อิเล็กโทรโครมิซึม เป็นปรากฏการณ์ที่วัสดุแสดงการเปลี่ยนแปลง สีหรือความทึบแสง เพื่อตอบสนองต่อสิ่งกระตุ้นทางไฟฟ้า [ ^{2 ] ด้วย}วิธีนี้หน้าต่างอัจฉริยะที่ทำจากวัสดุอิเล็กโทรโครมิกสามารถปิดกั้นความยาวคลื่นเฉพาะของ แสง อัลตราไวโอเลต แสง ที่มองเห็นได้หรือ แสง อินฟราเรด (ใกล้) ได้ ความสามารถในการควบคุมการส่งผ่านแสงอินฟราเรดใกล้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานของอาคาร ลดปริมาณพลังงานที่จำเป็นในการทำความเย็นในช่วงฤดูร้อนและทำความร้อนในช่วงฤดูหนาว^{[ 1 ] [ 3 ]}

เนื่องจากการเปลี่ยนสีนั้นคงอยู่ถาวรและต้องการเพียงแค่พลังงานในการทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง วัสดุอิเล็กโทรโครมิกจึงถูกนำมาใช้เพื่อควบคุมปริมาณแสงและความร้อนที่ผ่านพื้นผิว ซึ่งส่วนใหญ่จะใช้ใน "กระจกอัจฉริยะ" การใช้งานที่ได้รับความนิยมอย่างหนึ่งคือในอุตสาหกรรมยานยนต์ โดยใช้ในการปรับความเข้มของสีกระจกมองหลัง โดยอัตโนมัติ ในสภาพ แสง ต่างๆ

ปรากฏการณ์อิเล็กโทรโครมิซึมเกิดขึ้นในออกไซด์ของโลหะทรานซิชันบางชนิดที่นำไฟฟ้าได้ทั้งอิเล็กตรอนและไอออนเช่นทังสเตนไตรออกไซด์ (WO3 ₎ [ ^{4 ] ออกไซด์}เหล่านี้มีโครงสร้างทรงแปดเหลี่ยมของออกซิเจนที่ล้อมรอบอะตอมโลหะตรงกลางและเชื่อมต่อกันที่มุม การจัดเรียงนี้ทำให้เกิดโครงสร้างนาโนพรุนสามมิติที่มี "อุโมงค์" ระหว่างส่วนทรงแปดเหลี่ยมแต่ละส่วน อุโมงค์เหล่านี้ช่วยให้ไอออนที่แยกตัวออกมาสามารถผ่านสารได้เมื่อถูกกระตุ้นด้วยสนามไฟฟ้า ไอออนที่ใช้กันทั่วไปสำหรับวัตถุประสงค์นี้คือ H + ^และ Li ^{+ [ 5 ] [ 6 ]}

โดยทั่วไปสนามไฟฟ้าจะถูกเหนี่ยวนำโดยอิเล็กโทรดโปร่งใสแบนราบสองแผ่นที่ประกบชั้นที่มีไอออนอยู่ เมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกจ่ายผ่านอิเล็กโทรดเหล่านี้ ความแตกต่างของประจุระหว่างสองด้านทำให้ไอออนแทรกซึมเข้าไปในออกไซด์ในขณะที่อิเล็กตรอนที่สมดุลประจุไหลผ่านระหว่างอิเล็กโทรด อิเล็กตรอนเหล่านี้จะเปลี่ยนวาเลนซีของอะตอมโลหะในออกไซด์ ลดประจุของพวกมัน ดังตัวอย่างต่อไปนี้ของทังสเตนไตรออกไซด์: ^{[ 7 ]}

วอ₃+ n ( H⁺+ e ⁻ ) → H_nวอ₃

นี่คือ ปฏิกิริยา รีดอกซ์เนื่องจากโลหะที่ไวต่อไฟฟ้าจะรับอิเล็กตรอนจากอิเล็กโทรด ทำให้เกิดครึ่งเซลล์^{[ 7 ]}ตามหลักแล้วอิเล็กโทรดในฐานะหน่วยทางเคมีประกอบด้วยแผ่นเรียบและสารกึ่งตัวนำที่สัมผัสกับมัน อย่างไรก็ตาม คำว่า "อิเล็กโทรด" มักหมายถึงเฉพาะแผ่นเรียบเท่านั้น ซึ่งเรียกอย่างเฉพาะเจาะจงว่า "ซับสเตรต" ของอิเล็กโทรด^{[ 8 ]}

โฟตอนที่ไปถึงชั้นออกไซด์สามารถทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนระหว่างไอออนโลหะสองตัวที่อยู่ใกล้เคียง พลังงานที่ได้รับจากโฟตอนทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ซึ่งส่งผลให้เกิดการดูดกลืนแสงของโฟตอน^{[ 9 ]}ตัวอย่างเช่น กระบวนการต่อไปนี้เกิดขึ้นในทังสเตนออกไซด์สำหรับไอออนทังสเตนสองตัวaและb : ^{[ 10 ]}

ว⁵⁺ _ก.+ ว⁶⁺ _ข+ โฟตอน → W⁶⁺ _ก.+ ว⁵⁺ _ข

วัสดุอิเล็กโทรโครมิก หรือที่รู้จักกันในชื่อโครโมฟอร์มีผลต่อสีหรือความทึบแสงของพื้นผิวเมื่อมีการใช้แรงดันไฟฟ้า^{[ 7 ] [ 11 ]}ในบรรดาออกไซด์ของโลหะทังสเตนออกไซด์ (WO ₃ ) เป็นวัสดุอิเล็กโทรโครมิกที่ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางและเป็นที่รู้จักมากที่สุด^{[ 12 ]}วัสดุอื่นๆ ได้แก่โมลิบเดนัม [ ^{13 ]}ไทเทเนียม^{[ 14 ]}และไนโอเบียมออกไซด์^{[ 15 ]}แม้ว่าวัสดุเหล่านี้จะมีประสิทธิภาพทางแสงน้อยกว่า ^{ก็ตาม}

ไวโอโลเจน เป็น วัสดุอินทรีย์ประเภทหนึ่ง ^{[ 16 ] [ 17 ]} ที่กำลังได้รับการศึกษาอย่างเข้มข้นสำหรับการใช้งานอิเล็กโทรโครมิก^{[ 18 ]}สารประกอบ 4,4′-ไบไพริดีนเหล่านี้แสดงการเปลี่ยนแปลงสีแบบย้อนกลับได้ระหว่างสีที่ไม่มีสีและสีน้ำเงินเข้มเนื่องจากปฏิกิริยารีดอกซ์ นักวิจัยสามารถ "ปรับแต่ง" ให้เป็นสีน้ำเงินเข้มหรือสีเขียวเข้มได้^{[ 11 ]}

เนื่องจากไวโอโลเจนเป็นวัสดุอินทรีย์ จึงถือเป็นทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับการใช้งานทางอิเล็กทรอนิกส์ เมื่อเทียบกับระบบที่ใช้โลหะ ซึ่งมักจะมีราคาแพง เป็นพิษ และรีไซเคิลยาก^{[ 16 ]} ข้อดีที่เป็นไปได้ของไวโอโลเจน ได้แก่ ความแตกต่างทางแสง ประสิทธิภาพในการให้สี ความเสถียรของปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน ความง่ายในการออกแบบ และศักยภาพในการขยายขนาดเพื่อการเตรียมพื้นที่ขนาดใหญ่^{[ 18 ]}

ไวโอโลเจนถูกนำมาใช้ร่วมกับฟีนิลีนไดอะมีนโดยบริษัท Gentex Corporationซึ่งได้ทำการตลาดกระจกมองหลังปรับแสงอัตโนมัติ^{[ 18 ]}และหน้าต่างอัจฉริยะในเครื่องบินโบอิ้ง 787 ^{[ 11 ]}ไวโอโลเจนถูกนำมาใช้ร่วมกับไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO ₂หรือที่รู้จักกันในชื่อไททาเนีย) ในการสร้างจอแสดงผลดิจิทัลขนาดเล็ก^{[ 19 ] [ 20 ]}โพลิเมอร์นำไฟฟ้าหลากหลายชนิดก็เป็นที่น่าสนใจสำหรับจอแสดงผลเช่นกัน ได้แก่โพลีไพร์โรล PEDOT และโพลีอะนิลีน^{[ 21 ]}

มีการใช้วิธีการหลายวิธีในการสังเคราะห์ทังสเตนออกไซด์ รวมถึง การ ตกตะกอนด้วยไอสารเคมี (CVD) การสปัตเตอร์ การระเหยด้วยความร้อน การไพโรไลซิสแบบสเปรย์ (จากไอหรือโซลเจล) และการสังเคราะห์ด้วยความร้อน ( จากของเหลว) [ 22 ] ใน^{อุตสาหกรรมการส}ปัตเตอร์เป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไปที่สุดสำหรับการตกตะกอนของทังสเตนออกไซด์ สำหรับการสังเคราะห์วัสดุ กระบวนการโซลเจลถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากข้อดีของกระบวนการที่ง่าย ต้นทุนต่ำ และควบคุมได้ง่าย^{[ 23 ]}

ในกระบวนการโซล-เจลของทังสเตนไตรออกไซด์(WCl)₆ละลายในแอลกอฮอล์แล้วจึงออกซิไดซ์โดยการไล่ออกซิเจนออก₂เข้าสู่แนวทางการแก้ปัญหา:

2WCl₆+ 3O₂→ 3WO₃+ 6Cl₂

การก่อตัวของH₂ดำเนินการโดยปฏิกิริยาระหว่างแอลกอฮอล์และคลอรีน ซึ่งใช้ในการลดWO₃เพื่อให้ได้สารละลายสีน้ำเงินของHWO₃:

(CH₃)₂CH–OH + 3Cl₂→ (Cl₃ค)₂=O + 4H₂

2WO₃+ เอช₂→ 2HWO₃

วอ₃อนุภาคนาโนยังสามารถได้มาจากการตกตะกอนของแอมโมเนียมทังสเตตพาราเพนตาไฮเดรต(NH)₄)₁₀ว₁₂โอ₄₁⋅5H₂OหรือกรดไนตริกHNO₃ภายใต้สภาวะที่เป็นกรดจากสารละลายในน้ำ^{[ 24 ]}

จำเป็นต้องมีหลายชั้นสำหรับหน้าต่างอัจฉริยะที่มีฟังก์ชันการทำงานและคุณสมบัติอิเล็กโทรโครมิก^{[ 3 ]}ชั้นแรกและชั้นสุดท้ายเป็นกระจกใสที่ทำจากซิลิกา ( SiO)₂ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้ขั้วไฟฟ้าทั้งสองเพื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้า ซึ่งจะผลัก (หรือดึง) ลิเธียม⁺ไอออนจากชั้นกักเก็บไอออน ผ่านอิเล็กโทรไลต์เข้าไปในวัสดุอิเล็กโทรโครมิก (หรือในทางกลับกัน) การใช้แรงดันไฟฟ้าสูง (4 V หรือมากกว่า) จะผลักไอออนลิเธียมเข้าไปในชั้นอิเล็กโทรโครมิก ทำให้วัสดุอิเล็กโทรโครมิกไม่ทำงาน ตอนนี้หน้าต่างจะโปร่งใสอย่างสมบูรณ์ การใช้แรงดันไฟฟ้าต่ำ (เช่น 2.5 V) จะทำให้ความเข้มข้นของไอออน Li ในชั้นอิเล็กโทรโครมิกลดลง จึงกระตุ้นทังสเตนออกไซด์ที่ไวต่อ (N)IR ^{[ 25 ] [ 3 ]}การกระตุ้นนี้ทำให้เกิดการสะท้อนแสงอินฟราเรด จึงลดปรากฏการณ์เรือนกระจกซึ่งจะช่วยลดปริมาณพลังงานที่จำเป็นสำหรับเครื่องปรับอากาศ^{[ 26 ]}ขึ้นอยู่กับวัสดุอิเล็กโทรโครมิกที่ใช้ ส่วนต่างๆ ของสเปกตรัมสามารถถูกปิดกั้นได้ ด้วยวิธีนี้ แสง UV แสงที่มองเห็นได้ และแสง IR สามารถสะท้อนได้อย่างอิสระตามความต้องการของผู้ใช้^{[ 3 ]}

มีการพัฒนา อุปกรณ์อิเล็กโทรโครมิกหลายชนิดอิเล็กโทรโครมิซึมมักใช้ในการผลิตหน้าต่าง อิเล็กโทรโครมิก หรือ " กระจกอัจฉริยะ " ^{[ 3 ] [ 1 ]}และเมื่อไม่นานมานี้ จอแสดงผลอิเล็กโทรโครมิกบนพื้นผิวกระดาษเป็นระบบป้องกันการปลอมแปลงที่รวมอยู่ในบรรจุภัณฑ์^{[ 27 ]}วัสดุ NiO ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางในฐานะอิเล็กโทรดเคาน์เตอร์สำหรับอุปกรณ์อิเล็กโทรโครมิกเสริม โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับหน้าต่างอัจฉริยะ^{[ 28 ] [ 29 ]}

รถไฟความเร็วสูง ICE 3ใช้แผงกระจกอิเล็กโทรโครมิกระหว่างห้องโดยสารและห้องคนขับ โหมดมาตรฐานคือแบบใส และคนขับสามารถเปลี่ยนเป็นแบบฝ้าได้^{[ 30 ]}หน้าต่างอิเล็กโทรโครมิกถูกใช้ในเครื่องบินโบอิ้ง 787 ดรีมไลเนอร์ในรูปแบบของแผงปรับความสว่างได้ระหว่างหน้าต่างด้านนอกและฝาครอบกันฝุ่นภายใน^{[ 31 ]}ทำให้ลูกเรือและผู้โดยสารสามารถควบคุมความโปร่งใสของหน้าต่างได้

• อุปกรณ์อิเล็กโทรโครมิก
• กระดาษอิเล็กทรอนิกส์
• ฟอสฟาฟีนอลีน
• กระจกอัจฉริยะ

• ดานีน, อ.; โคโจคารุ ล.; โฟเร ค.; และคณะ (20 พฤษภาคม 2557). "ฟิล์มบาง WO ₃ เคลือบด้วยรังสียูวีที่อุณหภูมิห้อง สำหรับอุปกรณ์อิเล็กโทรโครมิกบนพื้นผิวกระดาษ" อิเล็กโตรคิมิกา แอกต้า . 129 : 113– 119. ดอย : 10.1016/j.electacta.2014.02.028 .
• Deb, SK (1969). "ระบบอิเล็กโทรโฟโตกราฟิกแบบใหม่". Applied Optics . 8 (S1): 192–195 . Bibcode : 1969ApOpt...8S.192D . doi : 10.1364/AO.8.S1.000192 . PMID  20076124 .
• Deb, SK (1973). "คุณสมบัติทางแสงและโฟโตอิเล็กทริกและศูนย์สีในฟิล์มบางของทังสเตนออกไซด์" วารสารปรัชญา 27 ( 4): 801– 822. รหัสบรรณานุกรม : 1973PMag...27..801D . doi : 10.1080/14786437308227562 .
• Gillaspie, Dane T.; Tenent, Robert C.; Dillon, Anne C. (2010). "ฟิล์มโลหะออกไซด์สำหรับการใช้งานอิเล็กโทรโครมิก: เทคโนโลยีปัจจุบันและทิศทางในอนาคต" วารสารเคมีวัสดุ 20 ( 43): 9585– 9592. doi : 10.1039/C0JM00604A .
• Granqvist, CG (2002) [1995]. คู่มือวัสดุอิเล็กโทรโครมิกอนินทรีย์Elsevier ISBN 978-0-08-053290-5.
• Lin, Feng; Cheng, Jifang; Engtrakul, Chaiwat; และคณะ (2012). " การตกผลึก ในแหล่งกำเนิดของวัสดุอิเล็กโทรโครมิก WO3 ประสิทธิภาพสูงและความสำคัญต่อความทนทานและจลนศาสตร์การสลับ" วารสาร เคมีวัสดุ 22 (33): 16817– 16823. doi : 10.1039/c2jm32742b .
• Lin, Feng; Nordlund, Dennis; Weng, Tsu-Chien; และคณะ (2013). "ต้นกำเนิดของอิเล็กโทรโครมิซึมในนิกเกิลออกไซด์นาโนคอมโพสิตประสิทธิภาพสูง" ACS Applied Materials & Interfaces . 5 (9). American Chemical Society : 3643– 3649. doi : 10.1021/am400105y . PMID  23547738 .
• มูลกี, ฮาคิม; ปาร์ค, แดฮุน; มิน, บงกี; และคณะ (15 กรกฎาคม 2555). "ปรับปรุงประสิทธิภาพอิเล็กโตรโครมิกของฟิล์มบางที่มี NiO โดยการเติมลิเธียม: จากชั้นเดียวไปจนถึงอุปกรณ์" อิเล็กโตรคิมิกา แอกต้า . 74 : 46– 52. ดอย : 10.1016/j.electacta.2012.03.123 .
• สิทธิบัตร WO หมายเลข 2014135804 , Danine, Abdelaadim; Faure, Cyril & Campet, Guy และคณะ, "อุปกรณ์อิเล็กโทรโครมิกที่ประกอบด้วยสามหรือสี่ชั้น", ออกเมื่อวันที่ 12 กันยายน 2014 

• บทแนะนำเกี่ยวกับจอแสดงผลอิเล็กโทรโครมาติกที่มหาวิทยาลัยเกนต์ (เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อวันที่ 6 มกราคม 2555)
• บทความเกี่ยวกับการประหยัดพลังงานของหน้าต่างอิเล็กโทรโครมิกที่ห้องปฏิบัติการพลังงานหมุนเวียนแห่งชาติ (เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อวันที่ 21 กรกฎาคม 2560)
• วิดีโอแสดงการเปลี่ยนสีของกระจกอิเล็กโทรโครมิกจากโปร่งแสงเป็นโปร่งใสบน YouTube