電致變色器件在節(jié)能建筑、低功耗顯示器、防眩后視鏡等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景，受到廣泛的關(guān)注。無機(jī)電致變色材料氧化鎢（WO3-x）因其高光學(xué)通過調(diào)制率和優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性而被認(rèn)為是最有前景的電致變色候選材料之一。然而，其顏色變化單一，不利于其在多色顯示等領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，豐富WO3-x基電致變色器件的顏色變化是十分重要的。
目前，已報道了通過WO3-x進(jìn)行元素?fù)诫s、合成WO3-x復(fù)合材料以及將WO3-x材料設(shè)計成等離子體共振或法布里-珀羅干涉儀結(jié)構(gòu)等方法來解決其顏色單調(diào)的缺陷，但仍然存在成本高或者犧牲器件高透明度的缺點(diǎn)。
近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士團(tuán)隊設(shè)計了一種新型的基于納米線組裝體的多色顯示電致變色器件，該器件通過采用界面組裝技術(shù)將W18O49和V2O5納米線共組裝在一起，使該器件具有特定的光學(xué)、電學(xué)和多色顯示的特性（圖1a）。
與一般電致變色器件相比，該器件的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下兩個方面：(1) 由于W18O49和V2O5納米線在同一外加電壓下顯示出不同的顏色，因此在施加2V、0 V和-0.5V偏壓下，納米線共組裝體可以呈現(xiàn)出由橙色、綠色到灰色的動態(tài)顏色變化。
通過控制兩種納米線的比例，可調(diào)控共組裝薄膜的電致變色性能，包括顏色顯示、透明度、響應(yīng)時間和著色率（圖1b）；(2) 可以通過LB技術(shù)在掩膜板的輔助下構(gòu)造各種圖案和組份調(diào)控，以實現(xiàn)更復(fù)雜的色彩顯示和信息傳輸（圖1c-d）。
圖1. 基于W18O49和V2O5納米線共組裝構(gòu)筑多色顯示器件及其性能調(diào)控
同時，因電致變色器件大多基于脆性ITO基底制備，并需要外電源系統(tǒng)來驅(qū)動工作，影響了器件的柔性、獨(dú)立性以及便攜性。近年來，有報道將太陽能電池或納米發(fā)電機(jī)與電致變色系統(tǒng)集成在一起，用于制造自供電的電致變色器件。但是，這種裝置需要復(fù)雜的集成系統(tǒng)，往往不利于實際使用，因此研制具有柔性和機(jī)械穩(wěn)定性的自供電電致變色器件仍然具有挑戰(zhàn)性。
圖2. 基于Ag和W18O49納米線構(gòu)筑的自供電柔性電致變色智能窗口
為解決這一問題，該團(tuán)隊特任副研究員王金龍等受原電池概念的啟發(fā)，將原電池系統(tǒng)集成到基于高度穩(wěn)定性和柔性的Ag 納米線（NWs）透明導(dǎo)電電極（TCE）和W18O49納米線電致變色薄膜中，成功構(gòu)建了一種自供電柔性電致變色裝置（圖2a-b）。
在自供電柔性電致變色器件中，Ag納米線發(fā)揮了兩種作用，首先作為電極取代ITO襯底，然后與Al片耦合形成原電池兩個工作電極。Ag納米線與Al片的開路電壓為~0.83 V，足以驅(qū)動W18O49納米線的著色。與外置電源不同，自供電的電致變色器件避免了內(nèi)阻，其平均著色效率(CE)比外置電源提高了約20%，從~50.7 c㎡/C提高到~62.2 c㎡/C（圖2c）。
柔性自供電的電致變色裝置在450個電致變色循環(huán)周期后僅消耗~6.8mg/c㎡的鋁片，成本僅為0.19美元/c㎡。此外，該便攜式柔性自供電電致變色裝置的尺寸可以擴(kuò)大到20×20c㎡（圖2d）。此外，該器件作為智能窗口表現(xiàn)出良好的太陽光輻照調(diào)控性能，相比于褪色狀態(tài)，窗口著色時可以將模擬太陽光照射物體的平均溫度從33 oC降到25.6 oC（圖2e-f）。
上述研究成果分別以 “Manipulating Nanowire Assemblies toward Multicolor Transparent Electrochromic Device”和“Self-Powered Flexible Electrochromic Smart Window”為題發(fā)表在Nano Letters上，為高性能的多色顯示和柔性自供電電致變色器件的研制提供了新的途徑。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項目、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目、中國科學(xué)院前沿重點(diǎn)項目、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項基金、安徽省高校協(xié)同創(chuàng)新項目以及中科大同步輻射聯(lián)合基金的資助。（來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院）
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