南航張校剛教授、張圣亮副教授團隊CEJ：高性能柔性電致變色智能熱控器件

【引言】

近年來隨著航天技術的快速發展，特別是微小型航天器的出現，對能夠動態適應空間環境變化的熱控技術提出了更高的要求。然而目前的主動熱控技術（如機械式百葉窗、電加熱器、流體回路等）存在體積大、質量重、能耗高、結構復雜等缺點，難以滿足空間復雜熱環境，以及航天器對集成化、模塊化的需求，亟需開發新型主動智能熱控技術。電致變色智能熱控器件通過調控施加電壓，可以動態調控其紅外發射率，從而實現對溫度的主動調控，具有重量輕、體積小、功耗低、調控靈活等優點，在航天器智能熱控領域具有潛在的應用前景。然而，目前電致變色智能熱控器件仍面臨紅外調控幅度低，響應時間長，循環穩定性差等難題，亟待解決。

【成果簡介】

近日，南京航空航天大學張校剛教授、張圣亮副教授等人報道了一種基于氧缺陷氧化鎢納米線以及MXene紅外透明導電電極的高性能柔性電致變色智能熱控器件。作者通過材料納米結構設計和缺陷設計，顯著改善了無機電致變色材料的柔韌性以及離子傳輸，制備了具有優異紅外發射率調控性能的柔性電致變色熱控薄膜，并揭示了其紅外發射率調控機制。此外，作者開發了兼具高紅外透光率以及高電子導電率的MXene基多波段透明導電電極，解決了傳統透明導電電極紅外不透明的難題。最終作者通過器件結構設計，制備了性能優異的電致變色智能熱控器件，該器件不但在3-5和8-14μm獲得了0.4和0.47的紅外發射率調控幅度，而且展現了較快的相應速度以及優異的循環穩定性，在航天器智能熱控以及自適應紅外偽裝領域展現了潛在的應用前景。相關成果以“A flexible electrochromic device with variable infrared emissivity based on W₁₈O₄₉?nanowire cathode and MXene infrared transparent conducting electrode”為題發表在國際期刊Chemical Engineering Journal?（IF:15.1），第一作者為南航碩士生趙靜。

【圖文導讀】

圖1. (a) W₁₈O₄₉?NWs的XRD譜圖和溶液照片，(b, c) W₁₈O₄₉?NWs的STEM圖像，(d, e) W₁₈O₄₉?NWs的XPS總譜和W4f XPS譜圖，(f) W₁₈O₄₉?NW的EPR譜圖。

圖2.?(a) W₁₈O₄₉?NW薄膜的SEM圖像，(b) W₁₈O₄₉?NW薄膜在不同掃描速下的循環伏安曲線，(c)?不同掃速循環伏安曲線圖對應的峰值電流與掃描速平方根的函數圖，(d) W₁₈O₄₉?NW薄膜在-1?V和1 V電位下的紅外發射光譜 (e) W₁₈O₄₉?NW薄膜在低、高紅外發射狀態下的紅外熱像圖，(f) W₁₈O₄₉?NW薄膜在-1?V至1?V之間的響應時間圖，(g)?W₁₈O₄₉?NW薄膜循環2000圈后的容量保持曲，(h)?W₁₈O₄₉?NW正極和Li金屬負極組成的半電池在0.3 mV s^-1下的充放電曲線，(i, j) W₁₈O₄₉?NW正極的原位XRD圖。

圖3 (a) MXene的XRD圖譜以及MXene溶液的數碼照片，(b) MXene納米片的FTIR光譜和?(c、d) TEM圖像，(e) MXene透明導電電極的多波段透過率光譜和數碼照片，(f) 制備的MXene負極的數碼照片，(g) MXene負極的表面SEM圖像和 (h) EDS譜圖 以及 (i)?截面SEM圖像。

圖4制備的電致變色熱控器件的 (a)?結構示意圖，(b)數碼照片(4×4 cm²)，(c)?紅外發射率圖譜， (d) 紅外相機圖片，(e)?器件響應時間圖，(f)?器件循環穩定性。