智能窗户|德国团队开发出电致变色薄膜材料，可快速改变颜色

CINNO · 2021-03-27

智能窗户 | 德国团队开发出电致变色薄膜材料，可快速改变颜色

CINNO Research产业资讯，德国慕尼黑，2021年3月23日——路德维希·马克西米利安斯大学的研究人员开发出一种电致变色薄膜材料。这种材料可以快速改变其所显示颜色，有望用于智能窗户设计、太阳能生产与采集，和车载显示等领域。

根据外媒Photonics报道，这种依靠电能改变颜色的有机材料是一种高度有序晶格结构——共价有机骨架（COFs，Covalent Organic Frameworks）的一部分。这些基于有机结构单元复杂合成的材料，在适当的条件下可以形成晶体和纳米孔网络。

实验中，研究人员外加的电压可以通过对有机材料进行氧化或者还原的过程，改变材料的显示颜色。

相对于基于无机化合物，该团队基于有机材料开发出的这种COF结构，具有更高的颜色切换速度。另外，通过修饰其分子结构，研究人员还可以在很宽的范围内调节COF的材料性能。

利用这些特性，研究人员可以设计出更为理想的COF结构。

“我们借助了COF的模块化构造原理，针对特定目的设计了一种硫异靛蓝分子，它可以用作理想的构建基块，”该研究成果的第一作者，同时也是托马斯·贝因（Thomas Bein）教授小组的博士生，Derya Bessinger说：“例如，使用这种新材料，我们不仅可以吸收较短波长的紫外线或可见光谱的一小部分，而且还可以在近红外光谱区域中实现良好的光敏性。”

此外，这种新的COF结构对电化学氧化也要更敏感。即使在较低的驱动电压下，这种材料也能够很快地进行响应进而切换颜色，另外这一变色过程完全可逆。通过氧化过程完成特定颜色的变化，其响应时间约为0.38秒，另一方面，还原回初始状态也仅需约0.2秒。从响应时间看，该技术比以前的COF至少好一个数量级。

这里要说的是，有两个因素有助于颜色的高速切换。首先，COF的导电框架结构允许电子在晶格中快速传输。由于具有最佳的孔径，周围的电解质溶液能够迅速到达每个角落，这是必不可少的，因为氧化COF结构中生成的正电荷必须通过负电解质离子进行电荷补偿。

另外，该技术还显示出很高的稳定性。实验测试表明，即使经过200次氧化还原循环，该材料也还能够保持性能。

由于其高着色效率和快速切换，该材料的潜在应用领域包括智能窗户和高能效光学显示器等。

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