电致变色材料ppt课件
第3章光致变色与电致变色材料
第3章光致变色与电致变色材料光致变色材料是一种具有可逆性的材料，能够在光照下改变其颜色，而在光照停止后恢复原色。
光致变色材料是一种非常有潜力的功能材料，在光学、信息储存、显示器件等领域具有广泛的应用前景。
光致变色材料主要可以分为有机光致变色材料和无机光致变色材料两类。
有机光致变色材料具有较高的反应速度和光学性能，适用于高速光学信息处理和可见光的显示器件；而无机光致变色材料具有很高的光热转换效率和较长的使用寿命，适用于红外光学信息处理和红外显示器件。
光致变色材料的光笼罩效应是其可逆变色的核心机制。
当光照入射到光致变色材料上时，光子与材料中的反应物发生相互作用，使得材料中的电子跃迁到高能级，从而导致材料的颜色发生变化。
当光照停止时，反应物重新返回低能级，材料的颜色也随之恢复。
电致变色材料是一种能够在电场刺激下改变其颜色的材料。
电致变色材料可以通过改变电场的强度、方向和频率来实现颜色的可控改变。
电致变色材料广泛应用于电光器件、光学信息储存和显示器件等领域。
电致变色材料主要包括液晶材料、聚合物材料和过渡金属氧化物等。
液晶材料具有优良的电光性能和可控性，广泛应用于液晶显示器件中；聚合物材料具有较高的透明度和色泽度，适用于光学信息存储和光学显示器件等领域；过渡金属氧化物具有丰富的电致变色机制和较大的瞬态变色效应，适用于电致变色薄膜和器件制备等领域。
电致变色材料的变色机制主要有离子注入法、氧缺陷法和电场诱导法等。
离子注入法是通过降低或提高材料的电子密度来改变材料的颜色，通常需要在材料中引入外加离子；氧缺陷法是通过改变材料中的氧含量来改变材料的颜色，通常需要在材料中控制氧含量的偏差；电场诱导法是通过改变材料中的电子自旋态来改变材料的颜色，通常需要在材料中施加外加电场。
光致变色与电致变色材料是一种具有巨大应用潜力和市场前景的功能材料。
随着科技的发展和需求的增加，光致变色与电致变色材料将进一步得到研究和发展，为人们的生活和工作提供更加方便和高效的解决方案。
光致变色与电致变色材料PPT课件
速度： 25 M bits / s 存储器：体积小，价格低，
可移动，能擦写。
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光致变色与电致变色材料
第一页，编辑于星期四：十八点 十八分。
光致变色学的发展历史
1867年
Fritsche首先发现了光致变色现象，但在随后的 将近一个世纪的时间里，一直未受到重视。
二十世纪五十年代 光致变色的概念由Hirshberg提出。
二十世纪七十年代
第一本有关光致变色学的专著出版。在随后的 三十年里，光致变色学得到了迅速的发展。
Molecules and Systems 》，1990 3，Mcardle 主编的
《Applied photochromic polymer systems 》，1993
第五十八页，编辑于星期四：十八点 十八分。
近期专著
1 “Organic Photochromic and Thermalchromic Compounds”. pp.141-206, Fan etal., “Fulgide family compounds”. Edited by J. C. Crano and R. Guglielmetti, Plenum press, New York and London, 1999.
6, 非破坏性读出
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光盘信息存储技术发展状况和前景
密度（容量）：CD: 650 MB (780nm)
电致变色器件原理结构以及相关文献 PPT
Nanoscale, 2012, 4, 5980
23
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XRD pattern of an as-sputtered W film (orange line), an as-anodized W oxide nanoporous network (blue line) and the network after annealing at 450 C in air
Solar Energy Materials&Solar Cells117(2013)231–238
12
b TiO2 nanorods d=80-100nm L=700nm f WO3 film
TiO2@200WO3
TiO2@400WO3
TiO2@600WO133
a,b TiO2 nanorod
紫罗兰
俗称：1,1-双取代基-4,4-联吡啶
汽车后视镜 显示器
导电聚合物
聚吡咯 聚苯胺 聚噻吩
灵巧窗 显示器
镧系元素与过渡金属元素 的配位络合物及金属聚合物
金属酞化青
金属氢化物 亚硝酰基含氧钼络物 可调转换镜
聚[Ru2+ (vbpy)2(py)2]Cl2
近红外开关装置
[Lu(PC)2]
显示器
4
Main Parameters
realized by WO3·2H2O ultrathin nanosheets
6
Scientific Reports 3, Article number:1936| doi:10.1038/srep01936
The structure of flexible electrochromic device
电致变色材料
Vilsmeier反应
芳烃、活泼烯烃化合物用二取代甲酰胺 及三氯氧磷处理得到醛类：
这是目前在芳环上引入甲酰基的 常用方法。N,N-二甲基甲酰胺、 N-甲基-N-苯基甲酰胺是常用的甲 酰化试剂
反应机理
Wolff-Kishner-黄鸣龙 反应
醛类或酮类在碱性条件下与肼作用，羰 基被还原为亚甲基。原来Wolff-Kishner 的方法是将醛或酮与肼和金属钠或钾在 高温(约200 °C)下加热反应，需要在 封管或高压釜中进行，操作不方便。黄 鸣龙改进不用封管而在高沸点溶剂如一 缩二乙二醇(二甘醇，b.p.245 °C)中， 用氢氧化钠或氢氧化钾代替金属钠反应。
电致变色材料
三苯胺衍生物
1310010215 郭建军
电致变色材料
电致变色是指材料的光学属性（反射率、 透过率、吸收率等）在外加电场的作用 下发生稳定、可逆的颜色变化的现象， 在外观上表现为颜色和透明度的可逆变 化。具有电致变色性能的材料称为电致 变色材料，用电致变色材料做成的器件 称为电致变色器件。
怎么合成
首先将 2-甲基噻吩和Vilsmeier 试剂反 应得到 5-甲基-2-醛基噻吩，然后用 Kishner-Wolff-Huang 还原反应得到 2,5二甲基噻吩，乙酰化后得到 2,5-二甲基 -3-乙酰基噻吩。不同取代基的三苯胺 用 Ullmann 反应制得，然后和 Vilsmeier 试剂反应得到三苯胺醛衍生物。2,5-二 甲基-3-乙酰基噻吩和相应三苯胺醛衍 生物用Michael 加成反应得到对应含三 苯胺单元查尔酮化合物（TPACH）。
Michael 加成反应
一个亲电的共轭体系和一个亲核的碳负 离子进行共轭加成，称为Micheal加成：
电致变色材料
电致变色材料电致变色材料是一种能够通过外加电场改变自身颜色的材料。
它的发明对于光电显示、光学滤波器、光调控器等领域具有重要意义。
电致变色材料的结构和性质决定了它的电场响应特性和变色效果。
电致变色材料的结构通常由两部分组成：一个被称为活性层的颜色变化层和一个被称为电极的电场控制层。
活性层是实现颜色变化的关键组成部分，它通常是由一种或多种可逆氧化还原反应的离子或离子对构成的。
电场作用下，离子或离子对的浓度发生变化，从而引起材料的颜色变化。
电极层用于对活性层施加电场，通常是由导电材料构成的。
电致变色材料的颜色变化机制可以分为两种类型，一种是离子重排机制，另一种是电荷转移机制。
离子重排机制是指在电场作用下，活性层中的离子或离子对的浓度发生变化，从而改变材料的吸收和散射光谱，进而产生颜色变化。
电荷转移机制是指在电场作用下，电子或空穴从活性层的一个能级转移到另一个能级，从而改变材料的能带结构和电子结构，进而产生颜色变化。
电致变色材料具有许多优点。
首先，电致变色过程可在瞬间完成，响应速度快。
它的颜色变化范围广，可以实现各种颜色的变化。
此外，电致变色材料还具有较好的光学性能，如较高的透明度和较低的颜色失真。
它还具有较高的循环稳定性和长期稳定性，可以承受数万次电场刺激而不会出现显著的性能衰减。
电致变色材料的应用非常广泛。
在光电显示领域，它可以作为液晶显示器的替代品，具有更高的对比度和响应速度。
在光学滤波器领域，它可以替代传统的彩色滤光片，实现无色彩损失的光调控。
此外，电致变色材料还可以应用于智能窗帘、智能眼镜、智能车窗等领域，实现可调光和隔热降温效果。
总之，电致变色材料是一种具有很高应用潜力的新型材料。
随着科技的不断发展，电致变色材料将会在更多领域得到广泛应用，并为人们的生活带来更多便利和舒适。
电致变色材料
生被认为是其变色的原因。
• 有机小分子变色材料的典型代表就是紫罗精类化合物，该类物质在
氧化还原过程中会出现颜色变换，所以又属于氧化还原型化合物。一般
情况下，中性态紫罗精类化合物由于自身结构特殊性?分子内部电子迁
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光电材料的性质
• 电致变色材料中电荷的注入与抽出可以通过外界电压或电流发 改变而方便地实现，注入或抽出电荷的多少直接决定了材料的 变色程度，调节外界电压或电流 可以控制电致变色材料的致 色程度
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标题和图表
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• 随着全球能源的急剧消耗和环境的不断恶化，节能环 保材料吸引了人们的广泛关注。电致变色材料正是这 样一种可以改变人类生活方式并且有助于合理利用能 源的新型功能材料。
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应用前景
• 智能防眩后视镜能够根据汽车周围环境的 光照情况，自行调节电压或电流，进而改 变镜面的亮度(折射率)。
• 电子墨水是一种革新信息被显示的新方法 和技术。像多数传统墨水一样，电子墨水 可以打印到许多表面，从弯曲塑料、聚脂 膜、纸到布。和传统纸差异是电子墨水在 通电时改变颜色，并且可以显示变化的图 像，即像计算器或手机那样的显示。
结合的光电子器件，通过外界较低的驱动电压来实现可逆的颜色变化。
第3章-光致变色与电致变色材料PPT课件
电致变色显示器、汽车自动防眩目后
视镜等。
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器件结构从上到下分别为：玻璃或透明基底材料、 透明导电层（如：ITO）、电致变色层、电解质层、 离子存储层、透明导电层（如：ITO）、玻璃或透明 基底材料。
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器件工作原理
• 加上一定的电压器件工作时，在两个透明导电层之间加 上一定的电压，电致变色层材料在电压作用下发生氧化 还原反应，颜色发生变化；而电解质层则由特殊的导电 材料组成，如包含有高氯酸锂、高氯酸纳等的溶液或固 体电解质材料以提供电致变色材料所需的补偿离子；
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➢1.2光致变色机理
机理：物质在光照 下由一种稳态结构 可逆地转变为另一 种稳态结构的化学
过程。
过程中的两种稳态结构称为双稳态结构。双 稳态结构间吸收波长差异越大，光致变色的 颜色分辨率越大；双稳态结构的稳定性越好， 材料的抗疲劳性就越好
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2.光致变色材料
• 理论上凡是具有双稳态结构的化合物，且 能在光驱动下实现双稳态结构的可逆转换， 这样的材料都可以作为光致变色材料。
离子存储层在电致变色材 料发生氧化还原反应时起 到储存相应的反离子，保 持整个体系电荷平衡的作 用，离子存储层也可以为 一种与前面一层电致变色 材料变色性能相反的电致 变色材料，这样可以起到 颜色叠加或互补的作用。
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电致变色器件的应用
1.电致变色玻璃
电致变色智能玻璃在电场作 用下具有光吸收透过的可调 节性，可选择性地吸收或反 射外界的热辐射和内部的热 的扩散，减少办公大楼和民 用住宅在夏季保持凉爽和冬 季保持温暖而必须消耗的大 量能源。同时起到改善自然 光照程度、防窥的目的。解 决现代不断恶化的城市光污 染问题。是节能建筑材料的 一个发展方向。
mno2电致变色
mno2电致变色（实用版）目录1.MNO2 电致变色简介2.MNO2 的性质和结构3.MNO2 电致变色的工作原理4.MNO2 电致变色的应用领域5.MNO2 电致变色的未来发展前景正文一、MNO2 电致变色简介MNO2 电致变色，即二氧化锰（MnO2）在电场作用下发生的颜色变化。
二氧化锰是一种具有广泛应用前景的电致变色材料，因其具有低成本、环保以及高稳定性等特点。
近年来，在智能玻璃、节能建筑、电子显示等领域都能看到 MNO2 电致变色技术的身影。
二、MNO2 的性质和结构二氧化锰是一种黑色或棕色的晶体粉末，化学式为 MnO2。
它是一种半导体材料，具有良好的电化学性能和热稳定性。
在结构上，MnO2 晶体由 MnO4 四面体和 O2-四面体构成，其晶格参数随温度变化。
三、MNO2 电致变色的工作原理MNO2 电致变色的工作原理主要基于其半导体特性。
在电场作用下，MNO2 的价带和导带发生移动，导致材料的吸收光谱发生变化，从而引起颜色变化。
具体来说，当施加正向电压时，MNO2 的价带向上移动，吸收光谱发生红移，呈现蓝色；当施加负向电压时，价带向下移动，吸收光谱发生紫移，呈现黄色。
四、MNO2 电致变色的应用领域1.智能玻璃：MNO2 电致变色技术可用于制备智能玻璃，通过改变电压可以实现玻璃的透明与不透明状态之间的切换，从而实现对室内光线的智能控制。
2.节能建筑：将 MNO2 电致变色材料应用于建筑玻璃、幕墙等，可以根据外界光线条件自动调整透光率，降低建筑能耗。
3.电子显示：MNO2 电致变色技术可用于制作电子显示器，实现低功耗、高对比度的显示效果。
五、MNO2 电致变色的未来发展前景随着科技的进步和社会的发展，对于节能、环保及智能化的需求日益增长。
第3章 光致变色与电致变色材料 ppt课件
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1.2光致变色机理
机理：物质在光照 下由一种稳态结构 可逆地转变为另一 种稳态结构的化学
过程。
过程中的两种稳态结构称为双稳态结构。双 稳态结构间吸收波长差异越大，光致变色的 颜色分辨率越大；双稳态结构的稳定性越好， 材料的抗疲劳性就越好
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2.光致变色材料
• 理论上凡是具有双稳态结构的化合物，且 能在光驱动下实现双稳态结构的可逆转换， 这样的材料都可以作为光致变色材料。
如：二噻吩乙烯衍生物，以开环异构体为“关”
的状态，闭环异构体为“开”的状态,通过光子
调控（300nm光波和白光），可以可逆实现开环
和关环异构体间转换。
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2.光信息存储
信息存储包括将信息在介质上“写入”和“读
出”这两个功能。同样让双稳态结构分别对应
一种功能，可以实现信息的写入与读出。
流程：1.写入过程. A→B, hv1 写入光
2.读出过程. B* →B hv3 读出光 3.擦除过程. B→ A hv2 擦除光
• 实用性电致变色材料:
1.可逆变化循环次数高
2.响应速度快
3.分辨率大
• 目前常用的材料有：偶氮化合物，水杨醛 缩苯胺类，二芳基乙烯类衍生物等。
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2.1偶氮化合物
偶氮化合物通过偶氮基（-N=N-）在光作用 下发生顺反异构实现双稳态结构转变的。
偶氮化合物的顺反异构体中，由于反式的共 平面性好，有利于增大分子内∏电子的流动 性共轭效应得到加强，所以一般 情况下反 式结构更加稳定，且其最大吸收峰位相对于 顺式结构位于长波长区。
电致变色
有机ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ致变色材料 紫罗碱(Viologen)化合物
能够可逆地还原/显色
变色性能与颜色 优点 缺点
应用性
费用低、光学使质装量置好发、生颜蓝色色转变换色快、循环可 逆性
难以实现 多种色彩、显色/退色速度慢、难以完成完全退色，以及由于其差的稳定性在
以重紫复罗显精色类/退为色功循能环材中料电的致电变致色变材色料材易料于已损经坏的缺点 得
材料
包括氧化钨 (WO3)，它的主要化学用途是制作电致变色窗或者智能窗。
双注入模型不能很好地解释NiO的变色过程，至今NiO薄膜的变色机理仍有 很多 争议。
高
无机电致变色材料 电致变色颗粒
随离子价态和浓度的变化,颜色也会发生相应的变化
过渡金属氧化物或其衍生物,如：氧化钨 (WO3)
具有较大的着色/漂白变色范围、较红长色的循环寿命及原料丰富、价格适宜 等优点
显色/退色速度慢、难以完成完全退色 根据其发生氧化还原的原理不同,又可以细分为阳极着色材料和阴极着色
度慢、难以完成完全退色，以及由于其差的稳定性在 料易于损坏的以缺紫点罗精类为功能材料的电致变色材料已
经得 到实际应用
度慢、难以完成完全退色，以及由于其差的稳 定性在 料易于损坏的缺点
中
/trade/pdet ahitlt2p0:6/6//provide/231 9419254.html
到实际应用
发展性
聚苯胺可以呈现为浅黄色或者深绿/黑色
目前应用技术难点 难以实现 多种色彩、显色/退色速度慢、难以完成完全退色，以及由于其差的稳 定性在 重复显色/退色循环中电致变色材料易于损坏的缺点
价格
高
有机电致变色材料 紫精化合物
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• 阴极变色材料主要是ⅥB族金属氧化物。作为阴极变色材料的典型代 表, WO3薄膜是人们发现最早的,也是研究最为详尽的。WO3的变色过程 复杂,其机理一直存在争论,双注入模型即Faughnan模型是目前被普遍接 受和应用的模型。该模型认为WO3薄膜的电致变色机理是在变色过程中 由于电场的作用,阳离子和电子双注入WO3晶格空隙后产生含W的产生被 认为是其变色的原因。
• 有机小分子变色材料的典型代表就是紫罗精类化合物，该类物质在 氧化还原过程中会出现颜色变换，所以又属于氧化还原型化合物。一般 情况下，中性态紫罗精类化合物由于自身结构特殊性?分子内部电子迁
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光电材料的性质
1. 电致变色材料中电荷的注入与抽出可以通过外界电压或电流发 改变而方便地实现，注入或抽出电荷的多少直接决定了材料的 变色程度，调节外界电压或电流 可以控制电致变色材料的致色 程度
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光电机制
• 电致变色器件（Electrochromic device, EDC）是将电致变色材料和粒 子电解质应用在导电透明电极上，形成一种光学薄膜和电子学薄膜相结 合的光电子器件，通过外界较低的驱动电压来实现可逆的颜色变化。
• 电致变色器件可视为电化学电池，结构上是一种三明治式的多层电化 学装置，其中各层均已薄膜形式出现。最典型的五层结构从下至上依次 是透明导电层、电致变色层、电解质层、粒子储存层、透明导电层。电 致变色是在电场作用下变色层的材料发生颜色及光透射性能的改变。
• 随着全球能源的急剧消耗和环境的不断恶化，节能环 保材料吸引了人们的广泛关注。电致变色材料正是这 样一种可以改变人类生活方式并且有助于合理利用能 源的新型功能材料。
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应用前景
1. 智能防眩后视镜能够根据汽车周围环境的 光照情况，自行调节电压或电流，进而改 变镜面的亮度(折射率)。
2. 电子墨水是一种革新信息被显示的新方法 和技术。像多数传统墨水一样，电子墨水 可以打印到许多表面，从弯曲塑料、聚脂 膜、纸到布。和传统纸差异是电子墨水在 通电时改变颜色，并且可以显示变化的图 像，即像计算器或手机那样的显示。
2. 通过改变电极的极性可以方便地实现着色或消色 3. 以着色材料在切断电流而不发生氧化还原反应的情况下，可以
保持着着色状态，即具有记忆功能
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• 由于电致变色材料具备优异的电致变色性能及节能环 保等特性，符合未来智能材料的发展趋势，在电致变 色显示器、大屏幕信息显示、“灵巧窗”、防炫目后 视镜、电子墨水等方面都具有非常广泛的应用前景， 因而受到人们的普遍关注和追捧。
电致变色材料
王根萌 16124549
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1. 基本概念 2. 光电机制 3. 光电材料的性质 4. 应用前景
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基本概念
• 电致变色材料是指材料的光学属性（反射率、透过率、吸收率等）在 外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为 颜色和透明度的可逆变化。具有电致变色性能的材料称为电致变色材料 (EC), 用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件(ECD)。电致变色材料 分为单分子材料，无机电致变色材料和有机电致变色材料。