هدف اصلی این تحقیق در راستای توسعه صنعتی شیشه‌های هوشمند الکتروکرومیک، طراحی و پیاده‌سازی یک فرایند قابل‌اطمینان، پایدار و مقیاس‌پذیر برای سنتز و لایه‌نشانی لایه‌های الکتروکرومیک مبتنی بر اکسید تنگستن با عملکرد نوری و الکتروشیمیایی مطلوب است. تمرکز اصلی طرح بر استفاده از روش رسوب‌دهی شیمیایی بخار به کمک آئروسل (AACVD) جهت اعمال لایه‌های نازک الکتروکرومیک بر روی زیرلایه‌های شفاف رسانا است. امکان کنترل دقیق ضخامت، استفاده از پیش‌ماده‌های محلول، سازگاری با مقیاس صنعتی و حذف نیاز به محیط خلأ از جمله قابلیت‌های این روش در ساخت شیشه‌های الکتروکرومیک است. با این حال، ایجاد یک پوشش یکنواخت، همگن، با ساختار میکروسکوپی بهینه و خواص الکتروکرومیک پایدار از طریق این روش، نیازمند درک دقیق از رفتار پیش‌ماده در فاز آئروسل، کنترل شرایط ترمودینامیکی محفظه واکنش و مدیریت پارامترهایی همچون دما، جریان گاز حامل، اندازه ذره و رطوبت نسبی است.

یکی از چالش‌های اساسی در این مسیر، توسعه یک فرم پیش‌ماده محلول‌پذیر و سازگار با تکنولوژی AACVD است. اکسید تنگستن به‌طور طبیعی در فرم جامد و غیرقابل حل در آب یا حلال‌های معمول وجود دارد، بنابراین لازم است تا اسید تنگستیک به عنوان فرم محلول آن با خلوص بالا سنتز شود، به‌گونه‌ای که هم از نظر شیمیایی پایدار باشد و هم در فرایند لایه‌نشانی عملکرد مناسبی از خود نشان دهد. در این تحقیق، از رویکردی نوآورانه با هدف حذف حلال‌های سمی نظیر تولوئن و جایگزینی آن‌ها با سیستم‌های آبی و بازیافتی نظیر H₂WO₄ استفاده می‌شود که هم با اصول ایمنی و زیست‌محیطی سازگار است و هم از منظر اقتصادی و صنعتی مقرون‌به‌صرفه می‌باشد.

یکی از مسائل فنی اساسی در توسعه لایه‌های الکتروکرومیک، دستیابی به پوششی با ضخامت کنترل‌شده در بازه ۵۰۰ تا ۹۰۰ نانومتر است؛ ضخامتی که بتواند مدولاسیون نوری مؤثر، یعنی تغییر قابل توجه در میزان عبور نور بین حالت شفاف و رنگی، را به‌خوبی ایجاد نماید. بر اساس طراحی اپتیکی انجام‌شده، این لایه‌ها باید در حالت شفاف بیش از ۸۰٪ عبور نوری و در حالت رنگی کمتر از ۴۰٪ عبور نوری داشته باشند. تحقق چنین عملکردی مستلزم دستیابی به ساختار میکروسکوپی دقیق، تخلخل کنترل‌شده،

و یکنواختی سطحی بالاست؛ عواملی که یه طور مستقیم تحت تأثیر پارامترهای دینامیکی رشد در مرحله رسوب‌دهی شیمیایی از فاز آئروسل قرار دارند. علاوه بر آن، ارتقای بهره رنگ‌زایی تا حدود ۴۰ درصد، کاهش زمان سوئیچینگ به کمتر از ۱۰ ثانیه و کاهش ولتاژ تحریک، یعنی ولتاژی که برای فعال‌سازی و تغییر وضعیت الکتروکرومیک مورد نیاز است، به حدود ۱ ولت، به عنوان اهداف عملکردی کلیدی تعریف شده‌اند. برای دستیابی به این شاخص‌ها، طراحی و مهندسی دقیق ساختار نانومتری مواد، به‌ویژه با بهره‌گیری از نانوکامپوزیت‌ها، افزودنی‌های یونی یا پلیمرهای رسانای دوپ‌شده، ضروری است.

در کنار الزامات عملکردی آنی، پایداری چرخه‌ای در کاربردهای طولانی‌مدت نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. در این راستا، دوام عملکرد تا حداقل ۱۰۰ سیکل متوالی با نرخ اسکن ۵۰ میلی‌ولت بر ثانیه (سرعت تغییر ولتاژ در آزمون‌های الکتروشیمیایی) به‌عنوان نقطه شروع در نظر گرفته شده و هدف نهایی، دستیابی به رفتار پایدار در چرخه‌های طولانی‌تر خواهد بود. به‌منظور ارزیابی و بهینه‌سازی رفتار انتقال بار و تحرک یونی درون شبکه الکتروکرومیک، آزمون‌های دقیق الکتروشیمیایی از جمله ولتامتری چرخه‌ای، ترسیب/اکسایش متناوب و طیف‌سنجی  UV-ViS به‌کار گرفته می‌شوند. این تحلیل‌ها اطلاعات حیاتی در خصوص مکانیسم تبادل یون، پایداری ساختاری و کارایی نوری لایه فراهم می‌آورند و مبنایی برای بهینه‌سازی فرآیند ساخت در سطوح نانو و ماکرو خواهند بود.

 شکل 1 طراحی افزاره الکتروکرومیک را نشان می‌دهد. دستگاه الکتروکرومیک از پنج لایه تشکیل شده است که بین دو بستر شفاف مانند شیشه‌ یا‌‌ یک فیلم پلی استر قرار گرفته‌است. لایه‌های اصلی سلول عبارتند از: الکترود شمارنده، الکترولیت و الکترود کار. در مرکز دستگاه، لایه رسانای‌ یونی شفاف‌ یا الکترولیت وجود دارد. لایه کاتدی‌ یا الکترود کار در سمت راست الکترولیت قرار دارد و از‌‌یک ماده الکتروکرومیک ساخته شده است که مسئول تغییر رنگ پس از وارد شدن‌ یون به داخل ساختار‌ آن می‌باشد. لایه آندی‌ یا الکترود شمارنده که به‌ آن لایه ذخیره‌ یونی گفته می‌شود، در سمت چپ الکترولیت قرار دارد. الکترود شمارنده و الکترودهای کار بر روی‌‌یک زیرلایه رسانای شفاف لایه‌نشانی می‌شوند.