摘要
三氧化钨(WO3)是一种具有电致变色能力的显色材料，在电控显色领域具有巨大的应用潜力。但由于WO3的生色能力依赖于其多重价态对应的特定光学吸收波段，导致其难以实现较高的生色纯度，且往往难以提供除本征显色范围以外的色彩，颜色种类较为单一（无色/蓝黑色）。光子晶体(PCs)作为一种高质量多彩的结构色材料，将其与WO3结合将有望实现基于WO3的多彩电致变色材料。为了得到高质量的WO3多彩电致变色层，本论文将光子晶体结构引入WO3电致变色层，利用结构色的变化实现多彩输出。制备了一种稳定的WO3复合光子晶体结构(H-SiO2/WO3PCs)，通过电场调节其有效折射率改变光子晶体的光子带隙，从而产生结构色的变化，实现多彩电致变色。 通过牺牲模板法制备了一种三氧化钨反蛋白光子晶体结构(WO3IOPCs)，该结构可以通过控制电压实现电致变色的多彩输出。由于在外加电场作用下WO3(n≈1.96)会与电解质溶液中锂离子(Li+)相结合而变为锂钨青铜(LixWO3)，导致有效折射率降低，因此其光子带隙会发生一定程度的蓝移，也就表现为受电场诱导的通电前后的结构色变化。整个变色过程仅需要在±5V的外部电压下，快速完成波长位移39nm~75nm的变色效果(5s内)。进一步，通过调整PS微球的粒径制备了具有不同光子带隙的WO3IOPCs(λ=458~678nm)，在外加电场的作用下能够实现基本涵盖可见光区的多种颜色的电致变色结构色输出。 设计了一种由空心二氧化硅球壳支撑的WO3复合光子晶体(H-SiO2/WO3PCs),进一步提升了WO3光子晶体的电致变色性能。由于PS@SiO2更好的组装性能及SiO2的热稳定性与结构刚性，使H-SiO2/WO3PCs的微观有序程度大幅提升，因此具有更窄的带隙宽度与更高的反射强度，并具有更良好的循环稳定性(＞100次)。进一步地，通过调整SiO2壳层的厚度制备了具有不同带隙的H-SiO2/WO3PCs(λ=443~639nm),在外加±5V电压下同样能够快速实现波长位移30nm~87nm的变色效果(5s内)。进一步设计了带有独立控制单元的方格阵列，通过刺激特定组合变色的方式，实现了多种图案的重复写入与擦除，如“3,4,1,2,A,B”。
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