WO₃薄膜极好的变色特性已越来越引起人们的广泛关注。这种材料通过电子与小阳离子(H⁺、Li⁺、Na⁺和K⁺等)双重注入、紫外光子辐照、气体分子吸附等，会发生光学、电学等特性的显著变化，因此可作为电致变色、光致变色、气致变色、气体传感、智能伪装等器件的核心材料，在建筑与汽车的节能、信息显示与储存、环境监控、食品工业、军事等方面具有极大的应用前景。

 

至今人们已对WO₃薄膜的电致变色特性进行了广泛而深入的研究，尤其在WO₃薄膜性能的优化方面。近年来研究表明，纳米结构的WO₃薄膜可突破传统结构WO₃薄膜的性能，使得薄膜的特性明显提高。采用纳米晶结构WO₃薄膜作为传感器，灵敏度能显著提高；作为光致变色材料，致色效应更强，并且致色峰蓝移；采用纳米多孔WO₃薄膜作为电致和气致变色器件，致色响应速度更快，大面积致色更加均匀。因此，纳米结构的WO₃薄膜为制备性能更优良的致色、气体传感、智能伪装材料等提供了新的途径。目前大多采用特殊的溅射技术、高压反应气体沉积等技术制备纳米结构WO₃薄膜，但工艺控制复杂，制造成本高，薄膜纯度低。采用电化学沉积技术则可以低成本、大面积制备出纳米结构WO₃薄膜，但是薄膜生长速率很慢，薄膜很易产生裂纹。另一方面，溶胶-凝胶技术可以裁剪纳米颗粒微结构．从而控制薄膜的特性，不仅能制备出纳米晶氧化物薄膜，而且能制备出纳米多孔材料，并且制备方法简单、成本低，便于工业化生产。目前溶胶·凝胶技术制备WO₃薄膜有离子交换法、钨酸盐酸化法和钨粉过氧化聚钨酸法等方法。离子交换法工艺较为复杂而且溶胶不稳定，易于形成凝胶，未交换完全的金属离子对薄膜性能影响较大；钨酸盐酸化法工艺过程控制困难，易于形成沉淀；而以钨粉为原料，同过氧化氢反应制备WO₃薄膜，工艺过程简单易控，而且形成的溶胶稳定，适合于镀膜。 

 

WO₃薄膜具有很好的气致变色特性。致色较退色慢，致色响应时间短于60s，而退色响应时间短于20s，并且致色态与退色态透射率相差很大。图 给出了经100℃热处理的WO₃薄膜气致变色前后可见光区透射光谱的变化。可以发现致色时平均透射率低于10%，而退色时平均透射率则高于70%，平均透射率变化超过60%，550nm处变化达65%以上，具有很好的光谱调控性能。

 

经过400℃热处理的WO₃薄膜气致变色性能降低。特别是致退色响应速度变慢。这种现象在电、气致变色的WO₃薄膜中均发现过，这主要由薄膜的结构变化引起的。通常非晶WO₃薄膜具有较晶态更好的致色特性，而多孔WO₃薄膜能够提高离子、氢原子的扩散速率，提高致色响应速度。从前面薄膜折射率的变化、SEM和XRD分析可发现．100℃热处理的薄膜由纳米颗粒构成，孔隙率较高(为41.5% )，而且为非晶结构，H扩散通道舒畅；而400℃热处理的薄膜孔隙率明显较低．仅为25.0% ，薄膜比较致密．而且具有晶态结构．这样就降低了薄膜的致色特性。 

 

WO₃薄膜的这种气致变色效应主要涉及了3个反应步骤：首先氢分子在催化剂Pt表面化学吸附、分解；然后H沿着薄膜孔洞扩散、迁移；最后同WO₃反应，形成钨青铜结构。致色机理基本相同于电致变色，H扩散到WO₃薄膜中，同WO₃反应形成了极化子，极化子从一个晶格(W⁺⁵)向另一个晶格(W⁺⁵)的“跳跃”导致了光吸收，从而产生了气致变色。 

 

采用钨粉过氧化形成聚钨酸法制备WO₃纳米薄膜，研究旋转镀膜速度、热处理对薄膜的折射率、厚度、晶态结构、红外吸收等特性的影响，然后原位研究WO₃纳米薄膜的气致变色特性。采用钨粉过氧化形成聚钨酸法，能制备出气致变色性能很好的WO₃纳米结构薄膜。热处理使得薄膜致密．折射率增大，厚度减小，薄膜结晶；随着过氧键消失，WO₃微结构发生了变化，共角W-O-W键吸收越来越强，且向高波数方向移动。这些变化归因于热处理导致的WO₃颗粒形状、团聚状态的变化以及应变键的产生。WO₃纳米薄膜致色态与退色态之间平均可见光透射率变化超过60%。致色机理在于H扩散到WO₃薄膜中产生的小极化子吸收。