电致变色

电致变色是一种材料响应于电刺激而显示出颜色或不透明度变化的现象。这样，由电致变色材料制成的智能窗可以阻挡特定波长的紫外线、可见光或（近）红外光。 控制近红外光透射率的能力可以提高建筑物的能源效率，减少夏季制冷和冬季供暖所需的能量。

由于颜色变化是持久的，只需施加能量即可实现变化，因此电致变色材料用于控制允许通过表面的光量和热量，最常见的是智能窗户。 一种流行的应用是在汽车行业中，它用于在各种照明条件下自动为后视镜着色。

电致变色现象发生在一些既导电又导电离子的过渡金属氧化物中，例如三氧化钨（WO3）。 这些氧化物具有氧八面体结构，围绕中心金属原子并在角处连接在一起。 这种排列导致在各个八面体片段之间具有隧道的三维纳米多孔结构。 这些隧道允许离解的离子在电场的驱动下穿过物质。 用于此目的的常见离子是 H+ 和 Li+。

电场通常由夹在含离子层中间的两个扁平透明电极引起。 当在这些电极上施加电压时，当电荷平衡电子在电极之间流动时，两侧之间的电荷差异会导致离子穿透氧化物。 这些电子改变了氧化物中金属原子的化合价，减少了它们的电荷，如下面的三氧化钨示例所示：

WO_{3 + n(H+ + e−) → HnWO3}

这是一个氧化还原反应，因为电活性金属从电极接受电子，形成半电池。 严格来说，作为化学单元的电极包括平板以及与其接触的半导体物质。 然而，术语电极通常仅指平板，更具体地称为电极基板。

到达氧化层的光子会导致电子在两个附近的金属离子之间移动。 光子提供的能量引起电子运动，进而引起光子的光吸收。 例如，对于两个钨离子 a 和 b，氧化钨会发生以下过程：

W5+_{a + W6+b + photon → W6+a + W5+b}

电致变色材料，也称为生色团，在施加电压时会影响表面的光学颜色或不透明度。 在金属氧化物中，氧化钨（WO3）是研究最广泛、知名度最高的电致变色材料。 其他包括钼、钛和铌的氧化物，尽管这些在光学上不太有效。

紫精是一类有机材料，正在针对电致变色应用进行深入研究。由于氧化还原反应，这些 4,4'-联吡啶化合物显示出无色和深蓝色之间的可逆颜色变化。 研究人员可以将它们调成深蓝色或深绿色。

作为有机材料，与金属基系统相比，紫精被视为电子应用的有前途的替代品，后者往往价格昂贵、有毒且难以回收。紫精的可能优势包括它们的光学对比度、着色效率、氧化还原稳定性、易用性 设计和扩xxx面积准备的潜力。

Gentex Corporation 已将紫精与苯二胺一起使用，该公司已将波音 787 飞机的自动调光后视镜和智能窗商业化。紫精已与二氧化钛（TiO2，也称为二氧化钛）一起用于制造小型数字显示器 . 各种导电聚合物也可用于显示器，包括聚吡咯、PEDOT 和聚苯胺。

许多方法已用于合成氧化钨，包括化学气相沉积 (CVD)、溅射、热蒸发、喷雾热解（从蒸汽或溶胶-凝胶）和氢化。