หลักการทำงานหลักของกระจกอิเล็กโตรโครมิกคือการใช้แรงดันไฟฟ้าเพียงเล็กน้อย ไอออนภายในกระจกจะถูกขับเคลื่อนให้เคลื่อนที่ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางแสง (สีและความโปร่งใส) ของวัสดุแบบย้อนกลับและเสถียร
หลักการทำงานโดยละเอียด (การวิเคราะห์ทีละขั้นตอน-
คุณสามารถจินตนาการได้ว่ามันเป็น "แบตเตอรี่" ที่บางและโปร่งใสซึ่งจะเปลี่ยนสีเมื่อชาร์จและกลับมาโปร่งใสอีกครั้งเมื่อคายประจุ
1. โครงสร้างหลัก (โครงสร้างแซนวิช
กระจกอิเล็กโทรโครมิกทั่วไปประกอบด้วยฟิล์มเชิงฟังก์ชันห้าชั้น โดยมีการกั้นทรายไว้ระหว่างพื้นผิวกระจกสองแผ่น:
กระจกด้านนอก: พื้นผิว.
ชั้นสื่อกระแสไฟฟ้าโปร่งใส (TCO) : โดยทั่วไปคืออินเดียมทินออกไซด์ (ITO) ทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรดสำหรับจ่ายแรงดันไฟฟ้า
ชั้นอิเล็กโทรโครมิก (EC Layer) : ชั้นแกนกลางที่ประกอบด้วยวัสดุอิเล็กโทรโครมิก (เช่น ทังสเตนไตรออกไซด์ WO₃) เมื่อไอออนและอิเล็กตรอนถูกฉีดเข้าไป มันจะเปลี่ยนสี (โดยปกติจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงิน)
ชั้นตัวนำไอออนิก (ชั้นอิเล็กโทรไลต์): มันเก็บไอออน (เช่น Li⁺) และปล่อยให้ไอออนผ่านไปได้ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้า แต่เป็นฉนวนอิเล็กตรอน
ชั้นกักเก็บไอออน (ชั้นอิเล็กโทรดเคาน์เตอร์) : เมื่อชั้นอิเล็กโทรโครมิกเปลี่ยนสี จะต้องให้หรือรับไอออนเพื่อรักษาความสมดุลของประจุ และโดยปกติแล้วจะมีคุณสมบัติการเปลี่ยนสีที่เสริมกัน-ด้วยตัวมันเอง
ชั้นสื่อกระแสไฟฟ้าโปร่งใส (TCO) : อิเล็กโทรดที่อยู่อีกด้านหนึ่ง
กระจกด้านนอก: พื้นผิว.
มีโครงสร้างที่เรียบง่ายดังนี้: แก้ว ชั้นนำไฟฟ้า ชั้นอิเล็กโทรโครมิก ชั้นตัวนำไอออน ชั้นกักเก็บไอออน ชั้นนำไฟฟ้า และแก้ว
2. กระบวนการทำงาน (นำทังสเตนไตรออกไซด์ WO₃ และลิเธียมไอออน Li⁺ เป็นตัวอย่าง)
ก. การใช้สี - เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้า
เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง (โดยปกติจะต่ำมาก 1-5V) กับชั้นสื่อกระแสไฟฟ้าโปร่งใสทั้งสองด้าน:
การขับเคลื่อนสนามไฟฟ้า: สนามไฟฟ้าจะขับเคลื่อนลิเธียมไอออน (Li⁺) ในชั้นตัวนำไอออนิกเพื่อเคลื่อนที่ไปยังชั้นอิเล็กโทรโครมิก (WO₃)
การฉีดไอออนและอิเล็กตรอน: ในขณะเดียวกัน อิเล็กตรอน (e⁻) จะถูกฉีดเข้าไปในชั้นอิเล็กโทรโครมิกผ่านวงจรภายนอกด้วย
ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น: ในชั้นอิเล็กโทรโครมิก ไอออนและอิเล็กตรอนจะเกิดปฏิกิริยารีดักชัน (อินเทอร์คาเลชัน) กับวัสดุ
WO₃ (โปร่งใส) + xLi⁺ + xe⁻ ⇌ LixWO₃ (สีน้ำเงิน)
การเปลี่ยนสี: ผลิตภัณฑ์ LixWO₃ เป็นสารประกอบสีน้ำเงินเข้มที่ช่วยดูดซับแสงที่มองเห็นได้ ส่งผลให้สีของกระจกเข้มขึ้นและลดความโปร่งใสลง ในขณะเดียวกัน ชั้นกักเก็บไอออนจะถูกออกซิไดซ์และสูญเสียไอออนเพื่อรักษาสมดุลประจุของทั้งระบบ
ข. การซีดจาง (การฟอกขาว) - เมื่อแรงดันไฟฟ้ากลับด้านหรือถูกตัดการเชื่อมต่อ
เมื่อแรงดันไฟฟ้ากลับด้านหรือลัดวงจร-:
การกลับตัวของกระบวนการ: ทิศทางของสนามไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงหรือหายไป และไอออนและอิเล็กตรอนจะถูกแยกออกจากชั้นอิเล็กโทรโครมิก และกลับสู่ชั้นตัวนำไอออนและชั้นกักเก็บไอออน
ปฏิกิริยาย้อนกลับเกิดขึ้น: ปฏิกิริยาเคมีข้างต้นดำเนินไปทางซ้าย โดย LixWO₃ จะสลายตัวกลับเป็น WO₃ โปร่งใส และปล่อย Li⁺ และ e⁻
คืนความโปร่งใส: กระจกจะกลับสู่สถานะที่มีความโปร่งใสสูง
ค. เอฟเฟกต์หน่วยความจำ
ข้อได้เปรียบที่สำคัญประการหนึ่งของแก้วอิเล็กโทรโครมิกคือมีคุณสมบัติ Bistable เมื่อเกิดสถานะที่เปลี่ยนสีหรือจางลง จะสามารถคงสภาพไว้ได้เป็นเวลานาน (เป็นเวลาหลายชั่วโมงหรือหลายวัน) แม้ว่าไฟฟ้าจะดับสนิทก็ตาม เนื่องจากปฏิกิริยาเคมีที่กล่าวมาข้างต้น-อยู่ในสถานะคงที่เมื่อไม่ได้ขับเคลื่อนด้วยสนามไฟฟ้าภายนอก โดยจะใช้ไฟฟ้าเมื่อจำเป็นต้องเปลี่ยนสถานะเท่านั้น ซึ่งทำให้ประหยัดพลังงานได้มาก-
