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東華大學王宏志、李克睿團隊 AFM：低成本、無封裝的電致變色調光膜-實現可定制化加工和維修

2023-12-15 來源：高分子科技

近年來，電致變色調光技術在智能窗領域取得了顯著發展。然而，如何有效降低其生產制造成本仍是提升電致變色智能窗市場占有率所面臨的一項重大挑戰。通常，電致變色智能窗基于硬質導電基底，安裝前要根據所需形狀進行定制。但嚴格的器件組裝、密封工藝以及難以維修等問題，顯著增加了智能窗生產制造成本。目前，鮮有研究關注于開發無需封裝的器件結構和提升電解質的環境穩定性，以實現低成本、無封裝電致變色調光膜在自然環境下組裝、定制化加工以及維修過程。

圖1 基于無鋰鹽、疏水性聚離子液體固態電解質的低成本、無封裝電致變色調光膜。

近期，東華大學王宏志、李克睿團隊報道了一種新型電致變色調光膜，該膜無需額外的封裝工藝，且達到使用壽命即可替換或維修（圖1）。通過創新性無鋰鹽設計和疏水性可聚合離子液體的精細選擇，可快速制備低表面能和低吸濕特性的電解質，滿足了電致變色器件在自然環境下進行組裝和維修需求。同時，電解質表現出較寬的電化學窗口，確保了器件變色循環測試中的出色穩定性以及在復雜應用環境下的可靠性。所制備的電解質無相分離現象，這要歸因于電解質前驅體溶液的高混溶特性，保證了電解質的高透明度（圖2a）。電解質與電極界面的多種界面相互作用協同實現了界面處的高附著力，從而確保無封裝柔性電致變色調光膜在外力作用或定制化剪切過程中的良好界面穩定性（圖2e）。在模擬戶外環境下的耐久性測試中，基于聚離子液體固態電解質的無封裝電致變色器件均表現出卓越的可靠性（圖3）。這種低成本、無封裝電致變色調光膜的新概念，有望推動電致變色智能窗便捷組裝和大規模生產。

圖2. 聚離子液體固態電解質表現出高粘附性、透明度和寬的電化學窗口。

圖3. 基于聚離子液體固態電解質的無封裝電致變色器件表現出優異的環境可靠性和機械穩定性。

該工作以A Lithium-Salt-Free, Hydrophobic, Solid-State Poly(Ionic Liquid) Electrolyte Enables Rapid Assembly of Unencapsulated, Removable Electrochromic “Window Tint Film” 為題發表在《Advanced Functional Materials》上（Adv. Funct. Mater. 2023, 2312358）。文章第一作者是吳錫錄博士，共同通訊作者是王宏志教授、李克睿研究員。該研究工作獲得國家自然科學基金、上海市科學技術委員會和國家重點研發計劃項目的資助。

該工作是團隊近期關于電致變色用電解質方面所取得的最新進展之一。在過去的幾年里，團隊專注于電致變色活性材料、電解質以及器件結構方面的一系列研究，提出了構建低維化無機電致變色材料和原位固化準固態電解質體系以增強界面結合穩定性的方法（Nat. Commun., 2021, 12, 1587; ACS Appl. Mater. Interfaces., 2022, 14, 48037; Adv. Funct. Mater. 2023, 12587; Chem. Eng. J. 2023, 477, 147069）。針對電致變色活性材料穩定性不足的方面提出了普適性的解決策略（Small 2023, 19, 2301742）。針對二維電致變色器件與現有服裝織物的基元結構不相容問題，開展了電致變色器件纖維化的研究，開發了多種結構的纖維器件，通過自主搭建的設備平臺，實現了纖維的連續化加工制備（ACS Appl. Mater. Interfaces., 2020, 12, 42955）。為了應對電致變色器件趨同化的應用場景，開發了電控變色-致動協同響應體系，實現了單一組分材料的多重響應功能（Nat. Commun., 2018, 9, 4798; Small, 2022, 18, 2107778; Adv. Mater. 2023, 2305914）。這些研究成果為電致變色技術在多個方面的應用提供了有益的創新和解決方案。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202312358

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（責任編輯：xu）

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