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東華大學(xué)王宏志、李克睿團(tuán)隊 AFM：低成本、無封裝的電致變色調(diào)光膜-實(shí)現(xiàn)可定制化加工和維修
2023-12-15  來源：高分子科技

  近年來，電致變色調(diào)光技術(shù)在智能窗領(lǐng)域取得了顯著發(fā)展。然而，如何有效降低其生產(chǎn)制造成本仍是提升電致變色智能窗市場占有率所面臨的一項重大挑戰(zhàn)。通常，電致變色智能窗基于硬質(zhì)導(dǎo)電基底，安裝前要根據(jù)所需形狀進(jìn)行定制。但嚴(yán)格的器件組裝、密封工藝以及難以維修等問題，顯著增加了智能窗生產(chǎn)制造成本。目前，鮮有研究關(guān)注于開發(fā)無需封裝的器件結(jié)構(gòu)和提升電解質(zhì)的環(huán)境穩(wěn)定性，以實(shí)現(xiàn)低成本、無封裝電致變色調(diào)光膜在自然環(huán)境下組裝、定制化加工以及維修過程。


圖1 基于無鋰鹽、疏水性聚離子液體固態(tài)電解質(zhì)的低成本、無封裝電致變色調(diào)光膜。


  近期，東華大學(xué)王宏志、李克睿團(tuán)隊報道了一種新型電致變色調(diào)光膜，該膜無需額外的封裝工藝，且達(dá)到使用壽命即可替換或維修（圖1）。通過創(chuàng)新性無鋰鹽設(shè)計和疏水性可聚合離子液體的精細(xì)選擇，可快速制備低表面能和低吸濕特性的電解質(zhì)，滿足了電致變色器件在自然環(huán)境下進(jìn)行組裝和維修需求。同時，電解質(zhì)表現(xiàn)出較寬的電化學(xué)窗口，確保了器件變色循環(huán)測試中的出色穩(wěn)定性以及在復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境下的可靠性。所制備的電解質(zhì)無相分離現(xiàn)象，這要?dú)w因于電解質(zhì)前驅(qū)體溶液的高混溶特性，保證了電解質(zhì)的高透明度（圖2a）。電解質(zhì)與電極界面的多種界面相互作用協(xié)同實(shí)現(xiàn)了界面處的高附著力，從而確保無封裝柔性電致變色調(diào)光膜在外力作用或定制化剪切過程中的良好界面穩(wěn)定性（圖2e）。在模擬戶外環(huán)境下的耐久性測試中，基于聚離子液體固態(tài)電解質(zhì)的無封裝電致變色器件均表現(xiàn)出卓越的可靠性（圖3）。這種低成本、無封裝電致變色調(diào)光膜的新概念，有望推動電致變色智能窗便捷組裝和大規(guī)模生產(chǎn)。 


圖2. 聚離子液體固態(tài)電解質(zhì)表現(xiàn)出高粘附性、透明度和寬的電化學(xué)窗口。 


圖3. 基于聚離子液體固態(tài)電解質(zhì)的無封裝電致變色器件表現(xiàn)出優(yōu)異的環(huán)境可靠性和機(jī)械穩(wěn)定性。


  該工作以A Lithium-Salt-Free, Hydrophobic, Solid-State Poly(Ionic Liquid) Electrolyte Enables Rapid Assembly of Unencapsulated, Removable Electrochromic “Window Tint Film” 為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上（Adv. Funct. Mater. 2023, 2312358）。文章第一作者是吳錫錄博士，共同通訊作者是王宏志教授、李克睿研究員。該研究工作獲得國家自然科學(xué)基金、上海市科學(xué)技術(shù)委員會和國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目的資助。


  該工作是團(tuán)隊近期關(guān)于電致變色用電解質(zhì)方面所取得的最新進(jìn)展之一。在過去的幾年里，團(tuán)隊專注于電致變色活性材料、電解質(zhì)以及器件結(jié)構(gòu)方面的一系列研究，提出了構(gòu)建低維化無機(jī)電致變色材料和原位固化準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)體系以增強(qiáng)界面結(jié)合穩(wěn)定性的方法（Nat. Commun., 2021, 12, 1587; ACS Appl. Mater. Interfaces., 2022, 14, 48037; Adv. Funct. Mater. 2023, 12587; Chem. Eng. J. 2023, 477, 147069）。針對電致變色活性材料穩(wěn)定性不足的方面提出了普適性的解決策略（Small 2023, 19, 2301742）。針對二維電致變色器件與現(xiàn)有服裝織物的基元結(jié)構(gòu)不相容問題，開展了電致變色器件纖維化的研究，開發(fā)了多種結(jié)構(gòu)的纖維器件，通過自主搭建的設(shè)備平臺，實(shí)現(xiàn)了纖維的連續(xù)化加工制備（ACS Appl. Mater. Interfaces., 2020, 12, 42955）。為了應(yīng)對電致變色器件趨同化的應(yīng)用場景，開發(fā)了電控變色-致動協(xié)同響應(yīng)體系，實(shí)現(xiàn)了單一組分材料的多重響應(yīng)功能（Nat. Commun., 2018, 9, 4798; Small, 2022, 18, 2107778; Adv. Mater. 2023, 2305914）。這些研究成果為電致變色技術(shù)在多個方面的應(yīng)用提供了有益的創(chuàng)新和解決方案。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202312358

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