摘  要：電致變色器件在不同電壓作用下具有可逆的光學性能轉換的特征。本文討論了電致變色器件的構筑方式和幾種不同應用方向的工作原理，綜述了電致變色器件在節能智能窗、先進顯示器、防眩汽車后視鏡等領域的研究和應用進展。

　　關鍵詞：電致變色器件; 智能窗; 防眩后視鏡; 顯示器

　　中圖分類號：  O484 　　　文獻標識碼：  A      文章編號：2095-0802-(2012)06-00  -00

　　Electrochromic Devices and Their Applications

　　CHEN Sheng*，TANG Li-wei, LIU Hao-dan

　　(College of Light Industry& Textile & Food Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065,Sichuan,China)

　　Abstract: Electro chromic devices (ECDs) exhibit reversible optical behaviors when applying electrical potential. In this paper, the structure and working mechanism of ECDs are discussed. The research and applications of ECDs are reviewed, especially in the fields of smart windows, advanced displays, anti-glaring rearview mirrors.

　　Key words: electro chromic devices; smart windows; anti-glaring rearview mirrors; displays

　　0 引言

　　電致變色( Electrochromism，簡寫為EC)材料在外電場或電流作用下可發生可逆的光吸收或光散射，從而產生可逆的顏色變化，采用該材料所制備的光電器件稱為電致變色器件（Electrochromic devices，簡寫為ECDs）。自從S. K. Deb于1969年首次發現WO3 薄膜的電致變色現象以來，人們逐漸發現和制備了很多具有電致變色性能的材料，使電致變色材料在顯示器件、汽車、軍事偽裝、智能材料、節能建筑材料等領域具有十分廣闊的應用前景[1,2]。

　　1 電致變色器件應用原理

　　經過幾十年的發展，一些電致變色器件已經研制成功，有的還處于實驗室階段。電致變色器件的功能主要表現為透射可調、反射可調、信息顯示和輻射可調，如圖2所示[4]。相對應的器件大致可以分為節能智能窗、汽車防眩后視鏡、電致變色顯示器、電磁輻射屏蔽器等。下面就部分器件的工作原理、性能及其結構進行介紹。

　　2 電致變色器件的結構與制備

　　電致變色器件的核心為電致變色材料，在不同的氧化還原狀態下顯示不同的顏色。圖1為典型的層狀電致變色器件，由2個氧化銦錫透明導電玻璃（ITO玻璃）作電極，兩電極之間由電致變色薄膜層、離子存儲層和離子導電層（溶液、凝膠或固體電解質）構成[3]。離子導電層可以是電解質溶液、具有離子導電性的凝膠或聚合物薄膜。電致變色層是通過真空蒸鍍、磁控濺射、化學氣相沉積、溶膠凝膠法、電化學沉積、溶液澆注、噴涂或旋涂等方法制備的具有電致變色性能的無機或有機膜材料。離子存儲層一般為金屬氧化物（如NiO或IrO2）或有機薄膜，一些器件的制備中也選擇能與另一側電致變色層形成顏色和透過率互補的具有一定電致變色性能的膜材料。電致變色器件一般施加1-2V直流電壓便可產生顏色和透過率的變化，變化發生后斷開電源，其顏色狀態可以保持，直到施加另一電壓達到另一狀態。

　　3 電致變色器件的應用

　　3.1 電致變色汽車防眩后視鏡

　　電致變色汽車防眩后視鏡（安全夜視鏡）是采用圖1.10中b原理設計的電致變色器件器件，通過改變電致變色層的光吸收來達到鏡子反射亮度的智能調節(如圖5所示[9])，使鏡子周圍的亮光變暗，減少來自鏡子后面強烈的炫光，從而達到安全駕駛的目的。這種器件是把適當的粘性電解液注入到導電玻璃和反射鏡之間，再給電致變色層施加低電壓，就能調節鏡子的反射率，使燈光變暗。這種器件是以WO3為陰極變色材料，三苯胺聚合物作為陽極變色材料，目前已經商業化，用于高端汽車觀后鏡。

　　3.12電致變色節能智能窗

　　采用電致變色材料制備出大面積的可用于建筑窗戶或者汽車天窗的器件被稱為智能窗（Smart Window），其工作原理如圖2（a）所示，能夠根據使用者的需要調節內部的光線。它有兩種基本結構[5]：一種是夾層式，即在兩層透明導電玻璃上的變色層和存儲層之間注入一層聚合物離子導體層；另一種是單片式結構，即在導電玻璃襯底上依次鍍上離子存儲層、離子導體層、電致變色層和透明導電層。這兩種結構均可在通以小電壓(1 V～5 V) 的情況下發生褪色(光透射率>60%)和著色(光透<15%)的可逆變化，從而動態的調節室內的光熱性能，節約了因為加熱或冷卻室溫而消耗的大量電能，也充分得利用了太陽能，使室內變得舒適。美國Gentex公司制造出了1×2m2的大面積智能窗（圖3）[6]。

　　3.3 電致變色顯示器

　　電致變色顯示器是采用電致變色材料為顯色基材所制備的顯示器件，與其它顯示器相比具有無視盲角、對比度高，易實現灰度控制、制造方便、工作溫度范圍寬、驅動電壓低、色彩豐富等優點。但目前由于電致變色材料的響應時間太長，電致變色顯示器并沒有大規模的投入市場。為了解決響應時間問題，Cummins 等人[7]報道了一種使用納米晶材料的變色器件，只要提供1. 2 V 的電壓就可以使之變色，其顏色轉換時間達到250 ms。變色機理是使紫精還原而變成藍色；使吩噻嗪(phenothiazine) 氧化成紅色，從而使器件呈現藍紅色。Gratzel認為這種器件擁有極其快速的響應是因為納米晶金屬氧化物同變色材料間快速的電荷轉移以及孔隙中電解質離子的快速平衡[8]。這種器件循環上千次性能也不會降低，而且在被提供的電壓撤除時顏色仍然能維持600 s 以上

　　4 結語

　　電致變色材料除了能應用于以上領域外，一些關于雷達吸波材料、電色印刷技術、紅外發射器件等方面的應用也引起了研究人員的廣泛興趣。作者認為在眾多電致變色器件的應用領域中，電致變色節能智能窗將有很好的應用前景和價值。

　　參考文獻：

　　[1] Deb S K. A novel electrophotographic system[J]. Applied Optics Supplement, 1969, 3: 192-195.

　　[2] Somani P R, Radhakrishnan S. Electrochromic materials and devices: present and future[J]. Mater. Chem. Phys., 2002, 77: 117-113.

　　[3] Granqvist C. G. Electrochromic materials out of a niche[J]. Nat. Mater., 2006, 5: 89-90.

　　[4] Veszelei M M, Vaivars G, Granqvist C G, et al. Recent advances in electrochromics for smart windows applications[J]. Sol. Energy, 1998, 63: 199-216.

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　　[6] Rosseinsky D R, Mortimer R J. Electrochromic systems and the prospects for devices[J]. Adv. Mater., 2001, 13: 783-793.

　　[7] Cummins D, Boschloo G, Ryan M,et al.Ultrafast electrochromic windows based on redox-chromophore modified nanostructured semiconducting and conducting films[J]. J. Phys. Chem. B, 2000, 104: 11449-11459.

　　[8] Gratzel M. Ultrafast colour displays[J]. Nature, 2001, 409: 575-576.

　　[9] Deb S K. Opportunities and challenges of electrochromic phenomena in transition metal oxides[J]. Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 1992, 25: 327-338.