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東華大學(xué)王宏志、李克睿團(tuán)隊(duì) 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(xiàng)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(duì)報(bào)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(jì)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(shí)，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(dòng)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(jì)劃項(xiàng)目的資助。


  該工作是團(tuán)隊(duì)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(duì)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(dòng)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(gè)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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