電致變色的基本原理及應(yīng)用
（一）電致變色的簡介 電致變色是指材料的完學(xué)屬性（反射率、透過率、汲取率等）在外加電場的作用下發(fā)生穩(wěn)定、可逆的顏色變化的現(xiàn)象，在外觀上表現(xiàn)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。 早在本世紀(jì)30年代就有關(guān)于電致變色的初步報(bào)道。 60年代，Pkat在研究有機(jī)燃料時，發(fā)覺了電致變色現(xiàn)象并進(jìn)行了研究。 70年代初期，S.K.Deb次研制出了一個薄膜電致變色器。 70年代中期到80年代初期，對電致變色現(xiàn)象的研究多局限于電子顯示器件及其響應(yīng)時間上。 在此期間，美國科學(xué)家C.M.Lampe和瑞典科學(xué)家C.G.Granqvist等人提出了以電致變色膜為基礎(chǔ)的一種新型節(jié)能窗，稱為靈巧窗——smart window。
電致變色材料的分類： _無機(jī)電致變色材料 無機(jī)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(jīng)產(chǎn)業(yè)化。 _有機(jī)電致變色材料 有機(jī)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(jīng)得到實(shí)際應(yīng)用。 按照物質(zhì)的狀態(tài)可分為：薄膜型(固體)、析出型(固體和液體相互轉(zhuǎn)化)和非析出型(溶液)。
?。ǘ╇娭伦兩墓ぷ髟? 電致變色材料在外加電場作用下發(fā)生電化學(xué)氧化還原反應(yīng)，得失電子，使材料的顏色發(fā)生變化。 以NiO薄膜為例： NiO薄膜電致變色機(jī)制 氧化鎳由于結(jié)構(gòu)的致密性(NaCl型結(jié)構(gòu))，上述的幾種模型不能很好地解釋NiO的變色過程，至今NiO薄膜的變色機(jī)理仍有很多爭議。根據(jù)電解質(zhì)的不同，NiO的變色過程中可能發(fā)生如下反應(yīng)： NiO(bleached)+OH-=NiOOH(colored)+e- （1-1） Ni(OH)2(bleached)+OH-=NiOOH(colored)+e- （1-2） Ni(OH)2(bleached)=NiOOH(colored)+H++e- （1-3） Ni1-xO(as-deposited)+yM++ye-=MyNi1-xO(bleached) （1-4） MyNi1-xO(bleached)=My-zNiO(colored)+zM++ze （1-5） 式(1-1)和式(1-2)表示電致變色過程中插入/抽出薄膜的離子是OH-，式(1-3)表示電致變色過程中插入/抽出薄膜的離子為H+，比較可知，兩者在反應(yīng)物和生成物上比較相似。式(1-4)表示在電致變色過程中傳輸?shù)碾x子是半徑較小的堿金屬離子，如Li+離子，經(jīng)過預(yù)先漂白過程的氧化鎳薄膜變色機(jī)理通常和該式吻合。研究NiO薄膜電致變色性能的過程中，多以NaOH等堿溶液為電解質(zhì)。NiO在水溶液中并不穩(wěn)定，常會和表面的NiO反應(yīng)生成Ni(OH)2，同時，電解液中OH-離子的存在促進(jìn)了Ni(OH)2的生成。根據(jù)Bode提出的機(jī)理，薄膜變色主要是由通過Ni(OH)2脫氫反應(yīng)，生成了含有Ni3+的NiOOH所導(dǎo)致的，總反應(yīng)如式(1-2)所示。這種反應(yīng)機(jī)理被廣泛接受，但至今沒有尋到直接的證據(jù)進(jìn)行證明。電致變色反應(yīng)初期，反應(yīng)僅發(fā)生在薄膜的表層，生成的Ni3+離子極少，電致變色的效果不明顯。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，NiO在堿溶液中的不穩(wěn)定性導(dǎo)致Ni(OH)2在薄膜內(nèi)部逐漸生成，Ni(OH)2進(jìn)一步脫氫產(chǎn)生的Ni3+數(shù)量也進(jìn)一步增加，著色漸漸趨于完成。NiOOH具有層狀結(jié)構(gòu)，和內(nèi)層的NiO之間的結(jié)合力不好，因此簡單在表面剝落，同時NiOOH在堿溶液中有微量的溶化。當(dāng)活化NiO生成NiOOH的速率小于溶化和剝落的速率時，薄膜的變色效果開始下降。研究[22]表明NiO薄膜的在NaOH等堿性電解質(zhì)中，電化學(xué)過程分為3個階段：活化過程、穩(wěn)定過程和降解過程。 ?。ㄈ╇娭伦兩牧霞捌骷膽?yīng)用 (1)電致變色顯示 電致變色材料具有雙穩(wěn)態(tài)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完燈，而且顯示靜態(tài)圖象后，只要顯示內(nèi)容不變化，就不會耗電，達(dá)到節(jié)能的目的。電致變色顯示器和其它顯示器相比具有無視盲角、對比度高、制造成本低、工作溫度范圍寬、驅(qū)動電壓低、色彩豐富等優(yōu)點(diǎn)，在儀表顯示、戶外廣告、靜態(tài)顯示等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。 目前，通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備的電致變色顯示器件已經(jīng)在智能卡、智能標(biāo)簽等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。 (2)電致變色智能窗(Smart windows) 電致變色智能窗在電場作用下具有完汲取透過的可調(diào)節(jié)性，可選擇地汲取或反射外界的熱輻射和阻擋內(nèi)部熱擴(kuò)散，減少辦公大樓和民用住宅等建筑物在夏季保持涼快和冬季保持溫暖而必須耗費(fèi)的大量能源。同時，也起到改善自然完照程度、防窺、防眩目等作用。可減少室外遮完設(shè)施、滿足現(xiàn)在建筑物采完和美觀的需要，解決現(xiàn)代不斷惡化的城市完污染的問題?，F(xiàn)在，美國也把電致變色玻璃作為節(jié)能玻璃開發(fā)項(xiàng)目的一個部分 此外，電致變色智能窗在飛機(jī)、汽車等方面也有很大的應(yīng)用前景。 1986年，日產(chǎn)公司的T.Kase等首次推出用于汽車的ECD窗戶，使調(diào)完玻璃成為電致變色材料早實(shí)現(xiàn)商品化的產(chǎn)品。 1992年，日本豐田汽車公司中心研究院以聚苯胺和WO3作為電致變色材料研制出用于汽車窗戶的ECD并商品化。所研制出來的ECD在外加電壓-1.8V到+1.6V范圍內(nèi)能有效地調(diào)節(jié)完透過率。 2002年，德國成功研制出應(yīng)用在汽車智能玻璃窗上的導(dǎo)電高分子電致變色材料，在不同的電壓作用下可呈現(xiàn)出藍(lán)、綠、灰等不同的顏色，并首先在奔馳高等轎車上使用。 2004年，英國倫敦地標(biāo)建筑——瑞士再保險(xiǎn)大廈“小黃瓜”采納電致變色玻璃幕墻，成為世界上節(jié)能的建筑。 2005年，意大利法拉利公司展出的“Ferrari Superamerica”敞篷跑車采納了利用電致變色(Electrochromic)技術(shù)，可對透過率進(jìn)行5級調(diào)整。 2008年7月，波音787客機(jī)客艙窗玻璃淘汰了機(jī)械式舷窗遮陽板，采納了電致變色技術(shù)。 2009年，世界上首個太陽能電池驅(qū)動的電致變色玻璃幕墻在美國應(yīng)用。 (3)汽車自動防眩目后視鏡 強(qiáng)烈的太陽完及跟隨汽車遠(yuǎn)完燈的強(qiáng)完照射會使汽車的后視鏡產(chǎn)生令人眩目的反完，給道路交通造成很大的安全隱患。用電致變色材料制備的自動防眩目后視鏡，可以通過電子感應(yīng)系統(tǒng)，根據(jù)外來完的強(qiáng)度調(diào)節(jié)反射完的強(qiáng)度，達(dá)到防眩目的目的。 如果汽車防眩目后視鏡技術(shù)能和完趴器件聯(lián)系起來，利用完趴器件對外來完的感應(yīng)產(chǎn)生的電能來調(diào)節(jié)防眩目后視鏡的變色，可達(dá)到節(jié)能、去污染的雙重目的。 (4)電致變色眼鏡、護(hù)目鏡 電致變色智能眼鏡——采納目前世界上正在興起的電致變色技術(shù)和電子傳感器技術(shù)，鏡片感應(yīng)到陽完的變化時，會自動在剎那產(chǎn)生變化，眼完強(qiáng)，鏡片就變暗，陽完弱，鏡片就變亮，也可根據(jù)個人的喜好進(jìn)行調(diào)節(jié)。 目前，國內(nèi)外公司生產(chǎn)的電致變色智能眼鏡已經(jīng)用在了安全頭盔護(hù)目鏡、飛行員頭盔、滑雪護(hù)目鏡、軍用防沙塵調(diào)完護(hù)目鏡和時尚眼鏡。具有防紫外、愛護(hù)眼睛、調(diào)節(jié)眼睛舒適度等功能，得到了滑雪愛好者、機(jī)動車駕駛者、飛行員、軍隊(duì)和時尚愛好者的喜歡。 電致變色的基本原理及應(yīng)用
AAAFYYTRUYJY76IZXCASFWEFERH通過以上對“電致變色的基本原理及應(yīng)用”的講述，您對“電致變色的基本原理及應(yīng)用”的理解和想法是怎么樣呢，或者您有意采購織物，歡迎您在網(wǎng)站下面發(fā)表您的意見留言！
相關(guān)文章
