气致变色纳米薄膜演示实验
    致色性智能灵巧窗集智能化控制、光学特性智能化调节、节能、装饰、隔热、保温于一体，广泛应用于建筑、汽车、宇宙飞船等作为高能效阳光控制节能窗户。结合室外阳光传感器和室内温度传感器，对通过窗户的阳光进行智能化控制，特别适用于现代智能建筑大厦，为现代窗户系统的设计和制造提供了解决方法。
    通常，致色性智能灵巧窗分为热致变色、光致变色、电致变色以及气致变色等几种。其中气致变色灵巧窗是一种最具有实际应用前景的材料之一，美国、日本以及欧洲等发达国家正在进行应用研究。这种器件仅由一层ɑ-WO3薄膜和一层很薄（约为2-4nm）的催化剂构成，其核心是ɑ-WO3致色性薄膜，通入氢气后，氢分子在催化剂作用下变成氢原子，扩散至WO3薄膜中产生了气致变色效应。
为了提高气致变色的响应速度，必须采用溶胶-凝胶方法，结合浸渍镀膜工艺，制备出纳米多孔结构人为可控的WO3薄膜，其纳米多孔结构提供了离子扩散的敞开网络通道，显著地提高了离子扩散速度、致色响应速度，而且纳米多孔结构的高度均匀性明显地提高了氢原子扩散的均匀性。这种溶胶-凝胶方法简单，便于低成本、大面积工业化制造，将是国际上今后低成本制作大面积快速气致变色智能灵巧窗的主要手段之一。

       WO3薄膜气致变色的原理可简述为输入到薄膜表面的氢气分子经催化剂的作用，使其发生分解，形成氢原子，然后在纳米多孔报名种扩散，进入WO3分子中，这样使无色的WO3分子变成兰色的钨青铜结构HWO3。化学反应表达式如下：

 无色            兰色
      为了退色，将空气或氧气通入期间中，这样发生了氢氧反应，生成水，氢原子从钨青铜结构中退出，期间颜色由兰色又回到无色。 
      变色机理在于氢原子扩散注入WO3分子中，氢原子将一个电子转移给钨原子，从而发生了如下反应：
       这样氢原子的扩散注入使得W在6价与5价之间跃迁，从而产生光吸收。期间颜色的深浅与扩散注入的氢原子量有关。氢原子扩散注入越多，颜色越深。
       图1是WO3薄膜的表面原子力照片，可以发现薄膜由纳米颗粒构成，颗粒大小在几个到几十个纳米之间，而且，纳米颗粒间是纳米孔洞，这种孔洞为氢原子的快速扩散提供了先决条件。
   
 
图1  WO3薄膜的表面原子力照片
  
图2  气致变色薄膜致色的微观过程示意图
  

图2展示了纳米多孔气致变色期间致色的微观过程。（1）在催化剂Pt上H2的吸收和分解；（2）H原子由Pt转移WO3到表面；（3）H原子沿着WO3孔洞的内表面扩散；（4）WO3和两个H原子中间状态的形成；（5）WO2+H2O的形成； （6）氧缺位的扩散；（7）H2O的逃逸；这之中1-3步进行得比较快；4，5，6步进行得比较慢；第7步比4，5，6步还慢。

薄膜气致变色的光谱变色特性见图3，未致色时在太阳光谱区具有很高得透射率，但是通入氢气后，透射率显著降低，在近红外区域透射率几乎为零。
图3 薄膜气致变色的光谱变色特性

图4示出了这种材料的应用效果。国外的示范工程。
A
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图4 智能型型纳米结构玻璃窗