电致变色薄膜综述

2023年11月26日发(作者：雅阁十代报价及图片)

电致变色薄膜综述

摘要：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

加电场的作用下发生稳定、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，电致变

色材料是一种新型功能材料，在信息、电子、能源、建筑以及国防等方面都有广

泛的用途。用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件。本文较全面的评

述了电致变色材料的研究发展过程，并介绍了电致变色材料在现实中的应用。

关键词：氧化镍，薄膜，电致变色，热处理

1. 概述

随着现代科技的飞速发展，材料的变革与发展日新月异。每一次材料的革新

都与人们的生活息息相关，特别是对功能性材料，人们的需求也在不断的增加，

电致变色材料就是其中一种。变色现象是指物质在外界环境的影响下，产生的一

种对光的反应的改变，这种现象普遍存在于自然界。可逆变色现象就是物质可在

一定的外界条件下，改变颜色或复原。根据导致变色条件的不同，变色材料大致

可分为三类：光致变色、电致变色、热致变色和溶剂致变色。电致变色就属于

[1]

变色现象的一种，它具有广泛的用途。

电致变色智能玻璃在电场作用下具有光吸收透过的可调节性，可选择性地吸

收或反射外界的热辐射和内部的热的扩散，减少办公大楼和民用住宅在夏季保持

凉爽和冬季保持温暖而必须消耗的大量能源。同时起到改善自然光照程度、防窥

的目的。电致变色材料具有双稳态的性能，用电致变色材料做成的电致变色显示

器不仅不需要背光灯，而且显示静态图象后，只要显示内容不变化，就不会耗电，

达到节能的目的。电致变色显示器与其它显示器相比具有无视盲角、对比度高等

优点。用电致变色材料制备的自动防眩目后视镜，可以通过电子感应系统，根据

外来光的强度调节反射光的强度，达到防眩目的作用，使驾驶更加安全。 电致

变色智能玻璃能以较低的电压（2-5V）和较低的功率调节汽车、飞机内部的光线

强度，使旅途更加舒适。 目前，电致变色调光玻璃已经在一些高档轿车和飞机

上得到应用。

电致变色经过半个世纪的发展，已经取得了许多有效的成果，并且在某些领

域已经投入使用，随着科学技术的不断发展电致变色材料及其器件一定会发挥更

重要的作用。

2. 电致变色材料

电致变色材料能在外加较低的驱动电压或电流作用下，发生可逆的颜色变

化，是材料的价态和组分发生可逆的变化，使材料的光学性能发生改变或者保持

改变，同时电致变色材料还需要有很好的离子导电性，较高的对比度、变色效率

和循环周期等电色性能。

电致变色材料分为无机电致变色材料和有机电致变色材料。无机电致

[2]

变色材料的典型代表是三氧化钨，目前，以WO3为功能材料的电致变色器

件已经产业化。而有机电致变色材料主要有聚噻吩类及其衍生物、紫罗精

类、四硫富瓦烯、金属酞菁类化合物等。以紫罗精类为功能材料的电致变

色材料已经得到实际应用。

在实际应用当中，尤其是制备电致变色器件，电致变色材料一般来说应满足

以下要求：(1)具有良好的电化学氧化还原可逆性；(2)快速的变色响应；(3)颜

色的可逆变化；(4)颜色变化的高度灵敏；(5)有较高的循环寿命；(6)有一定的

存贮记忆功能；(7)稳定的化学特性。

3. 电致变色器件简介

电致变色器件(ECD)就是利用物质的电致变色效应，以电致变色层为基础，

辅以其它相关层和结构而构成的器件。其具有视角宽、驱动电压低、无功耗记忆

等独特优点，电致变色器件的典型结构如图1-1。

图1-1 电致变色器件的结构图

上图由上至下分别是玻璃衬底，透明导电层，电致变色层，离子导体层，离

子贮藏层，透明导电层，玻璃衬底。

目前，已经产业化的电致变色器件有一下几类：电致变色智能调光玻

璃、电致变色显示器、汽车自动防眩目后视镜。

[3]

电致变色智能玻璃在电场作用下具有光吸收透过的可调节性，可选择

性地吸收或反射外界的热辐射和内部的热的扩散，减少办公大楼和民用住

宅在夏季保持凉爽和冬季保持温暖而必须消耗的大量能源。同时起到改善

自然光照程度、防窥的目的。解决现代不断恶化的城市光污染问题，是节

能建筑材料的一个发展方向。

图1-2为调光玻璃(电致变色玻璃)

电致变色材料具有双稳态的性能，用电致变色材料做成的电致变色显

示器件不仅不需要背光灯，而且显示静态图象后，只要显示内容不变化，

就不会耗电，达到节能的目的。电致变色显示器与其它显示器相比具有无

视盲角、对比度高等优点。

用电致变色材料制备的自动防眩目后视镜，可以通过电子感应系统，

根据外来光的强度调节反射光的强度，达到防眩目的作用，使驾驶更加安

全。

4. 电致变色材料国内外发展现状

早在20世纪30年代就有关于电致变色的初步报道。从20世纪60年代

[4-6]

国外学者Plant首先提出电致变色概念以来，电致变色现象引起了人们的广泛关

注。下面介绍一下电致变色的发展历史。

◆早在20世纪30年代就有关于电致变色的初步报道。

◆20世纪60年代，Plant在研究有机染料时发现有电致变色的现象，

并进行了研究。

◆1969年，首次使用无定形WO3薄膜制备了电致变色器件，

并提出了“氧空位色心”机理。

◆20世纪70年代，出现了大量有关电致变色机理和无机电致变色材料

的报道。

◆80年代末以来，新型有机电致变色材料合成和电致变色器件的制备

成为一个日益活跃的研究领域。这期间，美国科学家t和瑞典

科学家ist等人提出了以电致变色膜为基础的一种新型节能窗，

即灵巧节能调光窗(Smart window)，成为电致变色研究的另一个里程碑。

◆1999年，Stadt Sparkasse储蓄银行为德国德累斯顿的一座新建筑

物。这座大楼拥有欧洲第一面用电致变色玻璃制成的可控制外墙。

◆2004年1月，英国伦敦的瑞士再保险大厦玻璃幕墙使用电致变色技

术。

◆2005年1月，法拉利Superamerica敞篷跑车的挡风玻璃和顶棚玻璃

采用了电致变色技术。

◆2008年7月，波音787客机客舱窗玻璃淘汰了机械式舷窗遮阳板，

采用了电致变色技术。

◆2009年10月，国内首个关于电致变色的综合性网站电致变色网成立。

◆2009年12月15日，波音787梦幻客机试飞成功。

5. 电致变色材料研究的目的和意义

近年来，电致变色材料作为目前最有应用前景的智能材料之一而被广泛研

究。其中无机金属氧化物研究的最为充分，尤其是WO和NiO。现在已有很多电

3x

致变色材料制备的材料应用于市场，但是仍有一些问题需要进一步的改善，使用

溅射法制备的氧化镍薄膜，电化学特性比较稳定，重复性好，而且薄膜附着性强，

成本较低，如实现器件全固态化则可以适应大规模的工业生产及应用。

参考文献

[1] 李天文，刘鸿生，Modern Chemical Industry[J], 2004, 24(2), 62, 64, 70

[2] 冯博学,陈 冲,何毓阳, 电致变色材料及器件的研究进展[J],功能材料，2004，2(35)，

145-150

[3] , Electro [J]chim. Acta, 46, (2001), 2015

[4] r and , Z . Chem.[M], 1943, 252:144

[5] r and n, Z . Chem[M]., 1951, 265:288

[6] [J], . phys. 1961, 34(3):862