混合型电致变色器件结构与性能的改善研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xia__1989
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随着能源问题的日益凸显,在建筑节能领域有巨大应用潜力的的智能窗技术逐渐展露于人们的视野。而电致变色技术作为智能窗的优选方案之一,因其本身的新颖性和功能性受到了越来越多的关注。广义上的电致变色可以定义为:材料(器件)在外加电场下的光学属性(透过率、反射率或吸收率)发生稳定可逆变化的现象,外在表现为颜色状态的转变。人们针对电致变色的特性开发出了各种各样的应用领域,如:防眩目后视镜、飞机舷窗、电子显示、手机后盖等。多样化的应用场景也对电致变色器件的结构和性能提出了更高的要求。常规来说,根据电致变色材料和电荷存储材料的物理状态可以将电致变色器件分为溶液型、固体薄膜型和混合型三种。溶液型器件由于材料全部溶于电解液中,适用于对记忆功能和褪色速度要求不高的场景;固体薄膜型器件则需要工作电极和对电极有良好的匹配性,对制备工艺和生产流程要求较高;而混合型器件则是前面二者的结合,将变色材料以薄膜形式固定在基底上,并在电解质中引入氧化还原对来平衡电荷,在拥有优异光学调控能力的同时还具备良好的稳定性。本论文的研究正是基于提升混合型电致变色器件的响应速度和透过率调制等性能而展开。第三章中,我们在实验中发现了 WO3与高分子材料聚(3,4-(2,2-二甲基丙烯二氧基)噻吩)(PProDOT-Me2)之间存在着接触电势差,并且PProDOT-Me2可以显著提升Br-/Br3-氧化还原对的电化学活性。于是将PProDOT-Me2作为WO3的催化对电极,并在电解液中引入Br-/Br3-氧化还原对充当电荷平衡物质。该体系下的器件驱动电压明显降低、响应速度大幅加快,并且可以在短路状态下实现快速自褪色。因此本工作设计的器件在特定的电致变色领域,如自动调光后视镜和防眩光玻璃等需要自褪色的领域具有广泛、长期的应用潜力。在第四章中,为了解决基于WO3的光伏变色器件褪色速度太慢的问题,在第三章工作的基础上,我们将PProDOT-Me2引入WO3一侧作为催化材料。实验结果表明,PProDOT-Me2展现出了优于Pt的催化性能,使器件的褪色速度得到显著提升,实现了在该种器件结构中对贵金属Pt的替代,其低廉的价格也使大面积自供能变色窗的应用成为可能。在第五章中,我们主要致力于提升电致变色器件的透过率调制能力。目前,由于单一材料的性能限制,器件很难实现在着色态时对光的完全隔绝效果(即透过率为0%)。考虑到高分子变色材料PProDOT-Me2在具有优异变色性能的同时还提供了粗糙的表面,我们便在基于它的混合型变色器件的电解质中引入了可以进行可逆电沉积的金属阳离子Ag+。通过变色材料的着色与Ag颗粒对光的吸收,着色态时的器件可以在300-1500 nm波段达到接近于0%的透过率,使器件可以在透明态和全黑态之间进行切换。在本论文的研究中,我们通过结构和材料优化对混合型电致变色器件的响应速度和透过率调制等性能进行了提升。在为电致变色器件的设计提供了新思路的同时,也拓展了电致变色技术的潜在应用领域。
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