柔性电致变色材料的研究与发展

随着可穿戴电子器件的应用普及,柔性电子器件已经成为当前研究的热点。柔性电致变色器件因具有绿色环保、低成本、可大面积、适应性强和生产运输方便等优良特性,在新型智能显示、建筑智能窗、汽车后视镜、智能眼镜、可穿戴设备和军事伪装等众多领域得到广泛应用。从柔性电致变色结构出发,讨论了柔性衬底、电极材料、电致变色材料和电解质材料等功能层,指出了提升柔性电致变色器件性能的关键,明确了器件材料与结构的关系,指出其当前存在的问题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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

超级电容器电极材料及器件的柔性化与微型化

随着可穿戴式电子设备的快速发展,各类柔性储能器件也相继出现。柔性超级电容器因其稳定性高、体积小、电化学性能优越等特点受到研究人员的广泛关注。开发一种工艺简单、电化学性能和柔性良好的电极材料对制备性能优越的柔性超级电容器具有重要意义。材料的选取、电极的制备及器件的微型化将是未来的主要研究方向。本文主要综述了柔性超级电容器电极材料的分类、具体的制备方法以及器件的主要构型,并探讨了柔性超级电容器电极材料及器件的主要发展方向和研究重点。     

电致变色性和智能窗的发展及应用

对电致变色现象及机理、电致变色器件的构成、电致变色使用的材料等方面的国内外研究现状及发展趋势作了介绍和论述。最后对电致变色器件的应用前景作了展望。     

柔性有机发光二极管材料与器件研究进展

有机发光二极管(Organic Light Emitting Diodes,简称OLED)是全固态的薄膜发光器件。由于OLED的可柔性制备、低驱动电压、低功耗等优点,其在未来的可穿戴应用上具有广阔的发展前景。目前,小尺寸的OLED显示器已经实现商业化,大尺寸的OLED电视和照明也已有产品问世,但OLED器件的可穿戴应用尚处于探索期。综述了近年来基于可穿戴应用的柔性OLED材料及器件技术的研究进展,具体介绍了柔性基板材料、柔性薄膜晶体管材料、柔性OLED发光层技术、柔性薄膜封装材料与技术等方面的研究进展。此外,介绍了近几年来兴起的一些新型的柔性器件制备技术,如柔性纤维布基底技术、纤维状聚合物发光电化学池技术、对称平面层器件结构和狭缝涂布式印刷技术等。最后,对柔性OLED材料与器件技术的发展趋势进行了展望。     

Electrochromic Systems and the Prospects for Devices

Many inorganic and organic materials exhibit redox states with distinct electronic (UV‐vis) absorption bands. When the switching of redox states generates new or different visible region bands, the material is electrochromic. Electrochromic materials are currently attracting much interest in academia and industry for both their fascinating spectroelectrochemical properties and their commercial applications. In this review some of the most important examples from the major classes of electrochromic materials are highlighted. Examples of their use in both prototype and commercial electrochromic devices are illustrated including car mirrors, windows and sun‐roofs of cars, windows of buildings, displays (see Figure), printing, and frozen‐food monitoring.     

无机电致变色材料反射特性研究进展

电致变色材料是一种在外加电场下,颜色可以发生可逆转变的材料。电致变色材料可调的光谱范围广,可以实现从可见到中远红外的宽波段调控,在智能窗、显示、防炫目后视镜、智能热控和伪装等领域具有广泛应用前景。目前对无机电致变色材料的研究大多是关于透过特性的研究,对于反射特性的研究较少,这主要是因为无机变色材料大多颜色单一,且不如有机变色材料容易设计。近年来,通过一些特殊的制备方法和结构设计,无机变色材料反射特性的研究逐渐受到科研人员的重视。本文从无机电致变色材料的反射特性出发,详细介绍了无机电致变色在可见–近红外到中远红外波段的反射光谱调控方法和原理,综述了最新研究进展。在可见波段,反射特性调控主要通过制备五氧化二钒及其掺杂化合物、一维光子晶体微结构、法布里–珀罗纳米谐振腔结构和局域表面等离子共振等方式实现。在红外波段,主要利用氧化钨等材料的分子振动吸收和德鲁德自由电子气体理论等理论设计制备红外反射型电致变色器件。最后,对未来无机电致变色材料反射调节的实际应用进行了展望。     

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(Ni O)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...     

Patterning of conjugated polymers for organic optoelectronic devices

Conjugated polymers have been attracting more and more attention because they possess various novel electrical, magnetical, and optical properties, which render them useful in modern organic optoelectronic devices. Due to their organic nature, conjugated polymers are light-weight and can be fabricated into flexible appliances. Significant research efforts have been devoted to developing new organic materials to make them competitive with their conventional inorganic counterparts. It is foreseeable that when large-scale industrial manufacture of the devices made from organic conjugated polymers is feasible, they would be much cheaper and have more functions. On one hand, in order to improve the performance of organic optoelectronic devices, it is essential to tune their surface morphologies by techniques such as patterning. On the other hand, patterning is the routine requirement for device processing. In this review, the recent progress in the patterning of conjugated polymers for high-performance optoelectronic devices is summarized. Patterning based on the bottom-up and top-down methods are introduced. Emerging new patterning strategies and future trends for conventional patterning techniques are discussed.     

聚3, 4-乙烯二氧噻吩: 聚苯乙烯磺酸盐基柔性复合热电材料研究进展

热电材料可以实现热能与电能的直接转化,是一种安全环保的新型能源材料。近年来,随着可穿戴电子设备的发展,柔性热电材料成为研究人员关注的焦点。传统无机热电材料具有优异的热电性能,但由于自身固有的脆性,限制了在柔性领域的发展。聚3, 4-乙烯二氧噻吩: 聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT: PSS)具有高电导率、低热导率和良好的柔性,在柔性热电领域具有巨大的潜力。当选择合适的无机填料与PEDOT: PSS进行复合,可以得到优异的热电性能和良好的力学性能。本文综述了PEDOT: PSS基纳米复合薄膜的最新进展,并详细介绍了提高PEDOT: PSS基纳米复合薄膜热电性能的有效方法。最后,本文总结了实现高性能PEDOT: PSS基柔性热电材料的途径及面对的挑战。      

柔板显示技术研究进展

作为下一代显示技术的代表,模拟普通纸张显示效果的柔板显示技术已经成为世界各国研究的焦点.目前,主要包括4种实现柔板显示的技术,分别为电子墨水显示技术(Electronic ink display technology,EID)、柔性电致发光显示技术(Flexible organic light emitting devices display technology,FOLED)、电致变色显示技术(Electrochromic display technology,ECD)和光子墨水显示技术(Photonic ink display technology,PID).每种技术都有各自的特点,在器件制备方面各自都发展到了不同的程度.主要评述了这4种显示技术的研究进展,并对其未来的发展进行了简要的市场分析.     

Recent Progress in Aromatic Polyimide Dielectrics for Organic Electronic Devices and Circuits

Polymeric dielectrics play a key role in the realization of flexible organic electronics, especially for the fabrication of scalable device arrays and integrated circuits. Among a wide variety of polymeric dielectric materials, aromatic polyimides (PIs) are flexible, lightweight, and strongly resistant to high‐temperature processing and corrosive etchants and, therefore, have become promising candidates as gate dielectrics with good feasibility in manufacturing organic electronic devices. More significantly, the characteristics of PIs can be conveniently modulated by the design of their chemical structures. Herein, from the perspective of structure optimization and interface engineering, a brief overview of recent progress in PI‐based dielectrics for organic electronic devices and circuits is provided. Also, an outlook of future research directions and challenges for polyimide dielectric materials is presented.     

PEDOT∶PSS及其纳米复合材料热电性质的研究进展

近年来,随着能源危机的加剧,可以将热能与电能进行直接转换的热电材料得到了广泛的关注。在众多热电材料体系中,有机无机纳米复合热电材料具有独特优势。相比于无机材料,有机材料成本低、质量轻、机械柔韧性好、热导率较低。添加不同类型的添加材料构成纳米复合材料后,额外引入的声子-界面散射能进一步降低热导率,同时有机无机材料能带不匹配引起的载流子筛选效应进一步提升塞贝克(Seebeck)系数。因此,目前大量工作证明有机无机纳米复合热电材料有潜力获得高的热电优值(Figure of merit,ZT),在微型热电制冷器件、柔性可穿戴发电设备、温度传感器等领域均具有光明的应用前景。本文聚焦聚(3, 4-乙烯二氧噻吩)∶聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT∶PSS)热电材料及以其为基底构成的纳米复合材料热电性能的研究工作,综述了提升PEDOT∶PSS热电性能的物理方法、化学试剂改性法等。进一步重点讨论了加入不同类型的无机填料的PEDOT∶PSS基纳米复合材料热电性质的研究进展,并揭示了其热电性能提升的内在机制。     

纳米半导体电极及有机-无机电致变色器件

对无机和有机电致变色材料及其在电致变色器件中的应用做了详尽地分析.重点介绍了近年来广泛研究的一种变色子修饰半导体电极的复合型电致变色器件.通过对这种有机-无机复合电致变色器件结构的剖析,分析了变色机理,展望了这种变色器件的发展动向.