基本介紹
- 中文名：電致變色材料
- 外文名：Electrochromic material
- 做成的器件：電致變色器件
- 分類：無機和有機電致變色材料
- 典型代表：三氧化鎢
電致變色現象,無機電致變色材料,有機小分子電致變色材料,電致變色材料的套用,
電致變色現象
電致變色是指在電場作用下，材料發生可逆的變色現象。電致變色實質是一種電化學氧化還原反應，反應後材料在外觀上表現出顏色的可逆變化。例如聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等及其衍生物，在可見光區都有較強的吸收帶。同時，在摻雜和非摻雜狀態下顏色要發生較大變化，其中中性態是穩定態。導電聚合物既可以氧化(p型)、摻雜，也可以還原(n型)摻雜。在作為電致變色材料使用時，兩種摻雜方法都可以使用，但以氧化摻雜比較常見。摻雜過程可以由施加電極電勢來完成。其中材料的顏色取決於導電聚合物中價帶和導帶之間的能量差，以及在摻雜前後能量差的變化。
電致變色材料是指在外電場及電流的作用下，可發生色彩變化的材料即為電致變色材料。其本質是材料的化學結構在電場作用下發生改變，進而引起材料吸收光譜的變化。根據顏色變化的過程分類，可分為顏色單向變化的不可逆變色材料，以及更具套用價值的顏色可以雙向改變的可逆變色的材料。
無機電致變色材料
無機電致變色材料主要指某些過渡金屬的氧化物、配合物、水合物以及雜多酸等。常見的過渡金屬氧化物電致變色材料中屬於陰極變色的主要是Ⅵ族金屬氧化物，有氧化鎢、氧化鉬等；屬於陽極變色的主要是Ⅷ族金屬氧化物，如鉑、銥、鋨、鈀、釕、鎳、銠等元素的氧化物或者水合氧化物，其中鎢和釩氧化物的使用比較普遍。氧化銥的回響速度快，穩定性好，但是價格昂貴。無機電致變色材料的離子電導和電子電導對於電致變色也起重要作用。這類材料的穩定性好，與常規無機非金屬材料的結合性能優異，是製備電致變色玻璃的主要材料之一。
有機小分子電致變色材料
根據電化學理論，某些小分子在電極電勢作用下發生氧化還原反應，如果反應後其吸收光譜和摩爾吸收係數發生較大變化，則這種物質就可以作為電致變色材料。可以發生電致變色的有機物質非常廣泛，從研究成果和實用角度考慮，有機小分子電致變色材料主要包括有機陽離子鹽類和帶有有機配位體的金屬配合物。
紫羅精類衍生物屬於陰極變色材料，當對其施加負電壓時，可令其發生還原反應改變其氧化態而顯色。其中全氧化態為穩定態，多數呈現淡黃色；單氧化態為變色態，其最大吸收波長在可見光區，吸收特定波長的可見光後呈現強烈的補色；得到兩個電子的全還原態摩爾吸收係數不大，顏色不明顯。其顯示的顏色與連線的取代基種類有一定關係，主要是取代基的電子效應在起作用。當取代基為烷基時，單還原產物呈現藍紫色，芳香取代基衍生物通常呈現綠色。顏色的深淺取決於材料的摩爾吸收係數值，摩爾吸收係數的大小與分子結構分子的結構類型有關。單氧化態的紫羅精自由基陽離子的摩爾吸收係數非常高，在較低濃度下就可以產生強烈的顏色變化。紫羅精具有非常好的氧化還原可逆性，在反覆氧化還原過程中能夠保持結構的穩定性。大部分的紫羅精單陽離子自由基通過自旋成對而形成反磁性的二聚體。二聚體與單體的吸收光譜也不同。如甲基紫羅精陽離子自由基的單體在水溶液中是藍色的，而二聚體是紅色的。
電致變色材料的套用
具有實用價值的電致變色高分子材料必須具備顏色變化的可逆性、顏色變化的方便性和靈敏性、顏色深度的可控性、顏色記憶性、驅動電壓低、多色性和環境適應性強等特點。研究開發的電致變色高分子材料已經基本具備上述性質，電致變色材料的特點和優勢促使各種電致變色器件的研製和開發迅速發展，電致變色器件基本上是由電子源和離子源、透明導電層、電致變色層、電解質層、電極層等構成。
電致變色材料可以用於研製開發信息顯示器件、電致變色智慧型調光窗、無眩反光鏡和電色信息存儲器等，此外，在一些近年來的技術產品中，如變色鏡、高解析度光電攝像器材、光電化學能轉換和儲存器、電子束金屬版印刷技術等也獲得了套用。
