基于减反射理论设计的超高透光率WO3电致变色薄膜及其性能研究

为解决电致变色器件（ECD）在漂白态透光率不足的问题，研究人员创新性地将减反射（AR）理论应用于WO3薄膜设计，通过理论计算与磁控溅射技术制备出厚度为539 nm的WO3薄膜，实现了550 nm波长下90.08%的超高透光率，同时保持1000次循环后仅13%的光学调制率损失。该研究为高透明度ECD设计提供了新思路，适用于智能窗、相机屏蔽等对光学清晰度要求严苛的领域。

　　

在智能窗、防眩光后视镜和手机相机屏蔽等应用中，电致变色（Electrochromic, EC）器件因其能通过电压调控光学性能的特性备受关注。然而，传统EC器件在漂白态（bleached state）的透光率往往不足，导致视觉清晰度下降或成像质量受损。以三氧化钨（WO₃）为代表的EC材料虽具有高光学调制能力和成本优势，但其透光率提升仍面临挑战。现有方法如元素掺杂（Doping）、复合其他氧化物（如Nb₂O₅）或纳米结构优化，虽能部分改善性能，但难以突破多层器件结构的光学限制。

针对这一难题，五邑大学应用物理与材料学院的研究团队独辟蹊径，首次将减反射（Anti-Reflection, AR）理论直接应用于WO₃活性层设计，而非依赖额外镀层。通过理论计算确定WO₃薄膜的最佳光学厚度（539 nm），并采用直流反应磁控溅射（DC reactive magnetron sputtering）技术制备样品。实验表明，该厚度下薄膜在550 nm波长透光率达90.08%，创下同类研究最高纪录，同时循环稳定性优异——1000次充放电后仅损失13%的光学调制率和31.54%的电荷容量。相关成果发表于《Optical Materials》，为高透明度EC器件设计提供了范式转换。

关键技术方法
研究团队通过理论建模计算WO₃与相邻层（ITO导电玻璃和电解质）的折射率匹配条件，确定最佳薄膜厚度；采用直流反应磁控溅射在ITO基底上沉积不同厚度（525 nm、539 nm、554 nm）的WO₃薄膜；通过半电池构型进行电化学测试，评估透光率、循环稳定性等性能指标。

研究结果

1. 减反射原理验证：通过干涉理论推导出WO₃薄膜的折射率（n_c）与厚度需满足n_c = √(n_an_s)，其中n_a和n_s分别为空气和基底的折射率。
2. 性能优化：539 nm厚度的WO₃薄膜实现90.08%的峰值透光率，较传统方法（通常<85%）显著提升。
3. 循环稳定性：1000次循环后电荷容量损失31.54%，远低于纳米结构薄膜常见的快速衰减问题，证实AR设计对界面稳定性的积极作用。

结论与意义
该研究突破传统EC材料改性思路，将WO₃层同时作为光学元件（通过厚度调控实现减反射）和电化学活性层，解决了高透光率与稳定性难以兼得的矛盾。Zerong Zhou等作者提出的方法无需复杂工艺或昂贵材料，可直接整合至现有ECD生产线，对智能窗在建筑节能、车载显示等领域的应用具有重要推动作用。未来研究可进一步探索AR理论在多波长协同优化、柔性器件设计中的潜力。