可自驱动调光控热红外电致变色器件学术资讯

背景介绍

电致变色是指电致变色材料在外加电场是作用下，其光学属性发生稳定、可逆的变化的现象。近年来，红外电致变色材料和器件由于在可见光到中远红外波段具有广泛的宽波段光学调控特性，在智能窗，智能热调控和红外军事伪装具有广泛的应用前景。然而，在红外光学和热调控调谐过程通常需要外部电源持续供应，不仅造成能源消耗，同时外部电源的存在也限制了红外电致变色器件的便携性和独立性。尤其在军事应用场景下，红外电致变色技术的应用可能会受到极端环境和电力短缺的影响，导致光，热调控效率低下，很难满足一些军事或民用需求。因此，开发低能耗甚至零功耗的红外电致变色器件，是红外电致变色技术领域的发展趋势，对其在红外军事伪装和辐射温度调节方面的广阔的应用具有重要的研究价值。

成果简介

最近，北京工业大学的张倩倩和汪浩教授（共同通讯作者）团队报道了一种基于聚苯胺柔性自驱动红外电致变色器件，其中聚苯胺(PANI)作为红外电致变色阴极材料，金属铝箔作阳极材料。在无外加电源的条件下，当两个电极连接时，在内部自发的电化学过程驱动下，PANI电极自发地实现由绿色态向漂白态转变，从而使得器件切换到高红外反射模式，同时还实现了较大的温度调控。此外，该柔性红外器件具有优异的光学(高红外反射调制幅度(ΔR>20% @1500nm))，高的着色效率（93.6 cm2 C−1），快速可逆切换(≤7 s))和热调控(ΔT≈5.6 ℃)性能。值得注意的是，该器件可通过太阳能光伏充电，将器件由高反射状态恢复到低红外反射状态，使得其在着色和褪色过程中的能耗得到显著降低。该红外柔性电致变色器件能够在低功率模式下实现有效的光学和热调节，有望在在军事伪装和热控制等领域获得重要应用。相关研究成果以题为“A Self-Driven Infrared Electrochromic Device with Tunable Optical and Thermal Management”发表在国际知名期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》，北京工业大学材料与制造学部的博士生龚辉为第一作者。

图文导读

图1：PANI电极在不同电压下的光学性能表征（光谱图和色度图）及红外调控工作原理示意图

图2：环境温度对PANI电极热调控性能的影响

图3：柔性红外电致变色器件的制备及自驱动过程示意图

图4：柔性红外电致变色器件光学和热调控性能表征

总结和展望

本文展示了一种自驱动低能耗柔性红外电致变色器件。通过采用红外电致变色聚苯胺阴极材料和金属铝箔阳极材料进行红外器件结构设计，实现了低能耗，高的光学反射调制幅度，较快的响应时间，优异的热调控等优异性能。该研究工作对新型红外电致变色器件的设计和构建提供一种全新思路，在未来的军事伪装，热调控应用等领域具有一定的应用前景。

来源：材料人

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