国产精品igao视频网网址不卡日韩,亚洲综合在线电影,亚洲婷婷丁香,黄色在线网站噜噜噜

  電致變色器件能夠動態進行顏色變化，在智能建筑、信息顯示及光學調制等領域具有重要應用前景。然而，其實際應用常受限于顏色變化單一、響應速度緩慢、著色效率低以及循環壽命有限等關鍵瓶頸。

圖1. 多功能電致變色平臺的設計與工作原理

  近期，華南理工大學發光材料與器件國家重點實驗室黃飛、唐浩然以及西北工業大學王亞中等人采用團隊前期發展的n型導電聚合物聚（苯并二呋喃二酮）（PBFDO）與p型導電聚合物聚（3,4-乙撐二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS），構筑了一種p-n互補的雙導電聚合物體系電致變色器件，成功突破了傳統電致變色器件的性能限制。所制備的器件展示卓越的電致變色性能：高光學對比度 （570 nm處為51%）、超快切換速度（著色/褪色僅需0.17 s和0.36 s）、超高著色效率（550納米波長下為1688 cm² C^-1）以及超10,000次循環的優異穩定性。基于上述優異性能，團隊進一步將該電致變色體系拓展至跨尺度集成應用，涵蓋宏觀能源管理與微觀光譜傳感兩個方向。在宏觀尺度上，通過將電致變色器件與半透明有機太陽能電池進行垂直堆疊集成，構建了一種自供電智能窗系統。在微觀尺度上，將電致變色器件與4×4 法布里-珀羅（Fabry–Pérot, FP）微腔及有機光電探測器陣列集成，構筑了一種微型計算光譜儀，在小器件面積內，實現光譜分辨率的高精度重構。該工作構建了可擴展的電致變色平臺，巧妙融合了智能窗能源管理與光譜傳感功能，為下一代自適應光電技術及實時環境監測技術提出新方案。

  2025年12月22日，該工作以“Multifunctional integrated electrochromic device by p-n conductive polymers for self-powered smart windows and miniaturized spectrometers”為題發表在Nature Communication上。文章由華南理工大學博士研究生張曉健和郝璐作為共同第一作者。該研究得到國家自然科學基金、中國博士后基金、中央高校基本科研業務費項目以及騰訊新基石科學基金科學探索獎的支持。

圖2. 有機互補電致變色器件的結構設計與工藝優化

  圖2a顯示了器件的五層結構：ITO/PEDOT:PSS/凝膠電解質/PBFDO/ITO, 其中ITO作為導電基底，PEDOT和PBFDO分別作為p型和n型導電聚合物基電致變色材料，電解質是通過光固化交聯形成的半固態凝膠。兩種導電聚合物的化學結構以及透射光譜如圖2b-c所示，材料在可見光區均有較高透過率。通過進一步對n型導電聚合物PBFDO層以及電解質進行優化，實現了低電壓下的高性能電致變色切換，同時確保了與可擴展制造工藝及柔性基板的兼容性（圖2g），為集成到自供電智能窗系統奠定了堅實基礎。

圖3. 有機互補電致變色器件的電致變色性能

  全有機互補PEDOT-PBFDO的電致變色器件顯示出優異的電致變色性能。如圖3a顯示，器件在510 nm處展現出高達51%的光學調制幅度。同時，經過CIE L*a*b*（圖3b）和CIE xy（圖3c）測試，精確表明器件在高度透明到深藍色之間轉換。p-n互補的器件結構使得器件響應速度得到大幅提升，著色和褪色僅需0.17 s和0.36 s（圖3d）,并展示出超高的著色效率（在550 nm處高達1688 cm² C^-1）以及優異的循環穩定性，在±2V條件下可逆變換超3000圈而沒有任何衰減（圖3f），綜合性能顯著高于常用電致變色器件，并具有較低的制備成本（圖3g-h）。

  研究團隊進一步將高性能電致變色器件與半透明有機太陽電池模組進行垂直堆疊集成，構筑自供電智能窗，其運行示意圖如圖4a所示。利用有機太陽電池的光伏發電實現了在環境光照變化條件下的自主顏色調控與動態光熱管理功能。實驗結果表明，在模擬太陽光照條件下，該自供電智能窗系統可有效降低室內溫度7℃，顯著提升了建筑的熱管理效率（圖4f），展現了其在建筑一體化光伏節能應用中的巨大潛力。

圖4. 半透明有機太陽能電池驅動的自供電智能窗

  同時，團隊將電致變色設備與FP腔以及有機光電探測器陣列集成構筑的微型計算光譜儀，其中光學調制體系包括電致變色設備的動態電壓以及FP的靜態微腔調制，在不改變原有靜態微腔的數量的前提下，僅通過外加電壓的變化增加采樣數量，進一步壓縮分光光路所占空間，結合高性能有機光電探測器和重構算法，實現了納米級分辨精度的光譜重構，可實現在準單色光照明 (3 nm寬）條件下,重建了300-1200 nm范圍光譜, 峰位置和強度與商業光譜儀高度吻合。為了驗證系統的實際檢測能力，團隊選取常見四種有機材料溶液作為測試對象。結果顯示，該系統不僅能實現99%以上的綜合識別準確率，還能重構并還原每種溶液的吸收光譜。

圖5. 有機電致變色微型光譜儀溶液識別準確率與光譜還原

  綜上，本研究開發了一種基于PEDOT:PSS/PBFDO的p-n互補導電聚合物基多功能電致變色平臺，并充分利用有機光電材料的溶液加工優勢，突破傳統器件單一功能的局限，實現了從智能窗能源管理到高分辨率光譜傳感的跨尺度集成。本研究是團隊近年來在n型導電聚合物材料設計、有機半透明太陽電池模組制備及有機近紅外光探測器器件集成等領域多年深耕的集中體現。宏觀尺度上，集成的自供電智能窗動態調控建筑物的透光率，實現太陽能與熱能的協同管理。微觀尺度上，集成的微型計算光譜儀以緊湊便攜的形態，實現了精準的光譜重構與物質鑒別，有望為下一代智能光電技術的發展提供新設計思路。

  原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-67903-1