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南科大学者在自动调控电致变色智能窗领域取得研究新进展

发布日期:2021-03-30

南方科技大学电子与电气工程系副教授刘言军、前沿与交叉科学研究院研究副教授苏峰育和材料科学与工程系教授田颜清课题组合作,在自动调控电致变色智能窗领域取得了研究新进展,相关成果以“Automatic light-adjusting electrochromic device powered by perovskite solar cell”为题在国际著名学术期刊《自然·通讯》(Nature Communications)上发表。

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该研究设计并组装了一种新颖的由钙钛矿太阳能电池驱动的一体化凝胶电致变色器件,这种自供能的电致变色器件能够随着周围光线强度的变化而快速改变自身颜色状态与深浅,从而达到智能调节光线透过的功能。

电致变色器件(Electrochromic device)能够在较小的驱动电压下调控光的吸收或反射,在玻璃幕墙、汽车后视镜及飞机舷窗上均有广泛应用。但由于变色过程需要外界电压输入,因此,研究人员一直致力于发展自供能的电致变色器件。目前,自供能器件对周围光线不敏感、稳定性较差等问题始终未被解决。研究人员利用分子间的π-π相互作用(图1),通过合成带有炔基的紫精化合物,使电致变色器件的稳定性大幅度提升,实现了70000次的稳定循环。

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图1 炔基与紫精自由基正阳离子分子间的π-π相互作用

同时,研究人员采用一体化凝胶电致变色器件结构,使器件能够在断电与供电过程中快速地褪色与着色,这种带有“自擦除”特性的电致变色器件与钙钛矿太阳能电池联用后,能够快速地对周围光强反应进行自动调节光线平衡。如图2所示,钙钛矿太阳能电池起到了收集能量和光探测的双重功能,电致变色器件具有智能窗和电容器双重功能,太阳能电池将光能转化为电能,并输入给电致变色器件,电致变色器件颜色变深,当太阳能电池与电致变色器件断开,电致变色器件储存的电能足够把LED灯点亮。研究人员将这种自供能电致变色器件作为“智能窗户”,对室外光线强度的变化进行了全天候实时检测(图3)。结果显示,光强逐渐升高时,器件的透明度降低,颜色变深;光强逐渐降低时,器件的透明度升高,颜色变浅直至透明,这表明室内外的光线强度达到了平衡。这项研究有望在现代智能玻璃产业中得到应用。

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图2 钙钛矿太阳能电池驱动的凝胶类电致变色器件工作示意图

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图3 不同光强条件下自供能电致变色器件颜色变化

南科大为论文唯一通讯单位。材料科学与工程系2017级博士研究生凌欢为第一作者,2016级博士研究生武建昌(已毕业)为论文第二作者。苏峰育、田颜清、刘言军为论文共同通讯作者。本项研究得到了中国科技部、深圳市科创委和南方科技大学相关基金的大力支持。

近期,围绕着发展多功能、多颜色、高稳定性电致变色器件,田颜清课题组,苏峰育与刘言军合作已发表多篇研究论文(ChemPhotoChem. 2020, 4, 357-365;J. Electroanal. Chem. 2019, 851;New J. Chem. 2020, 44, 19902-19907;Nat. Commun. 2021, 12, 1010)。

 

 

论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41467-021-21086-7

 

 

供稿:材料科学与工程系

通讯员:周斌

编辑:苗雪宁