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在信息化社会，如何进一步有效、实时、低能耗地传达信息，成为人们普遍研究的热点。电致变色器件具有工作电压低、多稳态、静态无功耗、透光度连续可调、寿命长、成本低等特点，但器件能够在实际生活中广泛应用的关键因素是其响应时间。

艺术效果图：电致变色

制作电致变色器件的材料依据属性的不同一般分为无机电致变色材料和有机电致变色材料两大类。

无机电致变色材料的特点是其电子排布不够稳定，在外界电压驱动条件下发生氧化还原反应,接受或失去电子阳离子的同时会发生价态的变化，从而导致材料的颜色发生某些相应的改变黄蜂赛事前瞻。一般常见的具有电致变色效应的过渡金属氧化物有WO3、TiO2、MoO3，其中WO3是典型的过渡金属氧化物半导体材料,具有价态的多样性和价电子构型的独特性,以及成本低、无毒害、在酸性和氧化条件下稳定等优点,使得其在无机电致变色等相关技术领域得到了十分广泛的应用。

图1为电解液槽与电致变色器件构建示意图，明晰电致变色器件的响应时间是一个值得研究的问题。电致变色器件的响应时间是指器件在外界电压驱动下,从褪色状态进入着色状态或者从着色状态进入褪色状态所需要的时间。

图1 电解液槽与电致变色器件构建示意图

图源：液晶与显示,2021,36(5):641-648.Fig.1

近日，来自南方科技大学的刘召军教授与邱成峰教授指导的研究生孙天皓提出了采用WO3作为变色层的材料并制备电致变色器件,研究了不同氩氧流量比下对WO3薄膜及以Ag-WO3复合层作为变色层的改进方案来制备电致变色器件，研究其对响应时间的影响西布朗预测比分。

研究表明，当氩氧流量比为50:50时，WO3薄膜制备的电致变色器件的响应时间最短,着色响应时间与褪色响应时间分别为21.27s与11.68s；Ag-WO3复合薄膜电致变色器件的Ag层厚度为6nm时,两种响应时间最小,着色响应时间与褪色响应时间分别为12.71s和7.89s。Ag-WO3复合薄膜制作的电致变色器件响应时间与WO3制作的器件相比明显缩短。

该研究成果以“WO3薄膜电致变色器件的响应时间测试及其改善方案”为题发表于《液晶与显示》2021年第5期，并被选为封面文章。

《液晶与显示》2021年第5期封面

该文首先采用磁控溅射法制备WO3薄膜及采用测控溅射与电子束蒸发结合制备WO3-Ag复合薄膜。复合薄膜采用两层WO3-Ag复合薄膜结构，通过表征获得了WO3薄膜制备的电致变色器件最佳氩氧流量比响应时间，同时也阐述了在此氩氧流量比下WO3-Ag复合薄膜电致变色器件在不同Ag膜厚度下的响应时间。

1. 不同氩氧流量比WO3薄膜的响应时间

该文为了测量响应时间，测试了该样品的3种不同氩氧流量比下的光学调制幅度ΔT。在550-650nm光谱区间内，氩氧流量比在50:50条件下，样品的着色态的透过率最低。

图2为不同氩氧流量比条件下WO3薄膜电致变色器件的透过率测量结果，进一步通过在630nm处计算不同氩氧流量比下样品的着色态与褪色态透过率差值，得到不同氩氧流量比下样品光学调制幅度ΔT。

图2 不同氩氧流量比条件下WO3薄膜电致变色器件的透过率测量结果

图源：液晶与显示, 2021,36(5):641-648.Fig.3

计算结果表明，在氩氧流量比为50:25时，光学调制幅度约为34%；氩氧流量比为50:50时，光学调制幅度约为49%；氩氧流量比为50:100时，光学调制幅度约为41%。氩氧流量比为50:50时，着色响应时间为21.27s，褪色响应时间为11.68s。

2. WO３-Ag复合薄膜电致变色器件的响应时间

由上述可知，当氩氧流量比选择50:50时，样品的响应时间最短。选择在此氩氧流量比下蒸镀厚度不同的Ag膜，形成复合薄膜结构并制作相应的样品，测试其光学调制幅度ΔT。3种不同银膜厚度分别为3nm、6nm、9nm，将样品的褪色态与着色态进行光谱扫描，结果如图3所示。

图3 不同Ag层厚度下薄膜WO3-Ag的电致变色器件透过率曲线

图源：液晶与显示,2021,36(5):641-648.Fig.5

通过对630nm处器件着色态与褪色态的透过率差值计算，得到不同银膜厚度下器件的光学调制幅度。当Ag膜厚度为3nm时，光学调制幅度约为39；当Ag膜厚度为6nm时，光学调制幅度约为30%；当Ag膜厚度为9nm时，光学调制幅度约为28%。可以看出，当Ag膜厚度达到6nm时响应时间最短，着色和褪色的响应时间分别为12.71s和7.89s。

3. 两种样品对比分析

该文讨论不同氩氧流量比这个重要的工艺参数对WO3薄膜电致变色器件响应时间的影响。图4为两种响应时间随氧气流量变化曲线，发现在氩气流量固定为50mL/min后，随着氧气流量的升高，器件的两种响应时间均出现先下降后升高的趋势，并且在氧气流量为50mL/min时，器件的两种响应时间最小，着色响应时间与褪色响应时间分别为21.27s与11.68s。

图4 两种响应时间随氧气流量变化曲线

图源：液晶与显示,2021,36(5):641-648.Fig.4

该文研究了不同厚度Ag层的引入对WO3薄膜电致变色器件响应时间的影响。实验结果表明，Ag-WO3复合薄膜的引入可以明显缩短器件的响应时间，这是由于Ag具有良好的导电性能，可以提高离子与电子的传输速率，但过厚的银层也会增加离子与电子传输的阻碍。随着银层厚度的增加，器件的两种响应时间均出现了先减小后增加的趋势。当Ag层厚度为6nm时，两种响应时间最小，着色响应时间与褪色响应时间分别为12.71s和7.89s。图5为两种响应时间随Ag层厚度变化曲线。

图5 两种响应时间随Ag层厚度变化曲线

图源：液晶与显示,2021,36(5):641-648.Fig.6

采用改善方案制作的电致变色器件获得了较快的响应时间，进而为电致变色器件将传统的显示便捷化、智能化，甚至开拓一个全新的智能窗户产业。

文章信息

孙天皓,刘红均,伏桂月,娄飞,李涵,刘召军,邱成峰.WO3薄膜电致变色器件的响应时间测试及其改善方案[J]. 液晶与显示,2021,36(5):641-648.

DOI:10.37188/CJLCD.2020-0293

文章地址

http://cjlcd.lightpublishing.cn/thesisDetails#10.37188/CJLCD.2020-0293

编辑 | 赵阳

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原标题：《智能显示 | 电致变色器件快速响应技术》

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