電致變色玻璃

電致變色，是指材料的光學屬性（反射率、透過率、吸收率等）在外加電場的作用下發生穩定、可逆的顏色變化的現象，在外觀上表現為顏色和透明度的可逆變化。具有電致變色性能的材料稱為電致變色材料，電致變色材料是一種新型功能材料，在信息、電子、能源、建築以及國防等方面都有廣泛的用途。用電致變色材料做成的器件稱為電致變色器件。

2016年8月，麻省理工的一個研究團隊研發出了一種新材料，它可以讓玻璃自動變色，而不再需要掛窗簾。其實就是利用電場產生電化學的氧化還原反應，造成光線穿透特性發生改變，進而造成顏色變化。

基本介紹

• 中文名：電致變色玻璃
• 外文名：Electrochromic Glass
• 主體：材料的光學屬性
• 影響因素：外加電場
• 現象：發生穩定、可逆的顏色變化的現象
• 表現為：顏色和透明度的可逆變化
• 屬性：變色材料

發展歷史

早在20世紀30年代就有關於電致變色的初步報導。從20世紀60年代國外學者Plant首先提出電致變色概念以來，電致變色現象引起了人們的廣泛關注。下面介紹一下電致變色的發展歷史。

早在20世紀30年代就有關於電致變色的初步報導。

20世紀60年代，Plant在研究有機染料時發現有電致變色的現象，並進行了研究。

1969年，S.K.Deb首次使用無定形WO3薄膜製備了電致變色器件，並提出了“氧空位色心”機理。

20世紀70年代，出現了大量有關電致變色機理和無機電致變色材料的報導。

80年代末以來，新型有機電致變色材料合成和電致變色器件的製備成為一個日益活躍的研究領域。這期間，美國科學家C.M.Lampert和瑞典科學家C.G.Granqvist等人提出了以電致變色膜為基礎的一種新型節能窗，

即靈巧節能調光窗(Smart window)，成為電致變色研究的另一個里程碑。

1999年，Stadt Sparkasse儲蓄銀行為德國德勒斯登的一座新建築物。這座大樓擁有歐洲第一面用電致變色玻璃製成的可控制外牆。

2004年1月，英國倫敦的瑞士再保險大廈玻璃幕牆使用電致變色技術。

2005年1月，法拉利Superamerica敞篷跑車的擋風玻璃和頂棚玻璃採用了電致變色技術。

2008年7月，波音787客機客艙窗玻璃淘汰了機械式舷窗遮陽板，採用了電致變色技術。

2009年10月，國內首個關於電致變色的綜合性網站電致變色網成立。

2009年12月15日，波音787夢幻客機試飛成功。

2016年8月，麻省理工的一個研究團隊研發出了一種新材料，它可以讓玻璃自動變色，而不再需要掛窗簾。其實就是利用電場產生電化學的氧化還原反應，造成光線穿透特性發生改變，進而造成顏色變化。

材料要求

電致變色材料能在外加較低的驅動電壓或電流作用下，發生可逆的顏色變化，是材料的價態和組分發生可逆的變化，使材料的光學性能發生改變或者保持改變，同時電致變色材料還需要有很好的離子導電性，較高的對比度、變色效率和循環周期等電色性能。電致變色材料分為無機電致變色材料和有機電致變色材料[2]。無機電致變色材料的典型代表是三氧化鎢，目前，以WO3為功能材料的電致變色器件已經產業化。而有機電致變色材料主要有聚噻吩類及其衍生物、紫羅精類、四硫富瓦烯、金屬酞菁類化合物等。以紫羅精類為功能材料的電致變色材料已經得到實際套用。在實際套用當中，尤其是製備電致變色器件，電致變色材料一般來說應滿足以下要求：

(1)具有良好的電化學氧化還原可逆性；

(2)快速的變色回響；

(3)顏色的可逆變化；

(4)顏色變化的高度靈敏；

(5)有較高的循環壽命；

(6)有一定的存貯記憶功能；

(7)穩定的化學特性。

變色原理

電致變色器件(ECD)就是利用物質的電致變色效應，以電致變色層為基礎，輔以其它相關層和結構而構成的器件。其具有視角寬、驅動電壓低、無功耗記憶等獨特優點，電致變色器件的典型結構如圖1-1。

圖1-1 電致變色器件的結構圖

上圖由上至下分別是玻璃襯底，透明導電層，電致變色層，離子導體層，離子貯藏層，透明導電層，玻璃襯底。目前，已經產業化的電致變色器件有一下幾類：電致變色智慧型調光玻璃、電致變色顯示器、汽車自動防眩目後視鏡[3]。

電致變色智慧型玻璃在電場作用下具有光吸收透過的可調節性，可選擇性地吸收或反射外界的熱輻射和內部的熱的擴散，減少辦公大樓和民用住宅在夏季保持涼爽和冬季保持溫暖而必須消耗的大量能源。同時起到改善自然光照程度、防窺的目的。解決現代不斷惡化的城市光污染問題，是節能建築材料的一個發展方向。

圖1-2為調光玻璃(電致變色玻璃)

電致變色材料具有雙穩態的性能，用電致變色材料做成的電致變色顯示器件不僅不需要背光燈，而且顯示靜態圖象後，只要顯示內容不變化，就不會耗電，達到節能的目的。電致變色顯示器與其它顯示器相比具有無視盲角、對比度高等優點。用電致變色材料製備的自動防眩目後視鏡，可以通過電子感應系統，根據外來光的強度調節反射光的強度，達到防眩目的作用，使駕駛更加安全。

圖1-3為自動防眩目後視鏡

產品套用

電致變色智慧型玻璃在電場作用下具有光吸收透過的可調節性，可選擇性地吸收或反射外界的熱輻射和內部的熱的擴散，減少辦公大樓和民用住宅在夏季保持涼爽和冬季保持溫暖而必須消耗的大量能源。同時起到改善自然光照程度、防窺的目的。電致變色材料具有雙穩態的性能，用電致變色材料做成的電致變色顯示器不僅不需要背光燈，而且顯示靜態圖象後，只要顯示內容不變化，就不會耗電，達到節能的目的。電致變色顯示器與其它顯示器相比具有無視盲角、對比度高等優點。用電致變色材料製備的自動防眩目後視鏡，可以通過電子感應系統，根據外來光的強度調節反射光的強度，達到防眩目的作用，使駕駛更加安全。電致變色智慧型玻璃能以較低的電壓（2-5V）和和較低的功率調節汽車、飛機內部的光線強度，使旅途更加舒適。目前，電致變色調光玻璃已經在一些高檔轎車和飛機上得到套用。 電致變色經過半個世紀的發展，已經取得了許多有效的成果，並且在某些領域已經投入使用，隨著科學技術的不斷發展電致變色材料及其器件一定會發揮更重要的作用。

研究意義

電致變色材料作為目前最有套用前景的智慧型材料之一而被廣泛研究。其中無機金屬氧化物研究的最為充分，尤其是WO3和NiOx。現在已有很多電致變色材料製備的材料套用於市場，但是仍有一些問題需要進一步的改善，使用濺射法製備的氧化鎳薄膜，電化學特性比較穩定，重複性好，而且薄膜附著性強，成本較低，如實現器件全固態化則可以適應大規模的工業生產及套用。