1-1 研究背景
現代人每天有多數的時間必須待在建築或汽車中，因此維持室內（車 內）環境品質（舒適及健康）所使用的能源亦逐日攀升。以歐盟先進國家 統計數據為例，每年使用於建築之暖氣、冷氣、通風及光照系統上之能源 足足佔了40％，約佔了國民生產總值（GNP）的4%【1-2】。
玻璃窗材能夠帶給人較寬視野的舒適感受，所以在一般建築或汽車設 計上，都可以看到玻璃窗材的應用，但是要使室內空間（車內）有充分的 採光與節約能源是一項挑戰。在傳統的作法中，係以增加窗戶的設置面積 來增加採光的方式，卻使得大量太陽熱能隨之進入封閉空間內，增加了空 調能源的消耗；若以窗簾遮住外來熱源，則會造成增加照明設備能源的使 用。而節能窗（Energy saving window）就在希望能兼顧採光與隔熱的需求 下開始受到重視。
節能窗的作用型式可以分為非變色型（Non-change color）與變色型
（Change color）兩大類，非變色型包括：色板玻璃（Tinted glass）、反射 玻璃（Reflective glass）、隔熱玻璃（Insulating glass）、雙層玻璃（Laminated glass）以及低輻射玻璃（Low-emissive）等；變色型的依其驅動原理可分 為電致色變（Electrochromism）、熱致色變（Thermochromism）及光致色 變（Photo- chromism）三大類，以及近幾年受到重視的液晶材料。詳細分 類方式如圖1-1所示。
圖1-1 節能窗分類表
電致色變材料及其裝置具有較高的使用者控制性和較寬廣的可調整 波長範圍及高光學密度，可阻擋大部分可見光與近紅外光，因具此一優 勢，使電致色變技術成為在近年來受到重視及研究的智慧型材料科技。使 用液晶材料應用於隔間玻璃、汽車後窗以及車門窗等大面積電子窗簾已被 開發成功，其優點為不需要使用偏光板，在無外加電場下呈現光散亂態，
若外加一電場時，液晶分子將一電場方向進行再配列，呈現透明態。但無 電場下若光的強度非常大時，則遮光效果將不佳【3】。雖然電致色變元件具 有很多特點以及相關研究成果，但是由於這項領域整合了薄膜技術、電化 學及光學三大領域，技術發展尚未完全成熟，產品穩定性不佳再加上量產 化需要較長的一段時間，使得電致色變的民生應用尚未普及，值得進一步 研究。
1-2 研究動機與目的
地球上的光與熱皆來自太陽輻射，到達地面的太陽輻射能量在太陽光 譜上，紫外線光譜區(0.28~0.38 µm)分布僅佔小部分（約2％），在可見光譜 區(0.38~0.78 µm )約49％，而在近紅外光譜區(0.78~2.6 µm)為49％【4】。雖 然國內外有許多的研究機構和學者貢獻了很多在可見光區改善薄膜電致 色變性質的方法，但是直到今天對於電致色變確切的著色機制則還沒被完 全的了解，在紅外光區的應用亦仍在探索之中，而近紅外光區波段佔室內 熱量來源的一大部分，故要如何從紅外光波段著手研究更形重要。
使用氧化鎢做為電致色變材料，因為其結晶狀態的不同，在紅外線波 段會以兩種主要方式表現。非晶態（amorphous）時，為紅外線的吸收，而 具結晶態（crystalline）的氧化鎢有反射紅外線特性。且要反射紅外線遠比 吸收紅外線來的容易，並且更容易達到最為節能材料的目的。但是當薄膜 微觀結構呈現結晶態時，在晶格間會造成繞射的現象，使得薄膜透光性下 降，因此在薄膜製程上希望薄膜為非晶態。又當薄膜堆積密度低時，膜層 中多孔隙亦會造成光線的散射，此外薄膜表面粗糙度也會影響散射程度，
粗糙度愈大，散射程度愈高【5】。
影響電致色變薄膜品質的主要因素在於其微結構，電致色變薄膜的微 結構會影響其耐久性（使用壽命）、著色效率以及離子儲存的時間，微結 構中的微孔大小可以控制離子進出薄膜的速度，微孔必須大得足以讓離子 通過，並具有一定的傳導速率，但又不行太小導致反應速率過慢，而溶膠 凝膠法具有可以控制薄膜微孔洞的優點，從表 1-1 中可以看出使用物理性 濺鍍法與化學性溶膠凝膠法的比較，溶膠凝膠法除了能控制微孔結構，在 製備多成分系統也較簡易，並具有低成本的優勢（機台、前驅原料），若 要將其量產，勢必會考慮成本的問題。顧及目前商業需求與發展動力著 眼，而影響元件商品化成功與否的關鍵在於其變色特性（響應時間、驅動
電壓、光學密度）以及製程設備費用等，應用於建築上更有造價的觀點考 量。如何增加其變色特性優勢來降低花費，也將是未來研究的重要課題。
在本研究中主要之目的為：
1. 利用溶膠凝膠法以旋轉塗佈方式製備不同前驅溶液氧化鎢薄膜，
藉由實驗參數之改變以得到最適操作條件，並進行電致色變相關 性質之探討，如：鍍層微觀形態，鍍膜於電解質中的循環伏安特 性、變色響應時間，變色前後之穿透性等。期望透過製程技術提 昇其電致色變之效率。
2. 依據氧化鎢在不同退火環境下具有不同的電致色變性質，探討氧 化鎢薄膜經退火處理後之組織結構狀態，並瞭解此薄膜於可見光 及紅外光波段之電致色變性質。
表1-1 濺鍍法與溶膠凝膠法之比較
濺鍍法 溶膠凝膠法
製程溫度 較高 較低
製備多成分系統 較困難 較簡單
成本 昂貴 便宜
磊晶與緻密性控制 易控制 難控制
微孔結構 不容易 較容易