李帥 李心雨 劉丹丹 劉佳鑫 汪仁智 郭準

摘 要：近年來，電致變色技術這一新興的光電顯示技術被應用在變色智能窗、汽車自動防眩后視鏡、電致變色眼睛、智能卡、戶外廣告等領域。其指材料的光學屬性在外加電場的作用下呈現(xiàn)出可逆的光學性能轉換特征。本文首先介紹電致變色的概況，其次介紹電致變色材料的應用領域，最后分析其當前在國內外市場存在的問題，以更清晰的認清電致變色材料的發(fā)展現(xiàn)狀，促進電致變色材料更廣泛的應用。

關鍵詞：電致變色材料;研究;發(fā)展現(xiàn)狀

電致變色指的是一些材料在外加電壓或者電流的作用下，在雙重注入或抽取下發(fā)生氧化還原點現(xiàn)象。材料的反射率、透過率、吸收率等光學屬性，在外加電場的作用下形成色心或者產生帶顏色的化合物，表現(xiàn)在外觀上為顏色和透明度的可逆變化。電致變色材料憑借這一特點，成為一典型的智能材料，因為具有制造成本低、工作溫度范圍廣及色彩豐富等優(yōu)勢，被廣泛應用在智能汽車、智能人居等領域。

一、電致變色材料的概況

（一）電致變色材料的分類

電致變色概念由國外學者Plant在20世紀60年代提出，并受到世界各國度關注，并在實際應用投入大量人力物力進行研究。電致變色材料分為兩類：一個是無機電致變色材料，另一個是有機電致變色材料。

無機電致變色材料主要包括：三氧化鎢、五氧化二釩、氧化鎳、二氧化鈦等，其中部分無機電致變色材料目前已經實現(xiàn)工業(yè)化。

有機電致變色材料主要分為兩大類：有機小分子電致變色材料、高分子電致變色材料。前者又包括紫精類化合物、三苯胺以及衍生物等，這些化合物在電極表面及溶液中會改變顏色。后者高分子也是一種重要的電致變色材料，形式和顏色相對豐富。

在電致變色材料中，有機電致變色材料具有變色速度快、記憶效應強、耗能低、顏色多樣性及不同狀態(tài)下的透過率差值高等優(yōu)勢。

關于電致變色材料的研究，全世界給予高度關注，并且這一課題研究逐年增加，特別是具有柔和性的聚合物電致變色材料，因為有著廣闊的應用前景，也成為研究領域的一個熱點。

（二）電致變色器件

電致變色器件指的是運用電致變色材料做成的器件，具有雙穩(wěn)態(tài)、是較大，無視覺盲點、顯示清晰鮮明、對比度高、制作成本低及驅動電壓低等優(yōu)點。目前電致變色器件主要按照結構分類，分為溶液型電致變色器件、半溶液型電致變色期間及固態(tài)電致變色器件三類。

關于評價電致變色器件性能的標準主要依據(jù)變色反差、變色效率、開關速度、穩(wěn)定性及光學記憶五個指標。電致變色器件主要具有透射可調、反射可調、信息可調及輻射可調等功能，相對應的器件應用分為節(jié)能智能窗、汽車防眩后視鏡、電致變色顯示器及電磁輻射屏蔽器等。

二、電致變色材料的應用領域

電致變色器件通過透射和反射兩個工作模式在日常應用日益提升，關于電致變色器件的專利也與日俱增，不過對于投資者而言，如何實現(xiàn)電致變色限制期間的大規(guī)模生產和高性能，依然是重中之重。關于電致變色器件的應用領域，主要還是由電致變色材料的特性決定和影響。

（一）電致變色汽車后視鏡

電致變色汽車后視鏡，是采用無眩光反射鏡，后視鏡在反射模式下運行，一個是防止太陽光的反射，另一個是汽車夜間行駛中避免車輛燈光從后視鏡反射炫目的光。目前大多數(shù)品牌汽車都采用了電致變色鏡。用戶可以根據(jù)自己的實際情況選擇合適的反射率，增加出行的安全性。

電致變色器件將粘性電解液注入導電玻璃和反射鏡之間，在通過電致變色層市價低電壓，進而通過改變電致變色層的光吸收來調節(jié)反射器的反射特性，從而達到智能調節(jié)鏡子的反射亮度的效果。

（二）建筑物和飛機的電致變色窗

智能窗這一概念在1985年提出，主要就是為了代表說明透過率可調的電致變色窗。智能窗具有既環(huán)保又經濟實惠的優(yōu)點，在建筑物或者飛機等處的應用，有效避免太陽輻射照進房間或者艙內。智能窗的應用原理，主要就是借助電致變色玻璃的著色程度來調節(jié)室內的日照強度。例如，由瑞典開發(fā)和應用的電致變色玻璃，主要用于汽車天窗、摩托車安全帽、辦公室玻璃等，其中藍色調的電致變色窗備受上班族的青睞。

（三）太陽鏡和護目鏡

上世紀90年代，日本東京尼康公司率先應用電致變色鏡片，采用氧化物電致變色材料率先調節(jié)光線的強度。通常太陽鏡對紫外線格外敏感，一旦遇到強光，鏡片會自動變暗。不過，鏡片顏色根據(jù)光想強度自行調節(jié)的速度過慢，電致變色鏡片的應用將變暗時間從30-60s降低到9s，恢復透明時間從20min降低到4s。大大方便用戶，只要通過鏡片兩側的微型按鈕操作，佩戴者就可以根據(jù)實際需要或者個人喜好自如調節(jié)光的強度。

（四）光調制器和光閘

電致變色材料除了用于顯示器和窗戶外，還被應用于光閘或者光調制器。主要安裝在激光發(fā)射器的前端，發(fā)揮過濾器的作用。通過褪色態(tài)和著色態(tài)度切換，對特定波長的激光進行過濾或者補增加強。

（五）電致變色紙

電致變色紙將電致變色材料嵌入特定的紙張中，通過切換著色態(tài)或者透過態(tài)，實現(xiàn)紙張的重復應用。電致變色紙最早是在1989年發(fā)明，屬于一種基于紫精化合物的顯示器件。

（六）傳感器和分析領域

通過電致變色材料的特性，可是實現(xiàn)對特定物質的分析?；谒难趸?，Shimizu等人發(fā)明制作成傳感器，分為電機層、電致變色層及磷酸根離子等。傳感率的透過率由[HPO4]2-的濃度決定，其充足的條件下四氧化三鈷就會轉化為著色態(tài)，反之就變?yōu)橥高^態(tài)。

此外，電致變色還可以用于信用卡、優(yōu)惠券、門票及現(xiàn)金點鈔機等。溫控電致變色器件還可以用于冰箱通過對電致變色的速率和有害細菌大量繁殖的速率之間的關系，顯示食品的安全性。

三、電致變色材料在國內外市場應用存在的問題

當前，電致變色材料屬于最具應用前景的智能材料，特別是近年來，越來越多的電致變色器件被人們發(fā)現(xiàn)和應用。除了上述這些應用番外，電致變色材料還被應用在軍事偽裝和攝像器材等領域，從商業(yè)角度來看，最具市場前景的就是導電聚合物材料。

當前關于電致材料的市場狀況，國外企業(yè)對電致變色材料主要致力于穩(wěn)定持久和高性能的節(jié)能型電致變色玻璃、智能變色材料和智能變色技術的研究。相對國外企業(yè)，國內電致變色企業(yè)存在電致變色材料單一、缺少自主知識產權、產品種類當以等問題，極大的限制企業(yè)發(fā)展和國際市場的開發(fā)。對此，企業(yè)可以與高校和相關研究單位開展長期合作，加強新產品的研發(fā)力度，推動產品的更新，同時針對市場需求，有針對性的開發(fā)具有商業(yè)價值的電致變色材料。

四、結論

綜上可見，電致變色材料屬于新興的智能材料，在建筑節(jié)能方面有著廣闊的市場前景。本文從電致變色材料的分類、應用領域及市場問題分析當前研究現(xiàn)狀，通過分析中國電致變色行業(yè)發(fā)展具有的資源和條件，以深入了解消費者和市場的需求，更好的開發(fā)更符合市場發(fā)展趨勢、具有自主知識產權的電致變色產品。

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西京學院大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目 項目編號127152019097

（作者單位：西京學院理學院，陜西 西安 710123）