北京工業大學張倩倩&汪浩教授團隊：可自驅動調光控熱紅外電致變色器件

背景介紹：

電致變色是指電致變色材料在外加電場是作用下，其光學屬性發生穩定、可逆的變化的現象。近年來，紅外電致變色材料和器件由于在可見光到中遠紅外波段具有廣泛的寬波段光學調控特性，在智能窗，智能熱調控和紅外軍事偽裝具有廣泛的應用前景。然而，在紅外光學和熱調控調諧過程通常需要外部電源持續供應，不僅造成能源消耗，同時外部電源的存在也限制了紅外電致變色器件的便攜性和獨立性。尤其在軍事應用場景下，紅外電致變色技術的應用可能會受到極端環境和電力短缺的影響，導致光，熱調控效率低下，很難滿足一些軍事或民用需求。因此，開發低能耗甚至零功耗的紅外電致變色器件，是紅外電致變色技術領域的發展趨勢，對其在紅外軍事偽裝和輻射溫度調節方面的廣闊的應用具有重要的研究價值。

成果簡介：

最近，北京工業大學的張倩倩和汪浩教授（共同通訊作者）團隊報道了一種基于聚苯胺柔性自驅動紅外電致變色器件，其中聚苯胺(PANI)作為紅外電致變色陰極材料，金屬鋁箔作陽極材料。在無外加電源的條件下，當兩個電極連接時，在內部自發的電化學過程驅動下，PANI電極自發地實現由綠色態向漂白態轉變，從而使得器件切換到高紅外反射模式，同時還實現了較大的溫度調控。此外，該柔性紅外器件具有優異的光學(高紅外反射調制幅度(ΔR>20% @1500nm))，高的著色效率（93.6 cm²?C^?1），快速可逆切換(≤7 s))和熱調控(ΔT≈5.6 ℃)性能。值得注意的是，該器件可通過太陽能光伏充電，將器件由高反射狀態恢復到低紅外反射狀態，使得其在著色和褪色過程中的能耗得到顯著降低。該紅外柔性電致變色器件能夠在低功率模式下實現有效的光學和熱調節，有望在在軍事偽裝和熱控制等領域獲得重要應用。相關研究成果以題為“A Self-Driven Infrared Electrochromic Device with Tunable Optical and Thermal Management”發表在國際知名期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》，北京工業大學材料與制造學部的博士生龔輝為第一作者。

圖文導讀: ??

圖1：PANI電極在不同電壓下的光學性能表征（光譜圖和色度圖）及紅外調控工作原理示意圖

圖2：環境溫度對PANI電極熱調控性能的影響

圖3：柔性紅外電致變色器件的制備及自驅動過程示意圖

圖4：柔性紅外電致變色器件光學和熱調控性能表征

總結和展望：

本文展示了一種自驅動低能耗柔性紅外電致變色器件。通過采用紅外電致變色聚苯胺陰極材料和金屬鋁箔陽極材料進行紅外器件結構設計，實現了低能耗，高的光學反射調制幅度，較快的響應時間，優異的熱調控等優異性能。該研究工作對新型紅外電致變色器件的設計和構建提供一種全新思路，在未來的軍事偽裝，熱調控應用等領域具有一定的應用前景。

文獻鏈接：

Hui Gong, Jingru Ai, Wanzhong Li, Jiahao Zhu, Qianqian Zhang, Jingbing Liu, Yuhong Jin, Hao Wang. A Self-Driven Infrared Electrochromic Device with Tunable Optical and Thermal Management.?ACS Appl. Mater. Interfaces,?2021, DOI: 10.1021/acsami.1c14123.

原文鏈接：

https://doi.org/10.1021/acsami.1c14123