氧化钨的光致变色特性在光信息存储、光调控、光开关、光学器件材料、光信息基因材料等领域具有广阔的应用前景。目前利用氧化钨光致变色特性已经设计制造出了不少实际应用的器件，如可用于分解水的WO3/TiO2复合太阳能电池，同时具有光致变色电致变色特性的智能窗等。

光学记录和图像存储
利用光致变色化合物受不同强度和波长光照射时可反复循环变色的特点，可以将其制成计算机的记忆存储元件，实现信息的记忆与消除过程。其记录信息的密度非常大，而且抗疲劳性能好，能快速写入和擦除信息。非晶态的 WO3在被 KrF 受激准分子激光器产生的波长为 248 nm 的激光照射下会变成紫色，再被Nd-Y-Al 石榴石激光器产生的波长为 1.06 μm 的激光照射又可以变成无色。研究还发现，利用 WO3在退火过程中光学特性发生变化的特性制作的一次性写入式光学记录盘，其数据最大存储密度可达 25 GB。此外 WO3在紫外光照射下变蓝的光敏特性可用于自显影全息记录照相。在透明胶片上涂上一层很薄的WO3薄膜，其对可见光不感光，在紫外光的照射下变成有色影像。这种成像方法分辨率高，不会发生操作误差，而且影像可以反复录制和消除。

光学禁带宽度可调的光子晶体
光子晶体是介电常数在空间呈周期性排列形成的人工结构。与普通晶体一样，光子晶体的周期排列具有能带结构，光子能带之间可能存在光子带隙或光子禁带。光子带隙或禁带是指一个频率范围，在这个频率范围里的电磁波不能在这个光子晶体里传播，而频率位于能带里的电磁波则能在光子晶体里几乎无损地传播。带隙的宽度和位置与光子晶体的介电常数比值有关系。WO3在光的照射下或电场的作用下其介电常数可以大范围连续改变，因此用氧化钨在聚苯乙烯模板上制作的反蛋白石结构的光子晶体可以更加有效的调控光路。

染料敏化太阳能电池
染料敏化太阳能电池(DSSC)是指以染料敏化多孔纳米结构薄膜为光阳极，根据光生伏特原理，将太阳能直接转换成电能的一种半导体光电器件。光电转换效率和作为光阳极薄膜的禁带宽度有很大关系，一般选取禁带宽度为 3.2 eV 的 TiO2作为光阳极薄膜。WO3具有跟 TiO2类似的能带结构，只是其禁带宽度相对较小，但是染料敏化氧化钨太阳能电池产生的电能足以驱动利用氧化钨电致变色薄膜变色特性制作的智能窗、显示器等电致变色装置。而且这样同时利用氧化钨的光致变色-电致变色特性的装置在结构上相对简单，绿色环保。


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衬底加热
衬底温度是决定衬底表面吸附离子的激活、迁移、成核的最关键因素，也是决定薄膜物相的主要因素之一。常温下沉积的薄膜与衬底的结合不牢固，容易脱落；但如果沉积温度太高，薄膜中晶粒长得过大，会降低变色响应和恢复的速度。WO3薄膜的疏松多孔及非晶化更有利于薄膜的电致变色、气致变色效果的实现及性能的提高，而目前国内为了获得非晶态薄膜大多采取降低溅射功率、成膜速率，加大溅射压力和靶基距等手段尽量使成膜时降低基片的热升温效应，以此来获得非晶态或纳米微晶态的薄膜结构。在温度很低、气压较高的条件下，入射粒子的能量较低，原子的表面扩散能力有限，形成的薄膜组织明显疏松。

氧化钨薄膜的掺杂
氧化钨薄膜通过掺杂不同的元素后会明显地改善某些特性，比如增强薄膜对气体的灵敏度和选择性及提高薄膜的变色效果等。氧化钨薄膜的掺杂方式有向氧化钨溶胶中掺入特定的离子、以氧化钨薄膜作为衬底来溅射稀有金属或者溅射靶时在表面嵌入一定比例的特定物质或者分段溅射制作复合膜。适度的掺杂为反应提供了更多的电子或空穴，提高了电导率，对氧化钨薄膜的各种性质产生影响。

氧化钨薄膜的退火处理
退火温度和退火时的气氛极大影响氧化钨薄膜的性质。当退火温度退火时间达到一定程度时，氧化钨薄膜可由非晶态转化为结晶态。在氧气气氛中退火时可使晶态薄膜中的氧空位缺陷得到降低。对 WO3气体敏感材料的掺杂研究最早是由Shaver 等采用真空蒸发法制得钨薄膜，再经 600~700℃加热氧化制得了 WO3薄膜，并用喷涂少量 Pt 的方法来增强 WO3对 H2及含氢气体(如 NH3、H2S)的气体灵敏度。K.Galatsis 等以 W(OC2H5)6和 Mo(OC3H7)5为前驱体，以 SiO2为基质，通过溶胶-凝胶法制备了 WO3-MoO3复合薄膜，并研究了其对 O2的气敏性能，J.J.Cheng 等人用直流反应磁控溅射法分别镀得掺杂 Au、Pt、Ru 的 WO3薄膜,并经 600℃退火 4h，由 XRD 表明是三斜晶系结构，发现 Au 的掺入提高了对 NO2的气敏性。J.Shieh等用 WCl6为前驱体，以 Al2O3为基质通过溶胶-凝胶法制备了Ti 掺杂的 WO3薄膜，并研究 NO2的气敏性能，发现 Ti 掺入抑制了晶粒大小，提高了灵敏度。


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三氧化钨薄膜作为一种重要的功能薄膜材料，在商业、生活和国防等实际中具有广泛的应用前景。

到目前为止已经有很多科学工作者进行了三氧化钨薄膜的研究，制备三氧化钨薄膜的方法有：蒸发法、溅射法、溶胶凝胶法、电子束蒸发法、化学蒸气沉积法、阳极氧化法、喷雾热解、分子束外延法、原子层外延生长法、电沉积、脉冲准分子激光沉积法、离子镀法等，其中大部分方法技术复杂、工艺条件苛刻，应用受到限制。而溅射法和蒸发法等具有稳定、方便、快速、薄膜均匀等优点，溶胶凝胶法工艺简单、成本较低、低温合成、高度化学均匀性（包括掺杂物质在薄膜中有较好的均匀分布）、材料形状多样性等优点，所以目前使用较多的是蒸发法、磁控溅射法、溶胶凝胶法。

目前对三氧化钨薄膜的研究大多都集中于它的电致变色性能，而对其气致和光致变色性能研究比较少，虽然过去三氧化钨薄膜也用作气体传感器，但是主要通过测定电阻变化来确定气体浓度，属于半导体型传感器，应用时需要外加电压加热，而且受电磁波的干扰较大，结构比较复杂，因而这种类型气体传感器的应用具有很大局限性。

当氢气与三氧化钨薄膜材料接触时，常温下其颜色也会发生变化，很明显是因为薄膜的某些光学性发生了变化。氢气是一种易燃、易爆气体，通过常温常压下测定三氧化钨薄膜光学参数的变化来确定氢气浓度，避免了测电学参数需要加热、加压等外加条件和电磁干扰等，从而提高了氢气传感器的安全性、选择性。

光纤传感器具有耐腐蚀性能好、抗电磁干扰能力强、灵敏度高、便于长距离测量等优点。因此用三氧化钨薄膜制备光纤光学氢敏传感器和光致变色器件等具有重大学术意义和广阔应用前景。

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气致变色是指材料接触到某些气体后，因发生可逆化学反应使得材料产生对特定波长光波吸收的显色效应。同电致变色相比，目前对材料气致变色性能的研究相对较少，但由于气致变色器件具有系统结构简单、影响因素少、全为固态材料、光学调节范围更广、易于大面积生产、无需外加电压、运行无能耗等众多优点，使得对WO3气致变色薄膜，特别是与之相关的复合型WO3薄膜的研究必将逐渐成为我们关注的重点。

通常，纯WO3薄膜的气致变色性能并不太理想，一般需要在WO3薄膜表面沉积一层贵金属膜作催化剂，添加贵金属膜能加快薄膜的气致变色过程，并提高薄膜对特定气体的选择性。实验发现，掺杂Au能提高WO3薄膜对H2S气体的敏感性，掺杂Ag能提高WO3薄膜对SO2的敏感性，掺杂Au和M_OO3能提高WO3薄膜对NH3的敏感性。

在研究WO3薄膜的氢致变色性能时，常在WO3薄膜表面沉积一层Pd或Pt膜以提高薄膜对H2的敏感性及选择性。向WO3薄膜材料中添加催化剂或其它金属氧化物，可以起到控制薄膜晶粒尺寸、提供气敏反应的活化中心等作用，但此时薄膜的气敏响应机理十分复杂，人们对此敏感机理的认识尚不成熟，已有的理论也主要是沿用电致变色机理，存在多种解释理论模型。

目前，利用WO3薄膜气致变色效应制备出相关器件的报道还不多见，采用多种方法在玻璃基底上沉积了一层覆盖有微量Pt颗粒的非晶WO3薄膜，并将其制成具有气致变色效果的窗口，其结构如下图所示。测试的结果表明，该气致变色窗着色效果较好，其着色和褪色的速度较快，且重复进行多次气敏测试后，器件的变色性能仍能保持稳定。最终于2004年成功研制出达到商业化标准的WO3气致变色窗口。　　　　　　　　　

除了被应用于智能变色窗之外，WO3薄膜另一个重要的潜在应用是在氢气传感器件方面。近年来基于WO3气致变色效应的光纤传感器件的研发已取得了一定的进展，此类传感器属于光学型传感器，具备较多优异性能，很有研究价值，但这类器件难以实现批量生产，整套传感系统需要使用到昂贵的光学器件，成本也相对较高，因而未能广泛应用。

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电致变色（Electrochromism, EC）是材料在外电场作用下自身颜色发生可逆变化的现象，研究发现许多过渡族金属氧化物具有电致变色特性，这些金属氧化物按着色方式可分为还原过程阴极着色材料（如W、Mo、V、Nb和Ti的氧化物）和氧化过程阳极着色材料（如Ir、Rh、Ni、和Co等氧化物）。其中，WO3是研究得最多的一种阴极着色电致变色材料。

关于WO3薄膜的电致变色机理，目前引用最广泛的就是Faughnan提出的价间跃迁理论，即因外加电场的作用，电子和阳离子矿分别从薄膜两侧同时注入WO3中，电子被W原子俘获形成局域态，金属离子M＋则驻留在此区域形成深蓝色钨青铜化合物MｘWO3＂在ＭｘWO3中存在不同价态的W离子，电子在邻近不同价态W原子之间的跃迁导致WO3薄膜颜色发生变化。其电化学过程如下式所示：WO3(无色) ＋xＭ^＋＋xｅ→MxWO3（深蓝色）

式中M^＋一般为H^＋、Li^＋、Na^＋ 、Ag等，0＜x＜1，例如H^＋注入后形成HxWO3。

利用WO3的电致变色效应，研究人员已将其制备成各种电致变色器件应用于实际生活中。电致变色器件具有许多优良特性，如透光率可在较大范围内连续变化（实用化需达到4:1以上），并可由人工随意调节；驱动电压低（1~2V），且电源简单，耗电省；在显示上无视角限制，有存储功能且存储时不消耗电能等。这些特性使得三氧化钨电致变色材料在光学信息和储存显示器、军事伪装、特种智能窗等方面有着广泛的应用前景。另外，在外加脉冲电压作用下，WO3可以在无色和深蓝色之间可逆变化，因而也可用作光致开关。


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光致变色现象(photochromism)是指一种化合物A在受到一定波长的光照射时,可进行特定的化学反应,获得另一种产物B,由于结构的改变导致其吸收光谱发生明显的变化(发生颜色变化)。而在另一波长的光照射下或热的作用下,又能恢复到原来的形式。在光的作用下能发生可逆颜色变化的化合物,称为光致变色化合物或光致变色体。光致变色是一种可逆的化学变化,这是一个重要的判断标准。如果A状态是有色的,光照后变为无色的B状态,B通过光化学或热化学的途径又回到有色状态A,则该体系称为逆光致变色现象。

三氧化钨薄膜可以通过适当能量的光辐照而呈现颜色,WO3薄膜的光致变色反应机理可用以下方程表示:
WO3+hv→WO3*+e-+h+
h++1/2H2O→H++1/4O2
WO3+xe-+xH+→HxWO3

当WO3薄膜被光辐射时,将产生电子e-和空穴h+,光生电子进入WO3的导带,光生空穴与薄膜表面的吸附水反应,生成H+,然后扩散到WO3内部,导致颜色发生变化。纯粹的WO3薄膜只感应紫外光,因此,对于未经过预处理的WO3初始膜,电子和空穴只能通过紫外光激发产生,当经过阴极极化后,晶格中产生陷阱能级,这些能级处在禁带区域内,能被可见光激发,导致可见光变色。


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普通的液相烧结是指至少具有两种组分的粉末或压坯在形成一种液相的状态下烧结。其又可分为两类，一类是在整个烧结过程中都有液相存在，而另一类是在烧结的后期液相消失。而钨铜合金电极的烧结属于后者。而相应的活化烧结可分为物理活化烧结和化学活化烧结两个大类。物理活化烧结工艺是依靠烧结温度、施加机械振动、超声波和外应力等周期性的改变来促进烧结过程。

而化学活化烧结还可分为预氧化烧结、改变烧结气氛的成分和含量、添加微量元素以及是用超细粉末、高能球磨粉末进行活化烧结。而本文主要介绍的钨铜电极液相活化烧结法属于添加微量元素的方法。由于高温液相烧结难以获得接近理论密度的高钨钨铜电极，研究人员在制备过程中加入微量的活化元素来提高液相烧结的整体质量，又称活化强化液相烧结。与高温液相烧结相比，其不仅降低了烧结温度，缩短了烧结时间，而且烧结各项性能稳定良好。

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几种常用的电火花加工用电极材料

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硬质合金钻头在加工工件时的钻削步骤一般分为：

1、确定进给速度：进给速度一般是凭经验，从数值上讲一般0.08-0.12mm/转，或者0.6-1.0mm/秒，进给速度是在钻孔时比较关键的要素，不同的进给量可以形成不同的铁屑，不同的的铁屑会使排屑性能产生变化 。

2、定位：在需要钻孔的位置中心錾打一定位点或用合金针划上“十”字线，以确保钻孔位置的精度。注意，用中心錾打定位点时，请确保中心錾垂直于加工工件表面，以免影响切削料芯的顺利排出。 

3、开始钻孔：请调好合适的转速，开机前请确保钻机磁座底部干净，先打开磁座开关再打开电机开关，电机运转同时打开冷却液开关，当钻头接触钢板时，先缓慢进给，钻入约1-2mm后，再用正常速度进给。 

4、钻孔结束：关闭电机待主轴停止转动后，用铁钩除去缠绕在钻本体上的铁屑，再继续作业。 （结束）

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硬质合金钻头进行切削作用的是它的头部，它的切削刃部分和横刃作为刀具在起作用。为使切削部分的圆锥面不碰到工件而带有后角，后角的值，要根据工件材料适当加以选择。  

1、横刃：横刃部分的锋利性很差。大直径的钻头钻心作得比较粗，横刃也就大，另外，经横刃修磨得钻头在重磨时，横刃又会变大。为增加锋利性，或恢复与修磨初期相同得锋利性，需要进行横刃修磨。  

2、切削刃（刃带）：在已加工过的孔壁内进行导向，而使加工可以正确地进行。但这种场合若与孔壁的摩擦大时，钻头会过热，动力的消耗也会过大。所以通常从钻头的头部向着柄部带有极小的锥度，把它叫做倒锥，大约每 100 毫米为 0. 04 ～ 00.1 毫米左右。 

3、螺旋槽：是为排出切屑而设置的，它的大小应该使切屑顺利地排出，并应带有螺旋角。其沟槽的螺旋角，应工件的材料的种类不同而异。对硬的材料，角度要小，对软的材料，角度要大。加工钢铁用的普通钻头，螺旋角大约为 30 度。  

4、钻头的顶角：硬质合金钻头的顶角小时，虽然切入工件比较容易，但是它的缺点是由于切削刃变长，所需的动力增加，以及切削刃的前角减小，寿命缩短。因此，顶部尖的钻头用在软质材料的孔加工中。通常对一般钢铁材料，顶角用 120 度左右。 （结束）

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