如今，室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)所需耗能巨大，約占社會(huì)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(diào)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(tǒng)靜態(tài)窗戶的替代品。然而，出售產(chǎn)品規(guī)格尺寸有限性和應(yīng)用場(chǎng)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(duì)器件進(jìn)行形狀加工，切口就會(huì)將器件內(nèi)部和外界環(huán)境相連通，導(dǎo)致器件內(nèi)材料老化失效，并存在電解液泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，從而需要復(fù)雜而專業(yè)的封裝流程進(jìn)行密閉化處理。因此，盡管電致變色電極材料發(fā)展迅速，但高昂的定制成本導(dǎo)致了電致變色器件市場(chǎng)發(fā)展停滯不前，成為阻礙廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素。

 

近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院材料研究院楊誠(chéng)副教授團(tuán)隊(duì)研究開(kāi)發(fā)出了一種針對(duì)柔性電致變色器件難以裁剪和封裝問(wèn)題的有效策略?；谝胙趺舾蓄A(yù)聚物所設(shè)計(jì)的自止血電解液，結(jié)合電鍍制備的電極材料，巧妙實(shí)現(xiàn)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(jiǎn)化制備流程和擴(kuò)大電致變色器件應(yīng)用場(chǎng)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(shuō)明以及相關(guān)器件展示

 

研究通過(guò)在電解液中引入含1,4-二烯基側(cè)鏈的氧敏預(yù)聚物，制備出具有“自止血”功能的電解液，當(dāng)該電解液暴露在空氣中，該預(yù)聚物1,4-二烯側(cè)鏈上的雙丙烯基氫原子很容易脫出，從而與氧氣發(fā)生自由基反應(yīng)，快速交聯(lián)固化形成致密的固體屏障，將電解液與環(huán)境隔離，同時(shí)維持內(nèi)部電解質(zhì)以液態(tài)快速傳導(dǎo)離子，維持器件優(yōu)異的光學(xué)調(diào)制能力。

 

所制備的器件具有高對(duì)比度（680 nm時(shí)為84%），優(yōu)良的著色效率（680 nm時(shí)為195.42 cm2C-2）和快速切換時(shí)間（680 nm時(shí)著色/漂白時(shí)間為2.0秒/1.9秒）。固化后的氧敏預(yù)聚物致密，邊緣固化區(qū)域僅需23µm，顯示出“無(wú)邊緣”特性，并表現(xiàn)出優(yōu)越的環(huán)境穩(wěn)定性。即使在苛刻的條件下老化，例如熱沖擊、高溫儲(chǔ)存和穩(wěn)態(tài)濕熱試驗(yàn)，所制備的設(shè)備也可以保持優(yōu)異的電致變色性能以及出色的循環(huán)性。所制備的設(shè)備被裁剪成理想形狀重復(fù)循環(huán)600次后，甚至在老化90天后，仍能保持著色和漂白能力。

 

相關(guān)研究成果以“一種基于‘血液凝固’機(jī)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(fā)表在國(guó)際期刊《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上。

 

本文第一作者為清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院2019級(jí)材料科學(xué)與工程專業(yè)碩士研究生任汐，通訊作者為清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院楊誠(chéng)副教授。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、清華大學(xué)“春風(fēng)基金”、廣東省“珠江人才計(jì)劃”本土創(chuàng)新與研究團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、深圳市科創(chuàng)委、深圳蓋姆石墨烯中心、清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院海外合作項(xiàng)目的資金支持。

 

論文鏈接：

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

(來(lái)源：清華大學(xué)新聞網(wǎng))