光致變色

氧化鎢是一種良好的光致變色材料，從1973年首次報導了無定型氧化鎢膜的光致變色現象便受到了廣泛的關注和研究。1980年Gerard等在前人的基礎上首先以真空蒸鍍法，通過改變真空度製備了HXWO3-Y膜。後來又改用濺射法，在Ar-O2(製備純的亞化學計量膜)，Ar-O2-H2和Ar-O2-H2O(改變WO3氫氧組成)三種同反應氣氛下濺射，製備了HXWO3-Y膜。

氧化鎢光致變色的影響因素

影響三氧化鎢光致變色的因素很多，除了本身的結構和組成因素外，所處的氣氛也將影響其變色性能。從氧化鎢的內部結構來看，氧化鎢的結構有很多種。從比較穩定的三斜、單斜到立方、四方到很不穩定的六方青銅、焦綠石相，但是目前研究最多的是無定型（a-WO3）或多晶（c-WO3）膜的光致變色性能。

研究發現a-WO3較c-WO3有更好的光致變色性能，主要是因為c-WO3具有晶格缺陷或者比表面積小等。上述所說的內因是決定物質性質的主要原因，而外因對與氧化鎢光致變色的影響也不容小覷，尤其是不同氣氛對其的影響。從著色角度上看，一些含氫或羥基的有機物蒸汽有利與提高三氧化鎢的變色反應速度和吸收強度。對於脫色方面受到氧化性氣體的影響較大，如O3、H2O2和Fe2(SO4)3等。這些影響因素對提高氧化鎢光致變色的效能有很大的説明，也有利於製作性能更加良好的光致變色材料。

氧化鎢光致變色的檢測

氧化鎢光致變色的研究已近半個世紀，但因光源選取的不定性和變色表徵的單一性使其發展十分緩慢。1973年Dbell利用urbach規則：K=K0exp{-B(E0g-hv)/KT}其中hv是輻射能量，B和K是材料的特徵常量。選取適當的光源，是實現變色的關鍵。目前的光源主要有壓汞燈和高壓氙燈兩種，採用光源的瓦數各不相同，汞燈有500W、400W、250W、150W等;氙燈有500W、200W、150W、75W等。瓦數雖然只改變光強度，卻能體現出三氧化鎢的變色性能。尤其從滿足不同需要的角度考慮，太陽光照下的變色材料是太陽鏡製造商們一直追求的，高波段變色且長期穩定材料則是資訊領域所需要，而顯示幕方面則要求材料具有快速的著脫色性能。因此，氧化鎢光致變色材料的探索還有很長的路要走。

大多數學者是通過UV光譜來檢測經光源照射後材料的變色情況，但該方法無法測量短時間內的變色過程，使我們對其變色的機理及過程很難準確把握。直到1993年利用一種高敏感技術TR檢測到氧化鎢在光照幾秒後的變色情況，給出了氧化鎢的著脫色可逆過程是同時進行的結論，並提出著色率與光照時產生的電子一空穴對的數量有關的觀點。此外，通過EsR、XPS等手段也可以檢測氧化鎢的變色過程，但是這兩種儀器價格十分昂貴，因此不能作為表徵的常用手段。

三氧化鎢薄膜可以通過適當能量的光輻照而呈現顏色，WO3薄膜的光致變色反應機理可用以下方程表示:

WO3+hv→WO3*+e-+h+

h++1/2H2O→H++1/4O2

WO3+xe-+xH+→HxWO3

當WO3薄膜被光輻射時，將產生電子e-和空穴h+，光生電子進入WO3的導帶，光生空穴與薄膜表面的吸附水反應，生成H+，然後擴散到WO3內部，導致顏色發生變化。純粹的WO3薄膜只感應紫外光，因此，對於未經過預處理的WO3初始膜，電子和空穴只能通過紫外光激發產生，當經過陰極極化後，晶格中產生陷阱能級，這些能級處在禁帶區域內，能被可見光激發，導致可見光變色。