基于纳米银片尺寸调控电致变色光谱的研究

Electrochromic materials open up new opportunities in display devices due to their reversible optical changes. However, the optical spectra as well as the displayed colors are limited by the restricted redox states. Because the absorption spectrum of material is fixed, it is difficult to show multi-color with single component. Noble metal nanostructures have emerged as promising optoelectronic candidates due to their unique localized surface plasmon resonance (LSPR) characteristics. It might be a promising way to achieve variable colorific devices by tuning the structure of noble metals. In this proposal, we propose and demonstrate the viability of a new strategy to design and prepare electrochromic material with continuous color tunability by controlling the growth/dissolving process of the Ag nanoplates. The absorption band of the device can be conveniently adjusted over a broad range based on the change of the LSPR band of Ag nanoplates with different sizes. This project may promote the research on the rational design of LSPR-based electrochromic devices. Additionally, it may build up a solid base for the application of such devices in many fields, including high-quality displays and light modulating devices.

电致变色材料具有可逆的光学变化性质，在显示器件等领域具有广阔的应用空间。然而由于受固定的氧化还原态限制，其光谱吸收带固定，宏观上表现为变色时颜色固定，因此使用单一一种材料获得多颜色显示较为困难。贵金属纳米材料是一种新型的光电功能材料，具有特殊的局域表面等离子体共振性质(LSPR)，利用这一特殊的光学性质，使得通过调控贵金属纳米材料的微结构实现多色显示成为可能。本项目中我们提出了一种利用贵金属LSPR性质实现电致变色过程的新策略，通过利用电沉积法控制片状纳米银结构生长/溶解过程，改变片状结构尺寸，从而实现电致变色，以期拓宽变色过程中光谱可持续调节范围，实现单一材料的多色显示。该项目的顺利实施将促进新型电致变色材料的设计和开发，同时为其在全色显示器和光调控器件等方面的应用奠定基础。

电致变色材料作为一种智能材料，在智能窗、光信息存储及显示器等领域有着广阔的发展前景。开发具有颜色变换丰富、光学对比度高、着色效率高的电致变色材料是此领域的研究重点。传统电致变色材料难以实现单一材料的多色显示。我们提出了一种利用贵金属LSPR性质实现电致变色过程的新策略，通过利用电沉积法控制金/银空心结构生长/溶解过程。这一过程的实现需要两个步骤：在基底上固定纳米颗粒作为生长/溶解的种子；实现反复的着色/褪色及变色过程。. 首先，研究了利用电化学沉积法在固态基底上沉积具有各向异性结构的纳米银颗粒。通过优化电化学沉积条件，如施加外场电压大小，表面活性剂浓度等，控制颗粒的尺寸和长径比可以，宏观上表现为薄膜的光谱性质可控。与传统胶体法制备颗粒的不同之处在于，胶体法制备的颗粒在遇到不良溶剂时容易产生颗粒的聚集，而电沉积法获得的颗粒与基底结合力较强，因此拓展了这种材料更广泛的应用。. 其次，随着现代技术的发展，动态光谱调控越来越引起人们的重视，其可应用在许多智能光学器件上。我们设计具有空心Au/Ag的合金结构，通过溶解/沉积实现可逆的，透过率及颜色变化。我们利用中空合金结构作为特定位置，为银的沉积提供了特殊位点，防止其自成核，从而解决了由于自成核引起的循环稳定性下降的问题，薄膜循环稳定性大幅度提升。同时，中空结构进一步增强了着色态/褪色态的对比度。. 由于此类薄膜制备过程简单，对外电场响应的敏感度高，且具有一定的记忆性能，即施加很小的电压即可保证长时间的颜色的不变，因此具有良好的应用前景，如显示器，智能窗等。