全波段电致变色器件的探索与开发

Electrochromic device (ECD) can change color and adjust transmit visible light or thermal radiation intensity by artificially. They could be used as a window to regulate internal light or temperature of construction, vehicles and other, etc. Up to now, the wave band of ECD’s color was limited to a single color range, the visible or near infrared region. The project aims at development of a full band ECD on the use of cathode WO3 and anode small organic electrochromic materials, so as to address the following issues: (1) how to maintain infrared color change effect of WO3; (2) how to maintain visible discoloration of the anode materials at the same time. Semi-fixed semi-free structure ECD of the issue raised by the introduction of a controlled anodic electrochromic material, which could solve the above problems at the same time and also simplify the preparation process.

电致变色器件通过人为改变自身颜色，对光线选择性地吸收和透过，从而调节透过器件的可见光或热辐射的强弱，将其作为变色窗可调控建筑、车辆等内部光线、温度等。目前所研究的电致变色器件变色波段仅限于可见或近红外区域，变色范围单一，难以同时对可见光或热辐射进行有效的调控。本项目就利用阴极变色材料WO3配以阳极变色材料开发出一种全波段电致变色器件，拟解决以下问题：（1）WO3红外波段电致变色效应的维持；（2）配对电极可见光波段电致变色效应的维持。本课题提出的半固定半游离的结构引入了可控的阳极电致变色材料，在解决以上问题的同时，对器件的结构进行优化，还可以简化器件制备工艺。

全波段电致变色器件是一类覆盖可见-近红外波段的响应性变色器件，在适当的电压驱动下可改变自身颜色。通过选择不同电致变色材料可使器件能够调节紫外、可见光区域以及红外区域的光，甚至可使器件具有多级变色的功能。这类器件可应用于建筑、交通工具上，改善工作和生活环境，调光节能。本项目所研究的全波段电致变色器件，采用阴极变色WO3薄膜配以阳极变色溶液开发出一种全波段电致变色器件，通过解决以下问题来实现：（1）WO3红外波段电致变色效应的维持；（2）配对电极可见光波段电致变色效应的维持。本项目首先采用半固定半游离的结构组装器件，开发出可以从透明态向黑色状态，其实深色状态可以实现紫外、蓝色波段、红色波段以及近红外波段的吸收，实现了全波段电致变色效应。其透过率差值可达81%(535 nm)处，近红外区域1000nm处可达70%。同时，该器件拥有优秀的循环稳定特性，在常温条件下可循环6万次以上。. 同时本项目还围绕如何提高紫精系电致变色器件的综合性能这一目标展开了深入研究，在对固态和全液态两种不同形态的电致变色器件研究的基础上，设计并制作了固相-液相混合型紫精基电致变色器件。采用液相乙基紫精作为工作电极，五氧化二钒薄膜作为阳极电致变色材料。并且我们利用锂离子掺杂技术修饰五氧化二钒薄膜。我们利用改性后的薄膜制备成器件并对其进行相关性能测试，结果表明该器件具有优异的电致变色性能，在±1.2 V下可实现无色至蓝色之间的相互切换，并且具备优越循的环使用性能，尤其是在高温条件下60度可循环使用25万次。这一结构能够将电致变色薄膜的电变色效应充分发挥，实现高的透过率差值，同时提升器件的热稳定性。另外，相比传统制备方法，此制备方法少了一套薄膜制备工序，达到简化制备工艺及成本的目的，使得电致变色技术在建筑上的应用更近一步。