1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 200050
2 2.中国科学院大学, 北京 100049
全固态电致变色器件以其光学对比度高、响应速度快以及良好的循环稳定性等特点而广泛应用于节能窗、屏幕显示、多功能储能设备等诸多领域。然而, 传统的基于单层电解质体系的全固态电致变色器件常受限于光学透过率和溅射效率的不足。本工作利用反应直流磁控溅射技术成功制备了基于LiAlOx/Ta2O5/LiAlOx(ATA)三明治结构电解质的全固态电致变色器件。通过引入ATA三明治结构电解质, 所制得的七层体系电致变色器件(ITO/NiO/LiAlOx/Ta2O5/LiAlOx/WO3/ITO)兼具了优异的透光率和可观的溅射效率。该全固态电致变色器件取得了令人满意的着色效率(79.6 cm2/C), 更快的响应速度(着色时间1.9 s, 褪色时间1.6 s)以及数百次循环的良好稳定性。此外, ATA三明治结构电解质充分利用了Ta2O5优异的离子传输速率和稳定性, 并提供了足够的锂离子以满足快速变色切换的需求。因而, 通过连续直流溅射制备的基于ATA三明治结构电解质的全固态电致变色器件有望为高性能电致变色器件的量产和实际应用提供重要的指导。
无机全固态 电致变色器件 多层电解质 溅射效率 光学设计 inorganic all-solid-state electrochromic device multilayer electrolyte sputtering efficiency optical design
1 1.西安交通大学 材料科学与工程学院, 西安 710049
2 2.南方科技大学 材料科学与工程系, 深圳 518055
电致变色材料是一类重要的光电功能材料, 可以随周期性调整的电压改变颜色。这种可控的光学吸收率和透过率的调制在智能窗户、电致变色显示和防眩光后视镜等应用场合大显身手。近年来电致变色技术发展迅速, 但当前的研究大多集中在传统刚性电致变色器件, 通常以氧化铟锡(ITO)等导电玻璃为基底。这些刚性变色器件存在厚度大、共型性差、机械强度低、成本高等不可忽视的问题, 阻碍了电致变色技术及其商业化的发展。伴随着开发可穿戴设备和电子皮肤等其他未来技术的热潮, 柔性电致变色器件因其可折叠性、可穿戴性甚至可嵌入性而备受关注, 已跻身成为电致变色领域的研究热点。本综述从制备柔性电致变色器件的材料出发, 系统地概述了无机、有机、无机/有机复合及其他新型柔性电致变色器件最新进展和趋势, 着重介绍了可拉伸电致变色器件的国内外研究进展。同时讨论了现阶段柔性电致变色器件在性能提升和实际应用等方面遇到的挑战, 以及国内外研究者采取的应对措施。最后明确了柔性电致变色器件制备与提升性能的关键, 并对未来的发展趋势做出展望。
电致变色器件 柔性器件 可拉伸 智能窗户 制备 综述 electrochromic devices flexible devices stretchable smart window preparation review
1 1.物理学院，北京航空航天大学 北京 100191
2 2.能源与动力工程学院, 北京航空航天大学 北京 100191
电致变色器件(Electrochromic Devices, ECDs)是一种颜色变化受电压调控的智能装置, 具有工作温度范围宽、光学对比度高、可逆双稳态性能好、驱动电压低和能耗低等优点, 在智能动态调光窗、全彩色电子显示屏、防眩光护目镜、自适应双隐身伪装以及可视化储能等领域展现出了巨大的应用潜力。阴极着色材料氧化钨(WO3)和阳极着色材料氧化镍(NiO)是两种被广泛研究的无机电致变色材料, 由WO3和NiO薄膜组成的互补型电致变色器件在大规模智能窗的应用中具有极高的商业价值。改善电致变色器件的综合性能如光学调制范围、响应速度、循环寿命和耐候性等问题一直备受关注。本文围绕互补型电致变色器件的结构组成, 综述了基于WO3和NiO的电致变色全器件的近期研究进展。首先分别阐述了WO3和NiO薄膜的电致变色机理和衰退机制, 讨论了改进制备工艺、元素掺杂改性、设计纳米结构和引入复合材料这四种薄膜性能优化策略的作用和最新研究进展, 其次, 按照器件的组成成分和结构设计介绍了互补型电致变色全器件的分类体系, 总结了各组分材料的选择和器件结构对器件综合性能的影响, 最后对电致变色器件的应用前景和发展趋势进行了展望。
电致变色器件 氧化钨 氧化镍 综述 electrochromic device tungsten oxide nickel oxide review
南方科技大学 电子与电气工程系，广东 深圳 518055
电致变色(Electrochromism，EC)器件，具有工作电压低、多稳态、静态无功耗、变色功耗低、透光度/反射度连续可调等特点。WO3制作的电致变色器件存在响应时间过长、光学调制幅度较低等问题。为了能够进一步缩短响应时间，本文使用WO3作为变色层的材料并制备电致变色器件，研究了不同氩氧流量比下对WO3薄膜的影响以及对响应时间的影响，且以Ag-WO3复合层作为变色层的改进方案来制备电致变色器件，研究其对响应时间的影响。研究表明：当氩氧流量比为50∶50时，WO3薄膜制备的电致变色器件的响应时间最短，着色响应时间与褪色响应时间分别为21.27 s与11.68 s ；Ag-WO3复合薄膜制作的电致变色器件，当Ag层厚度为6 nm时，两种响应时间最小，着色响应时间与褪色响应时间分别为12.71 s和7.89 s。WO3薄膜制作的电致变色器件，在不同氩氧流量比下器件的响应时间受到影响；Ag-WO3复合薄膜制作的电致变色器件响应时间与用WO3制作的器件相比明显缩短，但是当Ag层厚度增加时，器件的响应时间随之增加。
电致变色器件 WO3薄膜 Ag-WO3复合薄膜 响应时间 electrochromic device WO3 film Ag-WO3 composite film response time
1 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海200050
2 中国科学院大学, 北京 100049
智能场致变色材料是一类能在外场(电场、温度、光照、气氛)刺激下发生可逆光学变化的物质群。其中, 电致变色材料因其调节幅度大、响应速率快、着色效率高和循环稳定性好等特点,有望在智能窗、屏幕显示和多功能储能器件等领域得到广泛应用。相较于半固态电致变色器件难于封装以及有机电致变色材料易于变性失效, 无机全固态电致变色材料及其器件具有更好的综合应用性。本文聚焦典型无机全固态电致变色材料与器件, 综述了当前电致变色器件各结构层的制备途径, 并对比了其优劣性, 详细介绍了主要的电致变色备选材料及其关键性能评价指标, 并阐释了几种代表性电致变色器件的作用原理, 提出了使用兼具高透光率、低面电阻以及优异抗弯折性的透明柔性电极替代传统的刚性衬底以实现多场响应器件的应用拓展。最后, 从性能瓶颈、工艺难点及产业化机遇的角度对无机全固态电致变色器件的应用前景进行了展望, 为电致变色产业化进程提供了借鉴。
无机全固态 电致变色器件 材料选取 结构设计 应用前景 综述 inorganic all-solid-state electrochromic devices material selection structural design application prospect review
1 华南理工大学 材料科学与工程学院 发光材料与器件国家重点实验室 高分子光电材料与器件研究所, 广州 510640
2 华南农业大学 电子工程学院, 广州 510642
讨论了基本的EC器件结构设计、被广泛应用的阴极氧化物材料(WO3)的结构以及改善其性能的一些方法和新型固体电解质材料。最后, 对EC器件的未来发展做了展望。
溶液法 电致变色器件 三氧化钨 纳米结构 固体电解质 solution process electrochromic device Tungsten oxide nanostructure solid-state electrolyte
