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度的光作用下分子結構會發(fā)生變化，從而導致其對光的吸收峰值即顏色的相應改變，且這種改變一般是可逆的。第一個成功的商業(yè)應用始于20世紀60年代， 美國Corning工作室的兩位材料學家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，隨后人們對其機理和應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雜的加工技術，不適于制作大面積光色玻璃，限制了其在建筑領域的商業(yè)應用。

不同類型的光致變色材料具有不同的變色機理。其中典型無機體系的光致變色效應伴隨著可逆的氧化-還原反應，如氧化鎢為半導體材料，其變色機理可用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，價帶中電子被激發(fā)到導帶中，產生電子空穴對，隨后光生電子被W(VI)捕獲，生成W(V)，同時光生空穴氧化薄膜內部或表面的還原物種，生成質子H+，注入薄膜內部，與被還原的氧化物結合生成藍色的鎢青銅HxWO₃，該藍色是由于W(V)價帶中電子向W(VI)導帶躍遷的結果。另一種變色機理是Schirmer等在1980年所提出的小極化子模型，他們認為，光譜吸收是由于不等價的2個鎢原子之間的極化子躍遷所產生，即注入電子被局域在W(V)位置上，并對周圍的晶格產生極化作用，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)

由于上述變化不會引起材料晶體結構的破壞，因此典型無機材料的光致變色效應具有良好的可逆性和耐疲勞性能。