酸化タングステンエレクトロクロミックガラス

開発

エレクトロクロミックとは、材料の可逆的酸化または還元を引き起こし、それによって色の変化を引き起こす余分な電界の極性および強度の変化です。 S.K.DebがWO 3のエレクトロクロミックを発見した1973年以来、それは多くの科学者によって研究されてきました。 1987年まで、Gentex社はこの技術を導入し、人々の日常生活に適用されていましたが、エレクトロクロミックカーミラーはいくつかの高級車に使用され、現在では一般車の基本構成となっています。 2011年に、Gentexによって製造された自動グレアフリーカーミラーは、市場シェアの87％を占め、飛行機の舷窓用のエレクトロクロミックガラスも市場に登場し、年間売上高は100億ドルに達する可能性があります。しかし、Gentexは液体電解質であるエレクトロクロミックガラスに有機材料を使用しています。製造が容易で低コストである。有機材料は不安定であるため、建築用の外装ガラスとしては使用できません。

構造

エレクトロクロミックガラスの間には、透明導電層、エレクトロクロミック層、電解質層、イオン貯蔵層、そして他の透明導電層の5つの薄膜層があります。

透明導電層

透明導電層は、デバイスの着色または漂白のための電圧を加えるための導電体として機能する電極材料として使用される。その導電性はエレクトロクロミック装置の転写効率を決定するので、透明導電層は高い導電性、光透過性および化学的安定性を有する必要がある。通常、半導体酸化物が原料として使用され、その中でも、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）またはＡｌドープ酸化亜鉛薄膜が、スパッタリングまたは電子ビーム蒸着法によってしばしば調製される理想的な材料である。

エレクトロクロミック層

エレクトロクロミック層は装置の中心部であり、着色状態と退色状態の良好な光学コントラスト比を必要とする。ディスプレイ装置の場合、それは高度の色コントラストを必要とする。有機および無機材料、無機混合材料、有機混合材料および有機 - 無機混合材料がエレクトロクロミック層として使用されることを除いて、それはエレクトロクロミズムの特性を改善し、デバイスの寿命を延ばすことができる。

イオン伝導体層

エレクトロクロミックデバイスの重要な部分です。それは以下の特徴を持つべきです：エレクトロクロミック材料のためのgegenionを提供する。高い導電性装置が透過モードで作動するとき、電解質は透明であるべきである。それはECおよびCE層に腐食がなく、不可逆的な化学反応がなく、容易に薄膜にすることができます。液体電解質および固体電解質が一般的に使用されている。液体電解質は、より速いエレクトロクロミック反応を提供することができるその高い導電性のためにイオン伝導体として研究において広く使用されているが、使用には不便である。カプセル化を容易にし、腐食を避けるために、我々はしばしば高速イオン伝導体を使用する。固体電解質は、より優れた回路記憶能力および封入が容易であるが、反応時間がより長くかかるだろう。

イオン蓄積層

着色状態で電荷のバランスを取ります。電子のグリーンまたはエミッタとして、それは可逆的な化学的性質およびイオンと電子の混合伝導性を有する。エレクトロクロミック層として酸化タングステンとポリアニリン、酸化タングステンと酸化チタン、酸化タングステンと酸化ニッケルを使用することに関するいくつかの報告があり、それはデバイスの着色効率を改善し、粉末消費を低減することができる。

エレクトロクロミックメカニズム

陰極着色を例にとると、エレクトロクロミックメカニズムは、デバイスの両側に電圧が加わっていないとき、エレクトロクロミック層は透明です。素子の両面に電圧を印加すると、イオン蓄積層に吸蔵されているLiイオンが、LiWO 3-xを形成するWO 3薄膜の格子間原子に入り、W 6+がW 5+に還元され、電子をW 6+からW 5+に遷移させて変色させる。化学式は次のとおりです。WO 3 + ne - + nLi +→LinWO 3。