氧化钨纳米线:智能变色窗自供电和低成本的秘密

近期,中国科学技术大学俞书宏院士团队研制出了一种由氧化钒和氧化钨纳米线组装成的智能变色窗——多色显示电致变色器件。该器件不但生产成本较低,而且还能实现多色显示与自供电驱动,未来有望应用于节能建筑、汽车后视镜等领域。

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氧化钨(WO3)是由金属钨和氧组成的无机化合物,其因禁带宽度适中和晶体结构独特,而具有非常优异的光电性能,被认为是最有前景的电致变色候选材料之一。俗话说得好:“任何事物都是有两面性”,WO3虽然具有良好的光电性质,但是颜色变化单一,不利于在多色显示等领域应用。虽然采用元素掺杂法和特殊结构设计能够解决WO3颜色单调的问题,但存在成本高或牺牲透明度的缺点。

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所以,中国科学技术大学研究者就通过采用界面组装技术将氧化钒和氧化钨纳米线组装成多色显示电致变色器件,其不仅解决了WO3颜色变化单一的问题,还确保了成本合理及透明度良好。具体来说,多色显示电致变色器件具有特定的光学、电学和多色显示特性;在施加不同电压下,其可以呈现出由橙色、绿色到灰色的动态颜色变化。注意:通过控制两种纳米线的比例,可以调控组装薄膜的颜色显示、透明度、响应时间、着色率等电致变色性能。此外,在掩膜板辅助下,界面组装技术通过构造各种图案和调控组分,可以实现更复杂的色彩显示和信息传输。

值得一说的是,为了解决传统变色器件需要借助外置电源系统驱动才能工作的不方便问题,中国科学技术大学研究者就将原电池系统集成到基于高度稳定性和柔性的银纳米线透明导电电极和氧化钨纳米线电致变色薄膜中,成功研制出一种自供电、低成本、独立性和便携性的柔性电致变色器件。与外置电源相比,这种自供电的电致变色器件避免了内阻,平均着色效率提高了约20%;450个电致变色循环周期后,每平方厘米器件仅消耗约6.8毫克铝片。

作为智能变色窗口,该器件还表现出良好的太阳光辐射调控性能,相比于褪色状态,窗口着色时可以将模拟太阳光照射物体的平均温度从33℃降到25.6℃。

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