電致變色材料發展趨勢

 

刊登日期:2014/6/3
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簡單來說,變色(Chromism)是指材料受到如光、溫度或電場等外部刺激而產生顏色變化。受到光影響而變色被稱為光致變色(Photochromism),主要原理是材料在兩個不同的分子結構間產生異構化(Isomerization)的結果,而熱致變色顧名思義就是受到溫度改變而產生顏色變化。電致變色(Electrochromism)的現象就是顯示材料在施加電壓後進行可逆的顏色變化。

電致變色之原理
具有電活性(Electroactive)的電致變色材料在電場作用下,發生電化學氧化還原反應,而得失電子,使得材料的能階改變而造成顏色的變化。圖一為典型的電致變色元件結構:元件結構從上到下分別為玻璃或塑膠基材、透明導電層(如ITO或FTO)、電致變色層、電解質層、離子儲存層、透明導電層(如ITO或FTO)、玻璃或塑膠基材。元件運作時,在兩個透明導電層之間施加一定的電場,電致變色材料在電場作用下發生氧化還原反應,材料顏色產生變化;而電解質層則由特殊的導電離子材料組成,像過氯酸鋰、過氯酸納等的導電溶液或固體電解質材料;離子儲存層在電致變色材料發生氧化還原反應時儲存相對應的反向離子,保持整個電荷平衡的作用,離子儲存層也可以使用與電致變色層電性相反的材料,這樣可以達到顏色加成或互補的作用。


圖一、典型的電致變色元件結構

主動式變色之元件技術
目前受歡迎的全視線眼鏡就是屬於被動式的光致變色技術,只要室內尚有紫外線存在,鏡片就持續呈現暗色,雖可持續保護眼睛但容易造成配戴者的困擾,無法依照個人需求去改變鏡片的明暗度。而主動式的變色元件可由使用者調控所需的變色情境,操作上更具有潛力。目前常見的有三種技術:1.懸浮粒子元件技術(Suspended Particle Device; SPD);2.高分子分散型液晶技術(Polymer Dispersed Liquid Crystal;PDLC);3.電致變色技術(Electro Chromic;EC)。圖二為主動式變色技術應用在智慧窗的示意圖。


圖二、不同主動型變色智慧窗之示意圖

電致變色材料分類
2. 有機材料
有機材料又分為小分子及高分子類型,最著名的小分子材料就是紫精(Viologen),其在中性態時為無色,在還原態時呈現藍紫色,屬於目前應用在汽車後照鏡的小分子材料之一; 酞菁(Phthalocyanine)屬於分子結構較大的電致變色分子材料,由於合成較為繁複,相對較少有商品化的產品;而高分子系的電致變色材料中,最典型的例子是聚苯胺,聚苯胺可以經由電化學過程或苯胺的化學氧化聚合來形成。

電致變色材料應用及市場
電致變色技術的市場相當廣泛,可應用在節能智慧窗、汽車天窗及防眩光後視鏡、電子紙、電子標籤及顯示器等,以下將詳述目前各種電致變色材料應用的商品……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文。

作者:龔宇睿、呂奇明 /工研院材化所
本文節錄自「工業材料雜誌330期」,更多資料請見:http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=11895


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