《Physica B: Condensed Matter》：Influence of Layer Architecture on Electrochromic Properties of WO
3-V
2O
5 Thin Films Prepared by Sputtering
编辑推荐：
•通过反应式直流/射频磁控溅射，成功制备了具有可控架构的单层、双层和三层（WO3/V2O5/WO3）薄膜。•三层薄膜（WVW-3）展现出卓越的电致变色动力学性能，包括最高电流密度、最快切换速度（着色/褪色）和最低电荷转移电阻。•多层工程显著增强了离子扩散和氧化还原活性，这得益
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通过反应式直流/射频磁控溅射，成功制备了具有可控架构的单层、双层和三层（WO3/V2O5/WO3）薄膜。
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三层薄膜（WVW-3）展现出卓越的电致变色动力学性能，包括最高电流密度、最快切换速度（着色/褪色）和最低电荷转移电阻。
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多层工程显著增强了离子扩散和氧化还原活性，这得益于WO3–V2O5界面效应的协同作用。
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研究明确识别出切换速度与着色效率之间的权衡关系，其中WO3表现出最高效率，而WVW-3则实现了最大的光学调制范围。
引言
电致变色器件（ECD）是替代高能耗智能窗技术的一种方案，它能够在施加电位时可逆地改变玻璃的透光率，从而减少建筑对人工照明和暖通空调负荷的需求[1], [2]。这些器件已被应用于自适应光学系统、显示技术和下一代幕墙解决方案中[3]。过渡金属氧化物的着色效率、光学调制范围以及电化学切换的稳定性已被广泛研究，其表现优异，例如三氧化钨（WO3）、氧化镍（NiO）和五氧化二钒（V2O5）[4], [5], [6], [7]。其中，WO3是最常用的阴极电致变色材料，因其具有高的光学对比度和良好的循环稳定性。V2O5是一种新型阳极材料，具有层状结构和多价态钒氧化物，允许离子插入/脱出，而FeS2则是一种新型阴极材料[8], [9], [10]。相比之下，V2O5作为一种阳极材料得以开发，得益于其层状结构以及允许多价态钒进行离子插入/脱出的特性[11], [12]。这些氧化物以多层堆叠方式结合使用时，已被证明能够创造更好的电荷平衡和耐久性，从而提升器件性能[13]。磁控溅射沉积过程是最适合电致变色薄膜的物理气相沉积（PVD）工艺之一，它可以精确控制薄膜的厚度、微观结构和化学计量比，同时适用于大规模生产[14]。在这方面，反应式磁控溅射已被广泛应用于获得高密度WO3和V2O5薄膜，这些薄膜具有优异的附着力和均匀性[15]。近期关于多层和异质结构电致变色器件的研究表明，界面工程是一种增强电致变色性能的有效技术[16]，研究者们创造了一种柔性无机电致变色智能窗，具有超快切换速度和纳米结构准平面异质界面，改善了异质界面处的离子和电子传输，从而提供了出色的循环稳定性。文献[17]报道了先进多层架构在增强双波段电致变色器件节能性能和光学可调性方面的潜力，这类器件可以选择性地调制可见光和近红外光。尽管已有诸多发展，但在相同溅射条件下制备的单层、双层和三层WO3/V2O5薄膜的电致变色性能的系统研究仍然有限。
然而，循环耐久性、切换速度和大面积均匀性等方面的挑战仍然限制了电致变色器件的实际应用[18]。因此，本研究聚焦于二维（单层）和三维（多层）WO3和V2O5薄膜的直流和射频磁控溅射。尽管已有大量关于单独的WO3和V2O5电致变色薄膜的研究报道，但在相同溅射条件下制备的单层、双层和三层WO3/V2O5薄膜电致变色性能的系统对比研究仍然有限。此外，多层架构对离子扩散动力学、电荷转移行为、着色效率和光学调制的综合影响尚未得到全面研究。因此，本研究采用多层结构以利用WO3和V2O5互补的电化学特性，预期氧化物层之间的协同作用能够增强整体电致变色性能，优于单独的氧化物薄膜[8]。据此，系统研究了W-1、WV-2和WVW-3薄膜的结构、光学和电致变色性能，以建立多层架构与其电致变色性能之间的关系。
章节片段
实验方法
薄膜沉积在掺氟氧化锡（FTO）镀膜玻璃和康宁玻璃基底上。基底首先在肥皂溶液中超声清洗，随后用去离子水（DI）清洗10分钟，然后干燥。这样可以清洁基底并增强薄膜的附着力。三氧化钨（WO3）和五氧化二钒（V2O5）薄膜通过反应式直流/射频磁控溅射工艺制备，使用99%高纯度的钨（W）和钒（V）金属靶材。
微观结构分析
不同薄膜（即W-1、WV-2和WVW-3）的X射线衍射（XRD）图谱如图3所示。值得注意的是，所有样品的衍射图谱均显示为宽泛的鼓包，而非尖锐、明确的峰。这一观察结果证实了这些材料主要呈非晶态特征。单层WO3薄膜（W-1）在2θ值约23°至26°之间呈现显著的宽泛晕圈。该范围是非晶态钨氧化物的典型特征。
结论
通过反应式直流/射频磁控溅射制备了W-1、WV-2和WVW-3薄膜，并对其电致变色性能进行了评估。结构表征显示所有薄膜主要呈非晶态，而SEM、EDS和FTIR分析证实了沉积氧化物层的成功形成。结果表明，层的排列方式会影响电致变色响应。与W-1和WV-2相比，WVW-3薄膜产生了更高的电流密度。
CRediT作者贡献声明
Kilari Naveen Kumar：验证、方法学、调查研究。M. Anantha Sunil：撰写—审阅与编辑，验证。Sheik Abdul Sattar：验证、方法学、调查研究。Ashok Reddy G V：验证、方法学、调查研究。Akshata Chandrakant Kotian：验证、方法学、调查研究。Dhanalakshmi Radhalayam：撰写—审阅与编辑，验证。P. Rosaiah：撰写—审阅与编辑，验证。
数据与材料可用性
目前无法共享重现这些发现所需的原始/加工数据，因为这些数据也是正在进行的研究的一部分。
利益冲突声明
? 作者声明他们不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本文报告的工作。
致谢：
作者感谢印度班加罗尔尼特美娜克西理工学院提供的设施支持。智利ANID FONDECYT 11240189、SIA 85220125和CIA250002（CEDENNA）。
Kotian Akshata Chandrakant|Kilari Naveen Kumar|M. Anantha Sunil|Sheik Abdul Sattar|G.V. Ashok Reddy|P. Rosaiah|Dhanalakshmi Radhalayam
