如今，室内温度调节所需耗能巨大，约占社会总能耗的40%。电致变色（Electrochromic，EC）智能窗户由于其具有智能化光、热调控能力，在降低能源消耗方面具有极大潜力，正逐渐成为传统静态窗户的替代品。然而，出售产品规格尺寸有限性和应用场景尺寸多样性之间的冲突，使得器件的形状定制成为必不可少的流程。一旦对器件进行形状加工，切口就会将器件内部和外界环境相连通，导致器件内材料老化失效，并存在电解液泄漏的风险，从而需要复杂而专业的封装流程进行密闭化处理。因此，尽管电致变色电极材料发展迅速，但高昂的定制成本导致了电致变色器件市场发展停滞不前，成为阻碍广泛应用的关键因素。
近日，清华大学深圳国际研究生院材料研究院杨诚副教授团队研究开发出了一种针对柔性电致变色器件难以裁剪和封装问题的有效策略。基于引入氧敏感预聚物所设计的自止血电解液，结合电镀制备的电极材料，巧妙实现器件制备流程的免封装和破损后的自愈合，以及任意裁剪定制的效果。该研究在简化制备流程和扩大电致变色器件应用场景方面具有重要影响。
基于“自止血”电解液的自封装电致变色装置概念的说明以及相关器件展示
研究通过在电解液中引入含1,4-二烯基侧链的氧敏预聚物，制备出具有“自止血”功能的电解液，当该电解液暴露在空气中，该预聚物1,4-二烯侧链上的双丙烯基氢原子很容易脱出，从而与氧气发生自由基反应，快速交联固化形成致密的固体屏障，将电解液与环境隔离，同时维持内部电解质以液态快速传导离子，维持器件优异的光学调制能力。
所制备的器件具有高对比度（680 nm时为84%），优良的着色效率（680 nm时为195.42 cm2C-2）和快速切换时间（680 nm时着色/漂白时间为2.0秒/1.9秒）。固化后的氧敏预聚物致密，边缘固化区域仅需23µm，显示出“无边缘”特性，并表现出优越的环境稳定性。即使在苛刻的条件下老化，例如热冲击、高温储存和稳态湿热试验，所制备的设备也可以保持优异的电致变色性能以及出色的循环性。所制备的设备被裁剪成理想形状重复循环600次后，甚至在老化90天后，仍能保持着色和漂白能力。
相关研究成果以“一种基于‘血液凝固’机制的自封装、可定制电致变色装置”（A Self-Packageable and Tailorable Electrochromic Device based on the “Blood-Coagulation” Mechanism）为题发表在国际期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。
本文第一作者为清华大学深圳国际研究生院2019级材料科学与工程专业硕士研究生任汐，通讯作者为清华大学深圳国际研究生院杨诚副教授。该研究得到国家自然科学基金、清华大学“春风基金”、广东省“珠江人才计划”本土创新与研究团队项目、深圳市科创委、深圳盖姆石墨烯中心、清华大学深圳国际研究生院海外合作项目的资金支持。
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