华中科技大学武汉光电国家研究中心，武汉 430070
动态调光玻璃可根据气候变更选择性地调控目标光谱波段的光通量，从而具备良好的光热管理能力，因此在建筑行业的节能转型中备受重视。其中，能够对可见光、近红外、长波红外等多波段进行独立调控的动态调光玻璃因高效的光谱利用率，更有利于发挥节能优势。本文围绕多波段调控节能玻璃，简要介绍了光谱调控对玻璃节能的作用，详细概述了现阶段实现多波段调控的主要手段，并基于研究现状提出产业化进程中面临的诸多挑战。同时结合近期报道的前沿技术，展望其未来发展趋势。
建筑能耗 节能玻璃 多波段调控 电致变色 热致变色 building energy consumption energy-efficient glazing multi-band modulation electrochromism thermochromism
1 五邑大学应用物理与材料学院，广东 江门 529020
2 五邑大学柔性传感材料与器件研究开发中心，广东 江门 529020
采用磁控溅射法制备氧化钨（WO3），基于电流驱动模型设计制备无需对电极层的新型窗帘式电致变色器件，并对器件的边框、WO3薄膜的最佳厚度和离子储存区尺寸进行了系统优化。结果表明，制备得到的WO3薄膜在550 nm波长处的调制率高达78%，1000圈循环伏安曲线测试后电荷储量衰减率仅为3.5%；设计的窗帘式器件显色区域高度可控，且消除了对电极对器件性能的影响。该研究为电致变色器件结构创新提供了新思路。
薄膜 氧化钨 电致变色 窗帘式 结构简化
WO3电致变色器件具有变色响应时间短、光学对比度高等优点, 在汽车后视镜、智能窗等领域具有重要应用。近年来, 随着可穿戴电子设备的迅速发展, 柔性WO3薄膜的制备成为柔性电致变色器件领域的研究热点。但WO3结晶温度较高, 而受聚合物衬底可耐受温度的限制, 通常需要采用磁控溅射、电子束蒸镀等真空气相沉积技术制备晶态柔性WO3薄膜。此技术对设备要求高, 且所制备的薄膜结构较致密, 不利于电解液的渗透和电解质离子的快速脱嵌。采用液相回流化学法预合成了结晶态WO3·H2O微米片粉体, 首次采用乙醇胺等胺类分子使WO3·H2O强化解离为高度分散的纳米粒子胶体溶液, 经旋转涂覆液相成膜技术制备成柔性晶态WOx薄膜并应用于柔性电致变色器件。机理研究表明, 胺基官能团与WO3·H2O微米片的强界面相互作用产生的电荷斥力使其迅速解离。所制备的柔性WOx电致变色器件的着色和褪色时间分别为5.9 s和5.4 s, 着色效率最高可达146.7 cm2/C, 经200次弯折后仍具有较好的性能。
柔性 电致变色 氧化钨 强化解离 flexible electrochromism tungsten oxide intensified dissociation
1 1.电子科技大学 电子科学与工程学院 电子薄膜与集成器件国家重点实验室, 成都 610054
2 2.北京卫星制造厂有限公司, 北京 100094
3 3.电子科技大学(深圳) 高等研究院, 深圳 518110
电致变色材料因其颜色随外加电压变化的特性, 可用于新型显示器件。目前, 彩色电致变色器件(Multicolor electrochromic devices, MCECDs)大多使用几种不同颜色的有机材料制备的, 流程较为复杂。为了简化制备流程, 本课题组提出了一种具有红、蓝、绿、黄四种典型颜色的普鲁士蓝类似物的复合电致变色(MC-PBA)薄膜, 以实现性能优异的变色器件。本工作通过两步电沉积法制备了锌铁普鲁士蓝类似物(Zn-Fe PBA)薄膜, 其循环伏安曲线仅有一对氧化还原峰, 对应于FeⅢ/FeⅡ间的氧化还原反应, 在10000圈循环后性能几乎不发生衰减。该薄膜为白色且在电化学循环过程中几乎不发生颜色变化, 在与MC-PBA薄膜组装相应的电致变色器件(Z-MCECD)时不会对颜色产生影响, 并且其作为离子存储层可以显著减低过电势(从4.0 V降低至1.5 V)。得益于此, 所组装的Z-MCECD在保有红、蓝、绿、黄四种典型颜色状态的同时, 工作电压更低, 循环稳定性也得到显著提高(2400 s内透过率调控范围几乎没有发生衰减, 在3600 s后仍保持有初始的74.4%; 而对照组在1200 s后发生不可逆的性能衰减)。基于Z-MCECD的电致变色器件在彩色电致变色显示领域表现出相当大的应用潜力。
电致变色 普鲁士蓝类似物 离子存储层 彩色 electrochromism Prussian blue analogues ion storage layer multicolor
东华大学 材料科学与工程学院, 纤维材料改性国家重点实验室, 上海 201620
室温离子液体具有宽电化学窗口和良好的环境稳定性, 是电致变色器件的理想电解质。然而传统电致变色材料的晶格间隙较窄, 限制了离子液体中大尺寸离子的扩散, 且大离子反复脱/嵌会破坏传统电致变色材料的结构, 导致性能衰减。金属有机框架材料(MOFs)是一种具有拓扑结构的多孔晶态材料, 有望为离子液体中大尺寸离子的传输提供通道。本工作在导电玻璃表面制备了三亚苯类Cu3(HHTP)2 (HHTP=2,3,6,7,10,11-六羟基三苯并菲) MOF薄膜, 并研究了Cu3(HHTP)2薄膜在离子液体电解质中电化学和电致变色行为和性能。结果表明, 相对于传统的LiClO4/PC和NaClO4/PC电解质, Cu3(HHTP)2薄膜在离子液体[EMIm]BF4中表现出更低的接触电阻和更高的离子扩散效率, 电极的着色/褪色速度得到了显著提高(着色时间由10.3 s缩短至8.0 s, 褪色时间由23.6 s缩短至5.2 s)。同时, Cu3(HHTP)2薄膜在[EMIm]BF4中也具有更高的光调制范围和着色效率。这项工作展现出MOFs/离子液体电化学体系在电致变色领域中的潜在应用价值。
金属有机框架材料 薄膜 离子液体 电致变色 MOFs film ionic liquid electrochromism
1 1.中国科学院 苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 苏州 215123
2 2.中国科学技术大学 纳米科学技术学院, 苏州 215123
电致变色材料能够在可见-红外宽频谱范围内对吸收率、透过率、反射率和发射率进行动态调节, 是人工调制材料光谱特征的有效手段。在实际应用场合, 对于色彩(可见光)与热辐射(红外线)可控调节的需求往往并存, 利用单一电致变色器件实现可见、红外双波段的光学调制性能具有重要意义。现阶段对于电致变色材料的设计主要集中于可见光谱的调节能力及颜色转变, 忽略了对材料红外光谱的探究。本研究选取具有法布里-铂罗(F-P)空腔结构的多彩氧化钨薄膜进行可见-红外宽频谱电致变色探究, 具有F-P空腔结构的氧化钨薄膜材料在可见光区呈现多样化、明亮的颜色, 再对多彩薄膜进行图案化设计, 即可得到具有各种图案的多彩薄膜, 并且在外加偏压的作用下可以实现多样化的颜色转变。同时, 多彩氧化钨薄膜的红外反射率也可获得明显的可控调制效果, 在中波段(Medium Wave, MW)3.5 μm左右处不同颜色薄膜均可获得高于25.00%的红外调制率。本研究表明, 多彩氧化钨薄膜可以实现可见-红外宽频谱的分立、可控调节, 在智能窗、热管理、辐射制冷等应用领域有巨大潜力, 可达到光、热性能协同调制的效果。
多彩氧化钨 电致变色 红外调制 colorful tungsten oxide film electrochromism infrared modulation
1 1.上海第二工业大学 工学部, 环境与材料工程学院, 上海 201209
2 2.上海理工大学 理学院, 化学系, 上海 200093
电致变色材料具有可逆的颜色转变特性, 在智能窗、显示器、防眩后视镜、电子纸、**伪装等领域应用广泛。相对于其它种类的显示器件, 电致变色显示器件具有色彩丰富、对比度高、无视盲角、断电后仍显色等优点。作为一种典型的阴极着色电致变色材料, 氧化钼具有响应时间短和着色态更接近于人眼对光线的敏感波段等优点, 使得由氧化钼组成的电致变色器件具有重要的研究价值。本文简要介绍了电致变色、电致变色材料与器件的定义及其应用, 尤其电致变色技术最近在智能手机上得到了示范应用, 表明电致变色技术未来有良好的发展前景。然后, 详细综述了氧化钼薄膜的制备、氧化钼的改性、氧化钼电致变色器件的研究进展。最后提出了氧化钼电致变色薄膜与器件当前存在的问题和解决的途径, 并对其发展前景进行了展望。
氧化钼 电致变色 掺杂 复合 综述 molybdenum oxide electrochromism doping composite
1 1.东华大学 材料科学与工程学院, 纤维材料改性国家重点实验室, 上海 201620
2 2.新加坡国立大学 化学与生物分子工程系, 新加坡 117585
3 3.东华大学 教育部先进玻璃制造技术工程中心, 上海 201620
电致变色是在外加电场驱动下通过材料氧化还原反应可逆地改变颜色或光学性质的现象。自发现电致变色现象以来, 由于其具有色彩丰富、节能环保和智能可控等优点, 电致变色技术已应用于智能窗、智能显示、防炫目后视镜等领域。随着近些年光电技术的快速发展, 涌现了一系列具有高度集成特性的产品, 电致变色技术也朝着功能化智能化的方向发展: 结合绿色能源技术, 使自供能电致变色系统进一步降低了建筑能耗; 利用电致变色可视化的优点, 电致变色与其他功能器件的集成使信息读取更加快速便捷; 由于电致变色器件与多种功能器件具有相似的结构、电化学原理和活性成分, 电致变色器件也逐渐从单一的色彩变化, 向变色红外调控、变色储能及变色致动等多功能的方向发展。电致变色多功能集成也极大地推动了电致变色技术的进一步发展。本文详细综述了电致变色原理的多器件/单器件多功能集成系统的前沿进展, 例如自供能电致变色、电致变色传感、电致变色红外调控以及电致变色储能等方向, 并介绍了不同类型多功能电致变色器件集成模式、结构设计和性能优化, 同时也针对电致变色多功能应用所面临的挑战与未来可能的发展方向进行了总结与展望。
电致变色 多功能应用 多器件集成 单器件集成 综述 electrochromism multi-functional applications multi-device integration single device integration review
上海第二工业大学 工学部, 环境与材料工程学院, 上海 201209
二氧化锰作为一种重要的过渡金属氧化物, 因其储量丰富、晶型多样、性能优异而备受关注。将二氧化锰纳米化后, 其颗粒尺寸变小、比表面积变大、材料性能优化、应用领域得以拓宽。本文在引言部分从介绍二氧化锰的应用着手, 指出纳米化和晶型多变对二氧化锰的结构和性能有着重要的影响。正文部分主要从纳米二氧化锰的制备方法和纳米二氧化锰的应用两个方面对近年来的研究进展进行了总结和评述。(1)介绍了水热法、溶胶-凝胶法、化学沉淀法、固相合成法等纳米二氧化锰的制备方法, 对各种制备方法的优点与缺点以及所制备纳米二氧化锰的形貌与性能进行了总结。(2)综述了纳米二氧化锰在储能电极、电致变色器件、催化剂、生物传感器等领域的应用研究进展。纳米二氧化锰可作为电池的正极材料和超级电容器的电极材料。通过调控二氧化锰的晶型和复合制备的含锰复合氧化物用于锂离子电池的正极材料, 可提高电池的容量并改善循环稳定性。作为锂离子动力电池的正极材料已有产业化应用, 在新能源汽车领域具有良好的应用前景。由于纯二氧化锰本身的颜色主要是在棕色和黄色之间变化, 光调制幅度较小, 因此作为电致变色器件的电极材料, 通常将其与其它光调制幅度较大的材料进行复合使用。如聚苯胺/二氧化锰杂化电致变色薄膜较纯聚苯胺薄膜在形貌、结构和电致变色性能上有巨大差异, 显示出更高的光调制幅度、着色效率和循环稳定性。纳米二氧化锰在乙苯的催化转化和空气污染物的催化消除方面发挥重要作用。纳米二氧化锰能够增大电流响应、降低检出限, 使检测的灵敏度大大提高, 近年来在生物传感器领域逐渐被大家重视并得到广泛应用, 如二氧化锰纳米片辅助荧光偏振生物传感器可有效检测环境水样中Ag+, PtAu-MnO2二元纳米结构修饰的石墨烯纸在非酶葡萄糖检测中表现出良好的传感性能。在结语部分, 分析了当前纳米二氧化锰的制备和应用方面存在的问题, 指出了纳米二氧化锰在锂离子电池正极材料和电致变色器件中应用的发展方向, 并对其未来的发展前景进行了展望。
纳米二氧化锰 水热法 储能电极 电致变色 nanostructured manganese oxide hydrothermal energy-storage electrodes electrochromism
WO3/TiO2复合薄膜具有许多特性, 是一种优良的光电功能薄膜材料。利用先进的制膜技术获得性能优异的纳米结构WO3/TiO2复合薄膜, 对提高光电器件 的性能及应用具有重要意义。本文着重介绍了溶胶-凝胶法、水热法、电沉积法和磁控溅射法制备纳米结构WO3/TiO2复合薄膜。总结了纳米结构WO3/TiO2复合 薄膜在电致变色智能窗、光催化技术、湿度传感器上的应用。最后, 针对纳米结构WO3/TiO2复合薄膜现状提出了未来发展趋势。
WO3/TiO2复合薄膜 纳米结构 电致变色 光催化性能 湿度传感器 WO3/TiO2 composite thin film nanostructure electrochromism photocatalytic performance humidity sensor
