氧化鎢光致變色原理

光致變色是指某些化合物在一定的波長和強(qiáng)度的光作用下分子結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致其對光的吸收峰值即顏色的相應(yīng)改變，且這種改變一般是可逆的。第一個(gè)成功的商業(yè)應(yīng)用始于20世紀(jì)60年代， 美國Corning工作室的兩位材料學(xué)家Amistead和Stooky首先發(fā)現(xiàn)了含鹵化銀(AgX)玻璃的可逆光致變色性能，隨后人們對其機(jī)理和應(yīng)用作了大量研究并開發(fā)出變色眼鏡。但由于其較高的成本及復(fù)雜的加工技術(shù)，不適于制作大面積光色玻璃，限制了其在建筑領(lǐng)域的商業(yè)應(yīng)用。

不同類型的光致變色材料具有不同的變色機(jī)理。其中典型無機(jī)體系的光致變色效應(yīng)伴隨著可逆的氧化-還原反應(yīng)，如氧化鎢為半導(dǎo)體材料，其變色機(jī)理可用1975年由Faughnan提出的雙電荷注入/抽出模型解釋，即在紫外光照射下，價(jià)帶中電子被激發(fā)到導(dǎo)帶中，產(chǎn)生電子空穴對，隨后光生電子被W(VI)捕獲，生成W(V)，同時(shí)光生空穴氧化薄膜內(nèi)部或表面的還原物種，生成質(zhì)子H+，注入薄膜內(nèi)部，與被還原的氧化物結(jié)合生成藍(lán)色的鎢青銅HxWO₃，該藍(lán)色是由于W(V)價(jià)帶中電子向W(VI)導(dǎo)帶躍遷的結(jié)果。另一種變色機(jī)理是Schirmer等在1980年所提出的小極化子模型，他們認(rèn)為，光譜吸收是由于不等價(jià)的2個(gè)鎢原子之間的極化子躍遷所產(chǎn)生，即注入電子被局域在W(V)位置上，并對周圍的晶格產(chǎn)生極化作用，形成小極化子。入射光子被這些極化子吸收，從一種狀態(tài)變到另一種狀態(tài)，可簡略表示如下：

WA(V)-O-WB(VI)→WA(VI)-O-WB(V)

由于上述變化不會(huì)引起材料晶體結(jié)構(gòu)的破壞，因此典型無機(jī)材料的光致變色效應(yīng)具有良好的可逆性和耐疲勞性能。