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电致变色技术研究进展和应用

韦友秀;陈牧;刘伟明;厉蕾;张官理;颜悦

【摘要】经过多年的研究和发展,电致变色技术已被应用于建筑窗、汽车防眩后视

镜、飞机舷窗等领域.本文概述了电致变色器件的结构、工作原理、材料分类、以

及特性要求,阐述了电致变色薄膜的制备方法和实现应用的技术要求,并总结分析了

国内外发展状况和必威体育精装版进展.将电致变色应用在能源领域达到节约能耗的效果,极具

社会意义和商业价值,是其发展过程的里程碑.目前,探索时间成本和经济效益双赢的

技术路线和工艺流程,拓展应用领域(与其他技术相结合)并开发出相关的实用性产品

将为电致变色技术重要的发展趋势.具有工业前景的湿化学方法有降低成本,提高效

率的优势,将成为实现该项技术普及化的研究热点,另外,电解质层材料的研发和制备

也会成为研究发展中的核心技术.

【期刊名称】《航空材料学报》

【年(卷),期】2016(036)003

【总页数】16页(P108-123)

【关键词】电致变色;智能窗;节能环保;柔性器件;自供能电致变色器件

【作者】韦友秀;陈牧;刘伟明;厉蕾;张官理;颜悦

【作者单位】北京航空材料研究院透明件研究所北京市先进运载系统结构透明件工

程技术研究中心,北京100095;北京航空材料研究院透明件研究所北京市先进运载

系统结构透明件工程技术研究中心,北京100095;北京航空材料研究院透明件研究

所北京市先进运载系统结构透明件工程技术研究中心,北京100095;北京航空材料

研究院透明件研究所北京市先进运载系统结构透明件工程技术研究中心,北京

100095;北京航空材料研究院透明件研究所北京市先进运载系统结构透明件工程技

术研究中心,北京100095;北京航空材料研究院透明件研究所北京市先进运载系统

结构透明件工程技术研究中心,北京100095

【正文语种】中文

【中图分类】O484

电致变色(Electrochromic,EC)材料的特征是在外电压驱动下，其光学性能发生可

逆和持久稳固的变化[1-2]，外观上表现为颜色变化，由电致变色材料组成的器件

称为电致变色器件(ElectrochromicDevice,ECD)。电致变色的起源可追溯到19

世纪60年代，Deb[3]于1969年首次发表了关于三氧化钨(WO3)薄膜形貌的文章，

发现其具有电致变色性能，并提出了“氧空位色心”机理。70年代出现了大量关

于无机电致变色材料和变色机理的报告，Malyuk等[4]在1974年的报道中引用了

关于电致变色氧化铌(NbO)薄膜的前苏联专利，这将电致变色首次发现的时间推回

到了1963年。在此时期电致变色技术主要应用在显示器领域中，当液晶显示器开

始占领市场后，人们对电致变色的兴趣逐渐减弱。到了80年代，有机电致变色材

料的报道[5]大幅出现，由于有机电致变色材料(包括金属螯合有机材料)容易进行分

子设计，颜色变化种类多，变色响应速度快，可加工制备成柔性器件，而且价格便

宜，这些优势使电致变色显示器又恢复了生机。

1984年，美国科学家Lampert和瑞典科学家Granqvist提出了一种以电致变色

膜为基础的新型节能窗[6]，即灵巧节能调光窗(smartwindow),并首次进行了试

验探索，成为电致变色研究的另一个里程碑。此后电致变色技术在建筑物门窗中的

应用成为新的研究热点[7-10]，通过改变窗户的颜色，调控太阳光入射量，大幅度

降低室内控温设备的能耗，从而提高能源利用率。因为应用于建筑物的能源消耗占

世界总能源消耗的30%～40%[11]，这些能源主要用于建筑物内部的供暖、散热、

通风和电器等。大部分工业化国家建筑能源的消耗处于消耗比例区间的上半部分，

例如，美国将近39%[12-13]。考虑到热量逸散，窗户是建筑中的薄弱环节。为了

提高舒适度，窗户面积越做越大，在一些商业建筑中，窗户占据的面积与墙体面积

相当，有很大一部分能源是通过玻璃扩散产生能源浪费，降低窗户能耗成为市场需

求。

1978年，美国Tnterqane公司将Low-E玻璃应用在建筑物中，Low-E玻璃主要

特性是反射红外光透过可见光，起到隔热透光的效果，从而消弱室内和室外的热能

量交换，但该技术不能动态调节室内外的能量传递。而电致变色窗

(ElectrochromicWindow,ECW)通过调节可见光和近红外光波的透过率，人为

选择性地调节室外光线到室内的辐射量，从而改变室内的温度[14]，ECW