《自然·通讯》刊登徐挺教授课题组在电致变色材料技术上的最新进展

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《自然·通讯》刊登徐挺教授课题组在电致变色材料技术上的最新进展。该项研究得到了国家青年千人计划和人工微结构科学与技术协同创新中心等的资助。

www.sbf888.com ,基于表面等离子体亚波长金属结构的全彩色电致变色器件

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南京大学,NIST以及Sandia国家实验室的国际合作研究团队利用自身在纳米光子学与材料合成研究领域中的多年积累,另辟蹊径,利用亚波长金属结构中的存在表面等离子体效应同时解决了以上关于光调制对比度,响应时间以及多波长选择性调制的问题。通过亚波长金属结构控制入射光与表面等离子体之间的有效能量转化,在多波长范围内首次实现了具有超过90%光调制对比度以及小于20毫秒响应时间的聚合物电致变色器件。这一研究对于进一步提升器件光学性能,降低器件材料复杂度以及扩展高速动态应用起到了非常关键的作用,从而对于推进电致变色器件的实用化进程有着重要的现实意义。该技术已经申请了相关专利。

通过将亚波长金属纳米结构与传统的电致变色材料相结合,我校现代工程与应用科学学院徐挺教授课题组与美国国家标准技术研究院以及Sandia国家实验室合作开研发了一种拥有超高光强调制对比度和快速时间响应的全彩色电致变色器件。这种器件将来有望可以应用在包括低功耗的显示设备,光信息处理器件以及智能玻璃等各个领域。相关成果以《High
Contrast and Fast Electrochromic Switching Enabled by
Plasmonics》为题,于2016年1月27日在《自然-通讯》上在线发表(doi:10.1038/ncomms10479)。徐挺教授为该论文的第一作者和通讯作者,论文第一通讯单位为南京大学。

电致变色是指材料的光学属性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。作为电致变色器件中的常用材料,通过氧化还原反应实现电致变色效果的有机高分子聚合物由于光学性能稳定,
合成工艺简单以及器件成本低廉而备受关注。对于传统的有机聚合物电致变色器件,其发生褪色和染色的响应时间一般在几秒到几十秒左右。这一过慢的时间响应在很大程度上限制了器件的应用范围,例如需要高速动态切换的显示设备。虽然减小有机聚合物材料层的厚度从而加快电子/离子的注入可以在一定程度上缩短器件的响应时间,但这一方法是以牺牲器件光调制对比度为代价的,所以实用性很受限。除了响应时间和对比度之外,对于常用的电致变色材料来说,其在染色状态下对光的吸收只集中在某一波段,因而光吸收后所呈现的颜色对于一种特定的材料在染色状态下是固定的。所以当需要设计一个包含多种颜色的电致变色器件,例如彩色显示设备时,通常要应用多种不同种类的电致变色材料。不同材料之间光学性能的差别,化学性质的兼容性以及分步骤的加工工艺都会使得器件的复杂度和制造成本急剧增加。

(现代工程与应用科学学院 科学技术处)

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