三氧化鎢光致變色性能的研究進(jìn)展到哪一步了？這個(gè)問題暫且放一邊，我們先來(lái)瞭解一些三氧化鎢光致變色性能的基本資訊。你可能知道的是，三氧化鎢是一種優(yōu)異的光致變色材料，其在紫外光照射下會(huì)變成藍(lán)色。而，何為光致變色？光致變色是指化合物A在受到波長(zhǎng)為λ1的光照時(shí)，可通過(guò)特定的化學(xué)方應(yīng)生成結(jié)構(gòu)和光譜性能不同的產(chǎn)物B，而在波長(zhǎng)為λ2的光照或熱的作用下，B又可逆生成化合物A的現(xiàn)象。這一過(guò)程的基本特徵為：
1.A、B在一定條件下都能穩(wěn)定存在，且顏色視差顯著不同；
2.A、B之間的變化是可逆的。
三氧化鎢會(huì)變藍(lán)色是由於W(Ⅴ)價(jià)帶中電子向W(Ⅶ)導(dǎo)帶躍遷的結(jié)果。目前，被廣泛應(yīng)用於解釋光致變色現(xiàn)象的是於1975年被提出的雙電荷注入/抽出模型。
該模型指出：三氧化鎢受紫外線照射後，價(jià)帶中電子被激發(fā)到導(dǎo)帶中，在價(jià)帶中留下空穴，光生電子被W(Ⅵ)俘獲，生成W(Ⅴ)，同時(shí)光生空穴氧化薄膜內(nèi)部或表面的還原物質(zhì)，如水等，生成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。
近些年，粉體和薄膜是有關(guān)三氧化鎢光致變色性能的研究的主要方向。例如，有以鎢酸鈉為反應(yīng)原料，利用水熱合成法，在較寬的pH值範(fàn)圍（0.5-4.5）內(nèi)，制得有較高穩(wěn)定性、粒徑較小的介穩(wěn)態(tài)三氧化鎢超微粉體。
其中，在pH約為0.5的條件下合成的鎢青銅樣品經(jīng)350W高壓汞燈照射10min後，顏色由淡藍(lán)色變成深藍(lán)色。當(dāng)樣品在95℃加熱30min後，深藍(lán)色的粉體會(huì)被空氣中的氧氣氧化，恢復(fù)為原色，呈現(xiàn)較好可逆性。經(jīng)XPS測(cè)試證實(shí)六方三氧化鎢中有少量變價(jià)鎢（W5+）存在，得到變色是由W5+和W6+相互轉(zhuǎn)化產(chǎn)生。
還有以鎢酸鈉為鎢源，鹽酸調(diào)節(jié)pH值，甲醛有機(jī)誘導(dǎo)水熱合成制得分散性較好的納米三氧化鎢粉體。在3W紫外燈照射下，未加甲醛的三氧化鎢粉體色差值小於2，而甲醛誘導(dǎo)的三氧化鎢納米粉體色差值為20，可知甲醛誘導(dǎo)作用顯著提高了三氧化鎢粉體的光致變色性能。
據(jù)分析，甲醛誘導(dǎo)合成的三氧化鎢粉體的納米尺寸小於紫外線波長(zhǎng)，量子尺寸效應(yīng)顯著，三氧化鎢受光激發(fā)出的電子由價(jià)帶嚮導(dǎo)帶躍遷更容易；較大的比表面積有較高的反應(yīng)活性和對(duì)激發(fā)光較強(qiáng)的吸收能力。
pH值較小時(shí)，多鎢酸根離子同樣有光致變色效果。因而，有研究人員從這個(gè)角度入手，選擇水溶性高聚物聚丙烯酸（PAA）作為載體和成膜劑，添加適量的丙三醇作為保濕劑，製備了Na2WO4-PAA-Glycerol複合膜。
該膜受太陽(yáng)光照後，顏色在10s後開始變色，10min後變至最深，置於暗處則褪至無(wú)色或淺藍(lán)色，時(shí)間小於2min，顯示出良好的變色相應(yīng)速度和變色可逆性。
這是由於膜中含水，利於電子供體羧酸根、小分子氧化產(chǎn)物、氧氣的擴(kuò)散，因而變色與褪色速度均較快。針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究人員推測(cè)變色機(jī)理源於W(Ⅴ)與W(Ⅵ)的可逆變化。這很好地符合了雙電荷注入/抽出模型。
綜上，納米尺寸的三氧化鎢粉體和Na2WO4-PAA-Glycerol複合膜的效果較好，而三氧化鎢超微粉體的光致變色條件較為苛刻（350W的高壓汞燈）。這是由於光致變色過(guò)程中物質(zhì)遷移更容易進(jìn)行。物質(zhì)遷移包含電子的躍遷，電子供體、氧化產(chǎn)物、氧化劑的擴(kuò)散等。所以，有研究人員認(rèn)為，改進(jìn)三氧化鎢光致變色性能的一個(gè)方向?yàn)椤刮镔|(zhì)遷移更容易進(jìn)行。
