苏州纳米所:多彩电致变色手艺——“双面神”电致变色器件

2021-03-18 网络
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电致变色是电致变色质料的光学属性(反射率、透过率等)在外加电场的作用下发生稳固、可逆的转变的征象,在外观上显示为颜色和透明度的可逆转变。氧化钨质料作为典型的无机电致变色质料,由于其优越的热稳固性和化学稳固性,使其具有极高的商业化远景。但单一颜色转变(无色-蓝色之间切换)难以知足一些场景对色彩壮丽器件的需求,大大限制其进一步应用推广。因此,探索基于无机质料的多彩电致变色手艺对电致变色领域生长具有十分主要的意义。

近期,中科院苏州纳米所赵志刚研究员团队基于前期对于氧化钨质料多彩电致变色手艺的研究(Nat. Commun. 2020, 11, 302;Nano Lett. 2020, 20, 1912-1915),发现这种基于氧化钨质料的法布里-珀罗谐振腔结构的电致变色器件可以实现厚实的颜色调控。在这种电致变色器件结构基础上,团队通过减薄谐振腔结构中的金属层厚度至4-8 nm,设计了一种全新的“双面神”结构的电致变色器件(参见下图1a)。该器件正反两侧显示出强烈的颜色纰谬称性(图1b),当施加电压进一步骤制时,其一侧着色状态与另一侧着色状态显著差异,会发生加倍厚实的纰谬称颜色转变(图1c),这与传统的电致变色器件所具有的对称颜色转变特征有很大的差异。这种“双面神”效应是行使光学超薄金属层的庞大光学常数(n,k)引起反射光的异常相移来实现的。进一步地,为了实现差异特征的纰谬称颜色转变,作者选择了差异金属层作为光学吸收层,如钨(W),钛(Ti),铜(Cu),银(Ag)层等,发现金属层的折射率(n)越大、消光系数(k)越大,器件颜色纰谬称性越强。

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为了更好、更有趣地展示这种新型“双面神”多彩电致变色手艺,作者受自然界枯叶蝶的启发(其背侧与腹侧颜色纰谬称),制作了一小我私人工枯叶蝶器件来展示这种怪异的“双面神”特征(图1d)。这只人工蝴蝶的背侧和腹侧同党外面出现出差其余颜色,当它合上同党时,腹侧显示出幽暗的棕褐色,就像一片干燥的叶子,可以辅助逃避捕食者;当它张开同党时,可以出现出壮丽的颜色且可实现色彩转变。

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图1. 新型“双面神”电致变色器件结构及纰谬称颜色展示

该研究事情对新型电致变色器件的设计和构建提供一种全新思绪。未来的研究将驻足于把这种器件的纰谬称颜色扩展到红外光谱(热辐射),同时为这种新型电致变色器件探索种种新的应用场景。

相关事情以“Mimicking Nature's Butterflies: Electrochromic Devices with Dual‐Sided Differential Colorations”为题揭晓于国际着名期刊Advanced Materials (DOI:10.1002/adma.202007314),本文的第一作者是中科院苏州纳米所博士生陈健,通讯作者为中科院苏州纳米所研究员赵志刚。该研究获得了国家自然科学基金面上项目、中科院青年创新促进会、中国科学院对外相助项目、江苏省六大人才岑岭工程及江西省自然科学基金重点项目的资助。

泉源:苏州纳米所

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