摘  要：電致變色器件在不同電壓作用下具有可逆的光學(xué)性能轉(zhuǎn)換的特征。本文討論了電致變色器件的構(gòu)筑方式和幾種不同應(yīng)用方向的工作原理，綜述了電致變色器件在節(jié)能智能窗、先進(jìn)顯示器、防眩汽車后視鏡等領(lǐng)域的研究和應(yīng)用進(jìn)展。

　　關(guān)鍵詞：電致變色器件; 智能窗; 防眩后視鏡; 顯示器

　　中圖分類號：  O484 　　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：  A      文章編號：2095-0802-(2012)06-00  -00

　　Electrochromic Devices and Their Applications

　　CHEN Sheng*，TANG Li-wei, LIU Hao-dan

　　(College of Light Industry& Textile & Food Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065,Sichuan,China)

　　Abstract: Electro chromic devices (ECDs) exhibit reversible optical behaviors when applying electrical potential. In this paper, the structure and working mechanism of ECDs are discussed. The research and applications of ECDs are reviewed, especially in the fields of smart windows, advanced displays, anti-glaring rearview mirrors.

　　Key words: electro chromic devices; smart windows; anti-glaring rearview mirrors; displays

　　0 引言

　　電致變色( Electrochromism，簡寫為EC)材料在外電場或電流作用下可發(fā)生可逆的光吸收或光散射，從而產(chǎn)生可逆的顏色變化，采用該材料所制備的光電器件稱為電致變色器件（Electrochromic devices，簡寫為ECDs）。自從S. K. Deb于1969年首次發(fā)現(xiàn)WO3 薄膜的電致變色現(xiàn)象以來，人們逐漸發(fā)現(xiàn)和制備了很多具有電致變色性能的材料，使電致變色材料在顯示器件、汽車、軍事偽裝、智能材料、節(jié)能建筑材料等領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景[1,2]。

　　1 電致變色器件應(yīng)用原理

　　經(jīng)過幾十年的發(fā)展，一些電致變色器件已經(jīng)研制成功，有的還處于實驗室階段。電致變色器件的功能主要表現(xiàn)為透射可調(diào)、反射可調(diào)、信息顯示和輻射可調(diào)，如圖2所示[4]。相對應(yīng)的器件大致可以分為節(jié)能智能窗、汽車防眩后視鏡、電致變色顯示器、電磁輻射屏蔽器等。下面就部分器件的工作原理、性能及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹。

　　2 電致變色器件的結(jié)構(gòu)與制備

　　電致變色器件的核心為電致變色材料，在不同的氧化還原狀態(tài)下顯示不同的顏色。圖1為典型的層狀電致變色器件，由2個氧化銦錫透明導(dǎo)電玻璃（ITO玻璃）作電極，兩電極之間由電致變色薄膜層、離子存儲層和離子導(dǎo)電層（溶液、凝膠或固體電解質(zhì)）構(gòu)成[3]。離子導(dǎo)電層可以是電解質(zhì)溶液、具有離子導(dǎo)電性的凝膠或聚合物薄膜。電致變色層是通過真空蒸鍍、磁控濺射、化學(xué)氣相沉積、溶膠凝膠法、電化學(xué)沉積、溶液澆注、噴涂或旋涂等方法制備的具有電致變色性能的無機(jī)或有機(jī)膜材料。離子存儲層一般為金屬氧化物（如NiO或IrO2）或有機(jī)薄膜，一些器件的制備中也選擇能與另一側(cè)電致變色層形成顏色和透過率互補(bǔ)的具有一定電致變色性能的膜材料。電致變色器件一般施加1-2V直流電壓便可產(chǎn)生顏色和透過率的變化，變化發(fā)生后斷開電源，其顏色狀態(tài)可以保持，直到施加另一電壓達(dá)到另一狀態(tài)。

　　3 電致變色器件的應(yīng)用

　　3.1 電致變色汽車防眩后視鏡

　　電致變色汽車防眩后視鏡（安全夜視鏡）是采用圖1.10中b原理設(shè)計的電致變色器件器件，通過改變電致變色層的光吸收來達(dá)到鏡子反射亮度的智能調(diào)節(jié)(如圖5所示[9])，使鏡子周圍的亮光變暗，減少來自鏡子后面強(qiáng)烈的炫光，從而達(dá)到安全駕駛的目的。這種器件是把適當(dāng)?shù)恼承噪娊庖鹤⑷氲綄?dǎo)電玻璃和反射鏡之間，再給電致變色層施加低電壓，就能調(diào)節(jié)鏡子的反射率，使燈光變暗。這種器件是以WO3為陰極變色材料，三苯胺聚合物作為陽極變色材料，目前已經(jīng)商業(yè)化，用于高端汽車觀后鏡。

　　3.12電致變色節(jié)能智能窗

　　采用電致變色材料制備出大面積的可用于建筑窗戶或者汽車天窗的器件被稱為智能窗（Smart Window），其工作原理如圖2（a）所示，能夠根據(jù)使用者的需要調(diào)節(jié)內(nèi)部的光線。它有兩種基本結(jié)構(gòu)[5]：一種是夾層式，即在兩層透明導(dǎo)電玻璃上的變色層和存儲層之間注入一層聚合物離子導(dǎo)體層；另一種是單片式結(jié)構(gòu)，即在導(dǎo)電玻璃襯底上依次鍍上離子存儲層、離子導(dǎo)體層、電致變色層和透明導(dǎo)電層。這兩種結(jié)構(gòu)均可在通以小電壓(1 V～5 V) 的情況下發(fā)生褪色(光透射率>60%)和著色(光透<15%)的可逆變化，從而動態(tài)的調(diào)節(jié)室內(nèi)的光熱性能，節(jié)約了因為加熱或冷卻室溫而消耗的大量電能，也充分得利用了太陽能，使室內(nèi)變得舒適。美國Gentex公司制造出了1×2m2的大面積智能窗（圖3）[6]。

　　3.3 電致變色顯示器

　　電致變色顯示器是采用電致變色材料為顯色基材所制備的顯示器件，與其它顯示器相比具有無視盲角、對比度高，易實現(xiàn)灰度控制、制造方便、工作溫度范圍寬、驅(qū)動電壓低、色彩豐富等優(yōu)點。但目前由于電致變色材料的響應(yīng)時間太長，電致變色顯示器并沒有大規(guī)模的投入市場。為了解決響應(yīng)時間問題，Cummins 等人[7]報道了一種使用納米晶材料的變色器件，只要提供1. 2 V 的電壓就可以使之變色，其顏色轉(zhuǎn)換時間達(dá)到250 ms。變色機(jī)理是使紫精還原而變成藍(lán)色；使吩噻嗪(phenothiazine) 氧化成紅色，從而使器件呈現(xiàn)藍(lán)紅色。Gratzel認(rèn)為這種器件擁有極其快速的響應(yīng)是因為納米晶金屬氧化物同變色材料間快速的電荷轉(zhuǎn)移以及孔隙中電解質(zhì)離子的快速平衡[8]。這種器件循環(huán)上千次性能也不會降低，而且在被提供的電壓撤除時顏色仍然能維持600 s 以上

　　4 結(jié)語

　　電致變色材料除了能應(yīng)用于以上領(lǐng)域外，一些關(guān)于雷達(dá)吸波材料、電色印刷技術(shù)、紅外發(fā)射器件等方面的應(yīng)用也引起了研究人員的廣泛興趣。作者認(rèn)為在眾多電致變色器件的應(yīng)用領(lǐng)域中，電致變色節(jié)能智能窗將有很好的應(yīng)用前景和價值。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[3] Granqvist C. G. Electrochromic materials out of a niche[J]. Nat. Mater., 2006, 5: 89-90.

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　　[8] Gratzel M. Ultrafast colour displays[J]. Nature, 2001, 409: 575-576.

　　[9] Deb S K. Opportunities and challenges of electrochromic phenomena in transition metal oxides[J]. Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 1992, 25: 327-338.