在 電 致 色 變 材 料 中 包 含 無 機 材 料 ( Inorganic materials ) 與 有 機 材 料 ( Organic materials )，大致上可分為
[23~25]
：(一) 過渡金屬氧化物 ( Transition metal oxides，TMOs )
基本上為半導體，包括 WO
3
、V2
O5
、MoO3
、TiO2
及 NiO 等，而變色 方式有三種型態：還原態著色 ( Cathodic coloration )、氧化態著色 ( Anodic coloration )、還原態/氧化態均著色 ( Cathodic/anodic coloration )，表 2-2 為過 渡金屬氧化物作為變色材料時，其變色方式與各項性質之比較[26]
。而電致變色材料中，有機材料雖具製作成本低、反應速度快、高光學性
表 2-1 各種過渡金屬氧化物之變色材料
[26]
。表 2-2 變色材料之比較
[22]
。2-2 電致變色元件的原理 [29]
圖 2-1電致變色元件之示意圖
[29]
。2-3 電致變色元件的種類
2-3-1 薄膜型 ( Thin film type ) [30]
此元件結構類似於電池結構，是以薄膜的型態固定於電極上，而兩極之 間夾有電解質層，且可從薄膜的顏色知道其薄膜中的殘餘電量。此薄膜的製 備方法類似於一般的鍍膜技術，例如：熱蒸鍍法 ( Thermal evaporation )、濺 鍍法 ( Sputtering )、電鍍法 ( Electrodeposition ) 等等。其元件的變色原理如
但是不須外加電位的優點使得此元件無記憶效果，因此要維持著色態就 必須持續外加電位，因此較為消耗能源；且著色速率受限於分子在電解液中 擴散至表面的速度，所以相較於薄膜型來說其著色速率較慢。
2-3-3 混和型 ( Hybrid type ) [30]
此元件結構為薄膜與溶液之混和型電致變色元件，其中一變色材料與電 解質混和於元件兩透明導電電極間，另一種變色材料則在著色時沉積在電極 上或以薄膜的型態固定在電極之上，其反應原理如圖 2-4(a) 所示。其中變色 材料 ( 圖 2-4 ( a )假設 A 為溶液態 ) 從電解液中擴散至電極表面進行氧化 著色反應，另一電極則在著色時沉積在電極上或固定在電極上的薄膜 C
*
。在 退色時，A*
必須從陽極擴散至陰極才能與 C*
進行氧化還原反應進行退色。混和型元件與溶液型元件一樣具有自發退色的特性，所以其著退色速率 較慢，同時必須抉擇適當著退色時間，才能獲得較佳的循環穩定性，因此不 具有實用價值。
圖 2-2 薄膜型電致變色元件示意圖
[30]
。圖 2-3 溶液型電致變色元件示意圖
[30]
。圖 2-4 混和型電致變色元件示意圖
[30]
。2-4 電致變色機制
(二) 色心理論
圖 2-5 三氧化鎢鈣鈦礦結構缺陷之能帶示意圖
[34]
。2-3-2 結晶氧化鎢的電致變色機制
m
∗
c：在導電帶的自由電子之有效質量。2-4 氧化鎢的性質與結構
至三氧化鎢。二氧化鎢密度約介於10.9～11.1 g/cm3
左右，沸點約為1700°C，依結構不同而有所差異。二氧化鎢容易在空氣中氧化為三氧化鎢，若置於氫
邊形、五邊形和六邊形隧道，此開放結構可允許陽離子快速的進出，若陽離 子佔據八面體的空隙位置，則可使得氧化鎢產生著色現象。
圖 2-6 ( A ) 三氧化鎢鈣鈦礦晶格之單位晶胞
[39]
。圖 2-6 ( B ) 三氧化鎢晶體結構為對稱性八面體，間距皆為奈米尺寸
[39]
。圖 2-7 氧化鎢結構之原子排列分別為鈣鈦礦(立方)、四方晶、六方晶以及綠 燒石，而圖中黑點則表示為離子間隙
[39]
。2-6 溶膠凝膠法
( Hydrolysis ) 、聚縮合 ( Poly-condensation ) 而得到網狀結構物，其溶膠凝膠 的形成與應用如圖 2-8
[39]
所示。將配置好之溶膠 ( Sol ) 在凝膠化 ( Gelation ) 後，若利用溶劑萃取 ( Extraction ) 的方式得到之凝膠體稱為氣凝膠 ( Aerogel ) ，但若是經由溶劑 蒸發 ( Evaporation ) 的方式所得到之凝膠體則稱為乾凝膠 ( Xerogel )，不論 用哪一種凝膠經熱處理燒結後即可得到陶瓷體。另外， 也可利用旋鍍 ( Spin-coating ) 或是浸鍍 ( Dip-coating ) 的方式將凝膠披覆於基材表面上，經 過熱處理後即可獲得薄膜型態的材料。
圖 2-8 溶膠凝膠法之示意圖