氧化钨和氧化镍薄膜。蒸发材料分别为含量为99.99%的氧化钨粉末烧结的圆柱体和含量为99.99%的氧化镍颗粒，基板为ITO玻璃。在真空度为2×10-3Pa下，基板温度为80℃，分别获得了无定型的氧化钨和氧化镍薄膜，进一步热处理可以得到结晶的电致变色薄膜。 溅射沉积 溅射沉积是目前使用的最多的沉积法制备电致变色薄膜的方法。重庆大学的施萍萍[3]等人以纯钨和纯钼靶为靶材，采用反应磁控溅射工艺在ITO玻璃上沉积了WOx和WOx:Mo薄膜。工作气体为纯度99.95%的Ar气；反应气体为纯度99.50%的O2气,溅射温度为室温，总气压保持在1Pa。调节氧分量，发现氧分量对薄膜着色能力的影响显著。浙江大学的袁想洋[4]等人选用纯度为99.99%的钨靶，也采用直流反应磁控溅射法制备得到了WO3薄膜，同样发现氧气分压对氧化钨薄膜的颜色有重要影响，同时发现改变靶基距离对于三氧化钨薄膜表面结构及电致变色性能的影响，是十分显著的，靶基距离较近时，由于沉积原子能量越大，所制备的薄膜表面更加致密，不利于离子进出，影响了电致变色性能。兰州大学的冯博学[5]等人采用纯度为99.9%的三氧化钨粉末粘成靶材，在Ar+O2的混合气氛中,在ITO透明导电玻璃衬底上,射频溅射制备了非晶WO3膜，基底温度为110℃左右，溅射气氛为Ar+O2的混合气氛