柔性电致变色器件研究进展

电致变色材料是一类重要的光电功能材料, 可以随周期性调整的电压改变颜色。这种可控的光学吸收率和透过率的调制在智能窗户、电致变色显示和防眩光后视镜等应用场合大显身手。近年来电致变色技术发展迅速, 但当前的研究大多集中在传统刚性电致变色器件, 通常以氧化铟锡(ITO)等导电玻璃为基底。这些刚性变色器件存在厚度大、共型性差、机械强度低、成本高等不可忽视的问题, 阻碍了电致变色技术及其商业化的发展。伴随着开发可穿戴设备和电子皮肤等其他未来技术的热潮, 柔性电致变色器件因其可折叠性、可穿戴性甚至可嵌入性而备受关注, 已跻身成为电致变色领域的研究热点。本综述从制备柔性电致变色器件的材料出发, 系统地概述了无机、有机、无机/有机复合及其他新型柔性电致变色器件最新进展和趋势, 着重介绍了可拉伸电致变色器件的国内外研究进展。同时讨论了现阶段柔性电致变色器件在性能提升和实际应用等方面遇到的挑战, 以及国内外研究者采取的应对措施。最后明确了柔性电致变色器件制备与提升性能的关键, 并对未来的发展趋势做出展望。     

无机全固态电致变色材料与器件研究进展

智能场致变色材料是一类能在外场(电场、温度、光照、气氛)刺激下发生可逆光学变化的物质群。其中,电致变色材料因其调节幅度大、响应速率快、着色效率高和循环稳定性好等特点,有望在智能窗、屏幕显示和多功能储能器件等领域得到广泛应用。相较于半固态电致变色器件难于封装以及有机电致变色材料易于变性失效,无机全固态电致变色材料及其器件具有更好的综合应用性。本文聚焦典型无机全固态电致变色材料与器件,综述了当前电致变色器件各结构层的制备途径,并对比了其优劣性,详细介绍了主要的电致变色备选材料及其关键性能评价指标,并阐释了几种代表性电致变色器件的作用原理,提出了使用兼具高透光率、低面电阻以及优异抗弯折性的透明柔性电极替代传统的刚性衬底以实现多场响应器件的应用拓展。最后,从性能瓶颈、工艺难点及产业化机遇的角度对无机全固态电致变色器件的应用前景进行了展望,为电致变色产业化进程提供了借鉴。     

基于氧化钨和氧化镍的电致变色器件研究进展

电致变色器件(Electrochromic Devices, ECDs)是一种颜色变化受电压调控的智能装置, 具有工作温度范围宽、光学对比度高、可逆双稳态性能好、驱动电压低和能耗低等优点, 在智能动态调光窗、全彩色电子显示屏、防眩光护目镜、自适应双隐身伪装以及可视化储能等领域展现出了巨大的应用潜力。阴极着色材料氧化钨(WO₃)和阳极着色材料氧化镍(NiO)是两种被广泛研究的无机电致变色材料, 由WO₃和NiO薄膜组成的互补型电致变色器件在大规模智能窗的应用中具有极高的商业价值。改善电致变色器件的综合性能如光学调制范围、响应速度、循环寿命和耐候性等问题一直备受关注。本文围绕互补型电致变色器件的结构组成, 综述了基于WO₃和NiO的电致变色全器件的近期研究进展。首先分别阐述了WO₃和NiO薄膜的电致变色机理和衰退机制, 讨论了改进制备工艺、元素掺杂改性、设计纳米结构和引入复合材料这四种薄膜性能优化策略的作用和最新研究进展, 其次, 按照器件的组成成分和结构设计介绍了互补型电致变色全器件的分类体系, 总结了各组分材料的选择和器件结构对器件综合性能的影响, 最后对电致变色器件的应用前景和发展趋势进行了展望。     

氧化钼电致变色材料与器件

电致变色材料具有可逆的颜色转变特性, 在智能窗、显示器、防眩后视镜、电子纸、军事伪装等领域应用广泛。相对于其它种类的显示器件, 电致变色显示器件具有色彩丰富、对比度高、无视盲角、断电后仍显色等优点。作为一种典型的阴极着色电致变色材料, 氧化钼具有响应时间短和着色态更接近于人眼对光线的敏感波段等优点, 使得由氧化钼组成的电致变色器件具有重要的研究价值。本文简要介绍了电致变色、电致变色材料与器件的定义及其应用, 尤其电致变色技术最近在智能手机上得到了示范应用, 表明电致变色技术未来有良好的发展前景。然后, 详细综述了氧化钼薄膜的制备、氧化钼的改性、氧化钼电致变色器件的研究进展。最后提出了氧化钼电致变色薄膜与器件当前存在的问题和解决的途径, 并对其发展前景进行了展望。     

无机全固态电致变色器件研究进展

电致变色是一种在外加电场下材料光学属性可变的现象。本文围绕全固态电致变色器件,阐述了器件中每一层的结构、可选材料、性能等,并根据全固态电致变色器件近期的研究进展,总结了两种全固态器件的典型结构,详细介绍了两类器件结构的结构特点、制备方法和电致变色性能,并展望了未来全固态电致变色器件的发展方向。     

多功能电致变色器件:从多器件到单器件集成

电致变色是在外加电场驱动下通过材料氧化还原反应可逆地改变颜色或光学性质的现象。自发现电致变色现象以来, 由于其具有色彩丰富、节能环保和智能可控等优点, 电致变色技术已应用于智能窗、智能显示、防炫目后视镜等领域。随着近些年光电技术的快速发展, 涌现了一系列具有高度集成特性的产品, 电致变色技术也朝着功能化智能化的方向发展: 结合绿色能源技术, 使自供能电致变色系统进一步降低了建筑能耗; 利用电致变色可视化的优点, 电致变色与其他功能器件的集成使信息读取更加快速便捷; 由于电致变色器件与多种功能器件具有相似的结构、电化学原理和活性成分, 电致变色器件也逐渐从单一的色彩变化, 向变色红外调控、变色储能及变色致动等多功能的方向发展。电致变色多功能集成也极大地推动了电致变色技术的进一步发展。本文详细综述了电致变色原理的多器件/单器件多功能集成系统的前沿进展, 例如自供能电致变色、电致变色传感、电致变色红外调控以及电致变色储能等方向, 并介绍了不同类型多功能电致变色器件集成模式、结构设计和性能优化, 同时也针对电致变色多功能应用所面临的挑战与未来可能的发展方向进行了总结与展望。     

反射型柔性电致变色器件的研制

电致变色器件在信息显示器、电致变色玻璃(智能窗,Smart window)、电色信息存储器、无眩反光镜、军事伪装等领域具有巨大的潜在应用价值.采用循环扫描伏安法在金属化柔性基底上聚合制备了聚苯胺(PAN)膜,考察了不同基底PAN膜的聚合行为;设计并制备了基于柔性基底的反射型柔性电致变色器件,检验了该器件反射光谱的电压响应特性.结果表明,研制的柔性基底反射型柔性电致变色器件的反射率及其峰值随着外加电压的改变而变化,表现出较好的电压响应特性.     

基于导电纤维的柔性电子器件研究进展

柔性电子器件具有优异的灵活性,实现了与服装的无缝集成,在各种实际的可穿戴应用中具有巨大的潜力。一维纤维状电子器件由于其优异的柔韧性、可编织性及舒适性成为智能可穿戴领域的研究热点。首先,综述了用于纤维状柔性电子器件的一维可拉伸电极的研究进展,然后详细介绍了高性能一维纤维状柔性电子器件制备过程中具有代表性的导电材料、制造技术及一维柔性纤维进一步应用于各类电子器件的主要制备方法,另外总结了近年来基于柔性纤维状电子器件在智能可穿戴领域的应用。最后对一维纤维基智能可穿戴电子器件的机遇和挑战进行了批判性思考。      

电致变色材料、器件及应用研究进展

电致变色材料具有结构可控、色彩丰富、成本低廉、节能低耗等特点,是目前最具应用前景的智能材料之一。概述了电致变色器件的基本结构、变色机理,着重介绍了电致变色器件各层材料(透明导电层、电致变色层、电解质层、离子储存层)的特性要求及研究现状,举例说明了其在智能窗、防眩目汽车后视镜、电子纸、传感器、军事伪装中的应用。     

全固态电致变色智能窗的研究进展

电致变色材料被认为是最有开发前景的智能材料之一,本文结合本实验室的研究成果,简要介绍了电致变色智能窗的结构及变色原理,着重阐述了WO3电致变色材料和固态电解质的最新研究动态,展望了电致变色材料及其器件的应用前景。     

层状自组装聚苯胺纳米复合电致变色薄膜的制备与性能

质轻、柔性、多色电致变色材料是柔性电致变色显示技术实用化、进而取代目前阴极射线管和液晶显示技术的关键。主链共轭型本征态导电聚合物聚苯胺因其原料来源广泛、转换电势低、变色范围宽、易于制成柔性薄膜而成为制备全固态柔性电致变色器件的首选材料。基于静电作用的层状自组装技术，能在分子层次上实现诸多材料的复合，并实现结构与性能的调控，因此成为设计组装具有特定性能的聚苯胺纳米复合电致变色薄膜的重要方法。讨论了层状自组装聚苯胺纳米复合电致变色薄膜的制备与性能，认为采用结构与性能可控的纳米结构层状自组装技术制备聚苯胺纳米复合电致变色薄膜是提高其综合性能并最终实用化的重要途径。     

柔性纤维状锂离子电池材料研究进展

针对当前可穿戴电子产品不断发展对柔性供能器件提出的小型化、灵活化以及可弯曲、折叠的要求，介绍了柔性纤维状锂离子电池的结构，总结了近年来柔性纤维状锂离子电池材料及固态电解质材料的研究进展，指出发展安全可靠、适应性强且性能稳定的柔性纤维状锂离子电池材料是未来可穿戴供能器件的发展重点。     

柔性纳米发电机及器件的最新研究进展

伴随着经济和社会的进步,人们对智能化、微型化、便携式电子设备的需求越来越迫切,推动了智能可穿戴器件和微电子系统的发展。供电系统是现代电子设备重要的组成部分,传统电池存在续航短、污染重等缺点。因此,亟待寻求一种绿色可持续供电的微电子器件。相比于传统纳米发电机,柔性纳米发电机以其优异的柔韧性、机械性和易加工性成为当前的研究热点,为解决目前可穿戴电子设备的供电需求问题提供了重要方法和路径。其中,柔性压电式、摩擦电式等自供电模式纳米发电机近年来受到广泛的应用和关注。综述了压电式、摩擦电式和复合式纳米发电机的国内外研究进展和工作原理,阐述了基于不同材料、结构和应用领域的纳米发电机,并对其在复合器件中的应用进行了概述,对该领域的发展趋势进行了总结和展望。     

金属有机骨架在电致变色领域的研究进展

金属有机骨架(MOFs)是由有机骨架与金属节点组成的多孔新型功能材料,区别于普通的无机多孔材料和有机物,凭借多孔以及可设计性的骨架结构,实现将无机与有机材料相结合,利用化学配位以及掺杂等方式可以制备符合实际需求的功能材料。随着金属有机骨架材料的种类、功能和制备技术不断拓展,其在智能光电显示领域的应用也备受关注。其中,电致变色作为光电器件的重要研究方向,电致变色器件正在向更大变色范围、更快变色速度以及柔性可折叠的方向发展,原有材料体系已无法满足新的产品要求,但金属有机骨架的出现可以在一定程度上规避这些问题。本文着重介绍金属有机框架在电致变色的研究进展,详细综述金属有机框架在电致变色领域应用中所遇到的三个问题,分别是导电性、氧化还原性变色及薄膜制备手段,分析金属有机框架在电致变色领域的设计优化策略,同时也对MOFs在电致变色多功能应用所面临的挑战与发展前景进行总结。     

柔性储能电池电极的设计、制备与应用EI北大核心CSCD

随着便携式、可穿戴电子器件的迅速发展,柔性储能器件的研究逐渐转向微型化、轻柔化和智能化等方向。同时人们对器件的能量密度、功率密度和力学性能有了更高的要求。电极材料作为柔性储能器件的核心部分,是决定器件性能的关键。柔性储能电子器件的发展,又迫切需要新型电池技术和快速、低成本且可精准控制其微结构的制备方法。因此,柔性锂/钠离子电池、柔性锂硫电池、柔性锌空电池等新型储能器件的研发成为目前学术界研究的热点。本文论述了近年来柔性储能电池电极的研究现状,着重对柔性电极材料的设计(独立柔性电极和柔性基底电极)、不同维度柔性电极材料的制备工艺(一维材料、二维材料和三维材料)和柔性储能电极的应用(柔性锂/钠离子电池、柔性锂硫电池、柔性锌空电池)进行对比分析,并对电极材料的结构特性和电化学性能进行了讨论。最后,指出了柔性储能器件目前所面临的问题,并针对此类问题展望了柔性储能器件未来的重点在于新型固态电解质的研发、器件结构的合理设计及封装技术的不断优化。     

弹性敏感材料与传感器件

柔性电子技术是21世纪的十大新兴科技之一,正在引发新一轮电子技术革命。近年来,人们研发了一系列柔性甚至可拉伸的电子器件,此类器件具有柔韧、抗冲击、高效/低成本制造等优势,在可穿戴或可植入领域具有很好的应用前景。其中,弹性传感器件是信息获取的关键,在人机交互、运动/医疗健康等领域展示着重要的应用前景,而敏感材料、结构及器件设计是弹性传感器的关键。由于大部分敏感材料是刚性的,其拉伸性能无法满足弹性传感器的要求,因此,弹性传感器的核心挑战之一在于敏感材料的弹性化、多功能化。兼容弹性和功能性的传感器是人们目前关注的焦点。在材料的弹性/可拉伸能力方面,通过有效的结构设计可以使得金属薄膜适应更复杂的力学场景,例如将单轴褶皱改为多轴复杂褶皱;通过优化纳米材料的形貌/结构,可以获得能承受更大形变的复合材料,例如提高纳米线的长度以获得更加复杂稳定的导电网络;通过使用液态金属等本征可拉伸导电材料实现复合材料的高电导和任意拉伸性能。在材料/器件的多功能方面,人们也不断尝试使用多种敏感材料来探测力学、温度、磁场、湿度等多种信号。通过使用磁性敏感材料与高分子基体复合实现对磁场的探测;通过使用热致变色材料在高分子基体表面构建热致变色薄膜可以实现对温度的探测;使用弹性电极制备弹性微流道实现对汗液成分的分析。进一步在弹性系统的层面,研究人员将多种器件集成多功能系统以实现多种信号的感知,并结合仿生策略进一步将这些信号处理成人体神经可识别的信号,实现智能、高效的人机交互体验。本文归纳了弹性传感材料和器件的研究进展,分别对导电敏感材料、可穿戴器件及其应用场景进行了介绍。通过分析弹性传感器件的发展历程和目前所面临的挑战,希望能使研究者们有一定启发,并对弹性电子器件的未来进行展望,为实现更加灵敏、智能、低成本和用户友好型传感器件提供参考。     

电致变色材料研究及发展现状

<正>电致变色是指材料的光学属性(反射率、透过率、吸收率等)在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象,在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。这种变化使得电致变色材料成为典型的智能材料的一员。具有电致变色性能的材料称为电致变色材料,用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件。电致变色器件具有双稳态、无视盲角、对比度高、制造成本低、工作温度范围宽、驱动电压低、色彩丰富等优点,可应用于电致     

聚苯胺红外电致变色器件研究进展

电致变色是材料反射、吸收等光学性质在外加电场驱动下发生稳定、可逆变化的现象,在不同波段可表现为颜色、红外发射率等变化。红外电致变色器件(IR-ECDs)能够动态调节物体的红外光学特性,在自适应伪装、热管理等应用中受到广泛关注。作为最有代表性的有机电致变色材料,聚苯胺(PANI)制备方法简单,电化学性能优异,在多波段电致变色领域有着巨大的潜在应用价值。本文从电致变色器件结构出发,介绍了从可见电致变色到红外电致变色的原理和器件结构的演变,对近年来增强聚苯胺红外电致变色器件性能的策略和最新进展进行了归纳和分析,讨论了其多功能化应用的拓展方向,最后对所面临的挑战与未来的发展方向进行了总结与展望,为今后发展优异性能的IR-ECDs提供了参考,希望能够对本领域研究者有所启发,促进电致变色领域的发展。     

全固态电致变色器件工艺技术研究

提出一种新型结构与材料的全固态电致变色器件,及其氢化技术和制作工艺。在实验室中研制出2cm×2cm可重复转换、性能优良的电致变色器件,为大面积电致变色器件连续自动生产线的研制作了必要的技术准备。     

纤维及织物基柔性可穿戴器件研究进展

近年来,随着智能技术的迅速发展,可穿戴器件逐渐成为研究热点。在实际应用中,柔性的可穿戴器件具有更广阔的应用前景,尤其是以纤维和织物为基底制作的柔性器件为解决穿着舒适性、耐水洗性不佳及三维形变时与人体贴合性差等问题提供了基础,同时符合绿色环保的理念,具有现实的研究意义。本文介绍了几种典型的柔性可穿戴器件,并简要回顾了可穿戴设备的柔性化进程;概述了以纤维、织物为基底的柔性可穿戴器件的制备方法;对纤维/织物基器件进行了分类并综述了在柔性传感器、柔性能源器件、柔性电极等领域的最新应用,指出随着材料科学、纺织技术和微电子技术的融合发展,通过系统设计和一体成型构建纺织结构柔性器件是穿戴式产品进一步发展的客观需求和必然趋势。