近日，南方科技大学材料科学与工程系温瑞涛副教授团队在电致变色机理研究方面取得进展。相关研究成果以“Evolution of polaron hopping in amorphous electrochromic trioxides”为题，发表在国际期刊Matter上。

非晶态电致变色氧化物因在电场驱动下具有优异的光学调制能力，在节能智能窗、低频信息显示及航天器热控等领域具有广泛的应用前景。长期以来，科学界普遍将该类材料的光吸收机制归结于离子嵌入/脱嵌过程中的小极化子跃迁（Small-polaron hopping）。然而，越来越多的实验证据表明，随着电荷密度的增加，传统的小极化子模型难以描述该类材料复杂的光学响应以及演变动力学，其潜在的物理机制尚不明确。

针对这一问题，研究团队以非晶态三氧化物（MO₃，即WO₃和MoO₃）为模型材料，借助原位光谱电化学监测技术，精确获取了材料在可见至近红外光谱范围内的光吸收动态演变过程。通过光谱解卷积证实，除传统认知中的M⁵⁺→M⁶⁺小极化子跃迁外，体系中还显著存在另一种来自M⁵⁺价态的双极化子跃迁（Bipolaron hopping,[M⁵⁺-M⁵⁺]→M⁶⁺），其对可见区域的光吸收起到了主导作用。而伴随着体系价态的进一步降低，体系中还存在M⁴⁺→M⁶⁺跃迁，其吸收区域靠近材料的光学带隙。

图1.非晶WO3（上）和MoO3（下）的极化子跃迁演变

以上发现揭示了非晶三氧化物中复杂的多极化子跃迁体系。基于此，研究团队进一步构建了一种涵盖多能量区间的多极化子“演化模型”（Evolutionary Model），定量揭示了电致变色过程中，光吸收饱和、着色效率衰退以及吸收波段由近红外向可见光区域转移等行为与极化子演变动力学之间的内在联系。该研究解决了长期存在的理论预测与实验观测差异问题，不仅为非晶态氧化物的电致变色现象提供了统一的微观物理图景，同时也为未来高并发、多波段响应的高性能电致变色材料设计提供了重要的理论指导。

南方科技大学材料科学与工程系2022级硕士研究生殷梦涵为论文第一作者，温瑞涛为通讯作者，南方科技大学为论文第一单位。论文共同作者还包括南科大材料系2024级硕士生区哲轩、高级研究学者黄庆姣、2021级博士生奉文帅、邵佩佩。研究得到了国家自然科学基金、量子功能材料全国重点实验室、广东省教育厅、粤港澳微纳制造技术联合实验室及广东省科技厅重点实验室项目的大力支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102636

供稿：材料科学与工程系

通讯员：邓雅丽

制图：丘妍

编辑：任奕霏