电致变色材料与器件.doc

《电致变色材料与器件.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、1、电致变色的简介2、电致变色的工作原理3、电致变色薄膜的制备方法4、电致变色的应用（一）电致变色的简介电致变色是指材料的光学属性（反射率、透过率、吸收率等）在外加电场的作用下发牛稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。具有电致变色性能的材料称为电致变色材料，用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件。早在本世纪30年代就有关于电致变色的初步报道［1〜3］。60年代,Pkat在研究有机燃料吋,发现了电致变色现象并进行了研究［4］。70年代初期,S.K.Deb第一次研制出了一个薄膜电致变色器［5,6］

2、。70年代屮期到80年代初期,对电致变色现象的研究多局限于电子显示器件及其响应时间±［7,8］o在此期间，美国科学家C.M.Lampe和瑞典科学家C.G.Granqvist等人提出了以电致变色膜为基础的一种新型节能窗，称为灵巧窗smartwindow［9—11］□电致变色材料的分类：■无机电致变色材料无机电致变色材料的典型代表是三氧化钩，H前，以W03为功能材料的电致变色器件已经产业化。■有机电致变色材料有机电致变色材料主要有聚噬吩类及其衍牛物、紫罗精类、四硫富瓦烯、金属酿菁类化合物等。以紫罗精类为功能材料的电致变色材料已

3、经得到实际应用。按照物质的状态可分为:薄膜型（固体）、析出型（I古I体和液体相互转化）和菲析出型（溶液）。优点:匕神坝色变化、上学杵陡优门・趾环;

4、••泄不足：不易实现全固化.不耐辐射易老化、化学稳定性较差材「有机电致变色材料料爻2型［优点：化定件好、制4I：艺简单、抗钻训谁〃I无机电致变色材料祖、坊曲仙化I不足：颜色变色比较单一（-）电致变色的工作原理电致变色的工作原理：电致变色材料在外加电场作用下发牛电化学氧化还原反应，得失电子，使材料的颜色发牛变化。以NiO薄膜为例；NiO薄膜电致变色机制氧化鎳由于结构的致密性(Na

5、Cl型结构)，上述的几种模型不能很好地解释NiO的变色过程，至今NiO薄膜的变色机理仍有很多争议。根据电解质的不同，NiO的变色过程屮可能发生如下反应[2叭NiO(bleached)+OH=NiOOH(colored)+e'(1-5)Ni(OH)2(bleached)+OH'=NiOOH(colored)+e'(1・6)Ni(OH)2(bleached)=NiOOH(colored)+H++e_(1-7)Ni]_xO(as-deposited)+yM++ye=MyNi]_xO(bleached)(1・8)MyNi]_xO(

6、bleached)=My_zNiO(colored)+zM++ze(1-9)式(1・5)和式(1-6)表示电致变色过程中插入/抽岀薄膜的离子是OPT,式(1-7)表示电致变色过程屮插入/抽出薄膜的离子为H+,比较可知，两者在反应物和牛成物上比较相似。式(1・8)表示在电致变色过程屮传输的离子是半径较小的碱金属离子，如Li*离子，经过预先漂白过程的氧化银薄膜变色机理通常与该式吻合。研究NiO薄膜电致变色性能的过程屮，多以NaOH等碱溶液为电解质。NiO在水溶液屮并不稳定，常会与表而的NiO反应生成Ni(OH)2，同时，电解液

7、屮OH离子的存在促进了Ni(OH)2的牛成。根据Bode提出的机理⑵】，薄膜变色主要是由通过Ni(OH)2脱氢反应，牛成了含有Ni"的NiOOH所导致的，总反应如式(1・6)所示。这种反应机理被广泛接受，但至今没有找到直接的证据进行证明。电致变色反应初期，反应仅发牛在薄膜的表层，牛成的Ni*离子极少，电致变色的效果不明显。随着反应的进行，NiO在碱溶液小的不稳定性导致Ni(OH)2在薄膜内部逐渐牛成，Ni(OH)2进一步脱氢产生的N严数量也进一步增加，着色渐渐趋于完成。NiOOH具有层状结构，与内层的NiOZ间的结合力不好

8、，因此容易在表面剥落，同时NiOOH在碱溶液屮有微量的溶解。当活化NiO牛成NiOOH的速率小于溶解和剥落的速率时，薄膜的变色效果开始下降。研究a】表明NiO薄膜的在NaOH等碱性电解质屮，电化学过程分为3个阶段：活化过程、稳定过程和降解过程。(三)电致变色薄膜制备方法电致变色薄膜的变色特性主要是由其微观结构和化学组成决定的，不同的薄膜制备方法及工艺所制得的薄膜的原子堆积密度不同，其变色性能也会完全不同〔约。制备方法及工艺条件不同，得到的电致变色薄膜的微观结构、电致变色和电化学性能等有很大差异0],因此NiO和WO3薄膜具

9、有的优良电致变色和电化学性能很大程度上受到制备方法和后期的处理工艺影响。薄膜的制备方法有很多，其屮最常用的是磁控溅射法©a】、化学气相沉积法【27】、脉冲激光沉积【2&29]、溶胶凝胶法【30,31】和电化学沉积法[32,33,34]等。1.4.1磁控溅射法磁控溅射法屈于物理气相沉积法(Physical