近日，中国海洋大学材料科学与工程学院陈经纬副教授课题组在动态光热调控器件多功能集成领域取得新进展，相关成果相继发表于国际知名学术期刊Advanced Functional Materials（《先进功能材料》）和Advanced Science（《先进科学》）。
在“双碳”战略和物联网信息安全的多重需求驱动下，多模态、款光谱、多功能集成动态光热调控器件为动态信息加密、建筑光热智能调控开辟了全新路径。然而当前电致变色体系仍存在多重科学瓶颈：传统电致变色器件光学调控维度有限，难以兼顾透射态多级信息传输与反射态全域信息隐藏；电致或热致变色智能窗仅响应单一外界刺激，可见光与近红外同步阻隔能力不足制约器件实际节能能效。如何丰富器件光学可调状态、耦合电致—热致变色双相应协同调控，实现信息加密和建筑能效提升，成为多功能电致变色领域亟需突破的核心问题。基于上述背景，课题组通过电极堆叠复合和双机制耦合同步光谱互补精准设计，分别开发了堆叠式双模式变色器件与电—热双响应智能窗，为高端防伪、低碳楼宇两大应用提供了可行路径，构建电致变色材料赋能信息安全与建筑减碳的全新技术体系。
图1. 堆叠透射/反射多色电致变色装置的结构示意图，信息传输/加密模式和实物照片
在堆叠式双模式变色器件中，课题组通过耦合K+掺杂钒酸盐(KVO)电极的颜色转换和铜基可逆金属电沉积(Cu-RME)电极中的局域表面等离子体共振之间的协同作用，实现了堆叠型透射/反射多色电致变色器件。KVO电极以低活化能实现了绿色、黄色和橙色之间的快速切换。同时，Cu-RME电极可以在不同沉积电压下实现多个光学状态(透明、蓝绿色透明、紫红色透明、镜面状态)的快速切换。堆叠型电致变色器件可以在多色透射模式和反射模式之间切换，可用于非发射显示、自适应伪装、红外热管理、透射模式下的多态信息传输和反射模式下的动态信息加密等不同应用场景。相关成果以“Dynamic Information Transmission and Encryption by Stacked Electrochromic Device”（堆叠电致变色器件的动态信息传输和加密）为题，发表于国际顶尖期刊Advanced Functional Materials（《先进功能材料》），该论文的第一作者是材料科学与工程学院2023级材料工程专业硕士研究生朱孟婕，中国海洋大学为第一通讯单位。
图2. 电—热双响应智能窗的结构与工 作示意图，以及光谱调制和全球节能效果示意图
在电—热双响应智能窗中，课题组通过将阳极着色普鲁士蓝(PB)电极与基于羟丙基纤维素的水凝胶电解质(HPC)耦合，设计并组装了电热双响应智能窗。HPC水凝胶电解质提供了大的热致变色透射率调制、机械稳定性和高离子电导率，使PB电极具有高着色效率和快速开关动力学。组装后的智能窗具有透明态、电致变色态、热致变色态、和电—热双响应四种不同的工作模式，优化光谱互补实现全波段调控。实地控温测试和节能模拟计算也表明，该电—热双响应智能窗具有优异的光热调控能力，能够在低纬度地区大幅降低建筑能耗，具有优异的节能减排效果。相关成果以“Advancing Energy Efficiency in Smart Windows via Dual‐Responsive Electro‐Thermochromism”（通过双响应电致热致变色技术提升智能窗户的能效）为题，发表于国际顶尖期刊Advanced Science（《先进科学》），该论文的第一作者是材料科学与工程学院2024级材料工程专业硕士研究生陈同宇，中国海洋大学为第一通讯单位。
以上研究工作得到了国家自然科学基金、山东省优秀青年科学家基金（海外）项目、中央高校基本科研基金等经费的支持。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.76530
https://doi.org/10.1002/advs.77055
