如今，室內溫度調節所需耗能巨大，約占社會總能耗的40%。電致變色（Electrochromic，EC）智能窗戶由于其具有智能化光、熱調控能力，在降低能源消耗方面具有極大潛力，正逐漸成為傳統靜態窗戶的替代品。然而，出售產品規格尺寸有限性和應用場景尺寸多樣性之間的沖突，使得器件的形狀定制成為必不可少的流程。一旦對器件進行形狀加工，切口就會將器件內部和外界環境相連通，導致器件內材料老化失效，并存在電解液泄漏的風險，從而需要復雜而專業的封裝流程進行密閉化處理。因此，盡管電致變色電極材料發展迅速，但高昂的定制成本導致了電致變色器件市場發展停滯不前，成為阻礙廣泛應用的關鍵因素。

 

近日，清華大學深圳國際研究生院材料研究院楊誠副教授團隊研究開發出了一種針對柔性電致變色器件難以裁剪和封裝問題的有效策略。基于引入氧敏感預聚物所設計的自止血電解液，結合電鍍制備的電極材料，巧妙實現器件制備流程的免封裝和破損后的自愈合，以及任意裁剪定制的效果。該研究在簡化制備流程和擴大電致變色器件應用場景方面具有重要影響。

 

基于“自止血”電解液的自封裝電致變色裝置概念的說明以及相關器件展示

 

研究通過在電解液中引入含1,4-二烯基側鏈的氧敏預聚物，制備出具有“自止血”功能的電解液，當該電解液暴露在空氣中，該預聚物1,4-二烯側鏈上的雙丙烯基氫原子很容易脫出，從而與氧氣發生自由基反應，快速交聯固化形成致密的固體屏障，將電解液與環境隔離，同時維持內部電解質以液態快速傳導離子，維持器件優異的光學調制能力。

 

所制備的器件具有高對比度（680 nm時為84%），優良的著色效率（680 nm時為195.42 cm2C-2）和快速切換時間（680 nm時著色/漂白時間為2.0秒/1.9秒）。固化后的氧敏預聚物致密，邊緣固化區域僅需23µm，顯示出“無邊緣”特性，并表現出優越的環境穩定性。即使在苛刻的條件下老化，例如熱沖擊、高溫儲存和穩態濕熱試驗，所制備的設備也可以保持優異的電致變色性能以及出色的循環性。所制備的設備被裁剪成理想形狀重復循環600次后，甚至在老化90天后，仍能保持著色和漂白能力。

 

相關研究成果以“一種基于‘血液凝固’機制的自封裝、可定制電致變色裝置”（A Self-Packageable and Tailorable Electrochromic Device based on the “Blood-Coagulation” Mechanism）為題發表在國際期刊《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上。

 

本文第一作者為清華大學深圳國際研究生院2019級材料科學與工程專業碩士研究生任汐，通訊作者為清華大學深圳國際研究生院楊誠副教授。該研究得到國家自然科學基金、清華大學“春風基金”、廣東省“珠江人才計劃”本土創新與研究團隊項目、深圳市科創委、深圳蓋姆石墨烯中心、清華大學深圳國際研究生院海外合作項目的資金支持。

 

論文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202206127

(來源：清華大學新聞網)