電致變色是材料的光學屬性（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，用電致變色材料做成的器件稱為電致變色器件。
基本介紹
- 中文名：電致變色
- 外文名：Electrochromic
- 性質：材料的光學屬性
- 套用：電致變色器件
- 分類：無機和有機
- 光學屬性：反射率、透過率、吸收率
簡介,電致變色材料,無機電致變色材料,有機電致變色材料,工作原理,典型結構,技術套用,
簡介
電致變色是材料的光學屬性（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，用電致變色材料做成的器件稱為電致變色器件。
電致變色材料一個很好的例子是聚苯胺，聚苯胺可以通過電化學過程或者苯胺的化學氧化過程來形成。 如果把電極浸入含有低濃度苯胺的鹽酸溶液中， 在電極上就會產生聚苯胺薄膜。根據不同的氧化態，聚苯胺可以呈現為淺黃色或者深綠/黑色。其它找到技術套用的電致變色材料包括紫羅鹼和en:polyoxotungstate。更多的電致變色材料包括氧化鎢(WO3)，它的主要化學用途是製作電致變色窗或者智慧型窗。
由於顏色改變的持久穩固且僅在產生改變時需要能量，電致變色材料被用於控制允許穿透窗戶（"智慧型窗"）的光和熱的總量，也在汽車工業中套用於根據各種不同的照明條件下自動調整後視鏡的深淺。紫羅鹼和二氧化鈦（TiO2）一起被用於小型數字顯示器的製造。它很有希望取代液晶顯示器，因為紫羅鹼（通常為深藍）與明亮的鈦白色有高對比度，因此提供了顯示器的高可視性。
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。 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。 電致變色智慧型玻璃能以較低的電壓（2-5V）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。
電致變色材料
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。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。
電致變色層是電致變色器件的核心層,也是變色反應的發生層。電致變色材料按照類型可分為無機電致變色材料和有機電致變色材料。
無機電致變色材料
陰極變色材料主要是ⅥB族金屬氧化物。作為陰極變色材料的典型代表, WO3薄膜是人們發現最早的,也是研究最為詳盡的。WO3的變色過程複雜,其機理一直存在爭論,雙注入模型即Faughnan模型是目前被普遍接受和套用的模型。該模型認為WO3薄膜的電致變色機理是在變色過程中由於電場的作用,陽離子和電子雙注入WO3晶格空隙後產生含W的產生被認為是其變色的原因。
陽極變色材料主要是Ⅷ族及Pt族金屬氧化物或水合物。其中NiO因具有較大的著色/漂白變色範圍、較長的循環壽命及原料豐富、價格適宜等優點而成為一種研究最多的陽極變色材料。氧化鎳是一種具有NaCl結構的3d過渡金屬氧化物，晶體中會出現鎳空位或過氧的情況，這導致氧化鎳成為一種p型半導體。因此氧化鎳晶體中經常會出現空位、缺陷以及摻雜的情況。雙注入模型不能很好地解釋NiO的變色過程，至今NiO薄膜的變色機理仍有很多爭議。
有機電致變色材料
有機小分子變色材料的典型代表就是紫羅精類化合物，該類物質在氧化還原過程中會出現顏色變換，所以又屬於氧化還原型化合物。一般情況下，中性態紫羅精類化合物由於自身結構特殊性?分子內部電子遷移受到禁阻，因此顏色較淺。隨著施加電位的提高，中性態結構逐漸向部分氧化態轉變，最終生成穩定的二價陽離子形式，該狀態下呈現無色。由於分子間存在強烈的光電轉移，使得單價陽離子顏色最深。
導電聚合物電致變色材料是20世紀70年代新發展起來的一類物質。白川英樹等發現導電聚乙炔以來，得到了飛快的發展。,20世紀80年代以來，隨著共軛高聚物經小分子摻雜而顯示出很高的導電性並且出現電致變色現象以後，導電聚合物作為電致變色材料便很快發展起來。該類物質因具有費用低、光學質量好、顏色轉換快、循環可逆性好等優點而受到重視。導電聚合物變色的原理主要是其摻雜過程，摻雜的實質是離子等在高分子鏈中的遷入與遷出行為，同時伴隨著電子的得失，因此導電聚合物的摻雜過程是一個氧化還原可逆過程。在摻雜的過程中引發了分子導帶與價帶之間的躍遷，包括極子能級、孤子能級、雙極子能級、電子的不同能級躍遷，使光譜發生不同的變化。在一定範圍內控制電壓來決定摻雜程度，從而導致可見光區的吸收不同，顯示出顏色的變化，就發生了電致變色現象。
工作原理
電致變色材料在外加電場作用下發生電化學氧化還原反應，得失電子，使材料的顏色發生變化。
典型結構
器件結構從上到下分別為：玻璃或透明基底材料、透明導電層（如：ITO）、電致變色層、電解質層、離子存儲層、透明導電層（如：ITO）、玻璃或透明基底材料。
技術套用
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。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。
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。
