南航張校剛/張圣亮團隊ACS Energy Lett.：快響應、寬溫域、柔性多波段動態調控器件

1.背景介紹

隨著先進多光譜探測技術的快發展，傳統單一波段的靜態偽裝技術已無法滿足現代需求，亟需開發多光譜動態偽裝技術。近年來，基于金屬可逆電沉積的動態光熱調控器件憑借高光學調制幅度、輕量化以及低能耗等優勢，已成為光熱動態調控領域的研究熱點，在節能建筑、動態偽裝等領域展現了廣泛的應用前景。然而，該類調制器仍面臨金屬沉積不均勻、響應速度慢、可見-紅外波段不兼容以及循環壽命短等挑戰，嚴重制約了其快速發展。

2.成果簡介：

近日，南京航空航天大學張校剛/張圣亮團隊報道了一種基于銅可逆電沉積的快響應、寬溫域、柔性多波段動態調控器件，實現了對可見-近紅外反射率以及中紅外發射率的動態兼容調控。設計并制備了基于銀網格的柔性多波段透明導電電極，獲得了較高的可見-近紅外-中紅外透過率以及高電子導電率，解決了傳統透明導電電極高電子導電率與高紅外透過率不可兼得的難題。設計并制備了具有高離子電導率、寬溫域的準固態凝膠電解質，解決了傳統液體電解質易泄露、工作溫度范圍窄等問題。基于上述工作電極的高電子導電性以及準固態凝膠電解質的高離子導電性，實現了銅納米顆粒均勻、快速且可逆的沉積與溶解。構建的柔性器件展現了優異的多波段動態調控性能，在0.7-2.5μm，3-5μm 以及8-13 μm波段調控幅度分別高達0.67,0.68和0.82，同時在可見光波段始終保持較低的反射率。該多波段動態調控器件展現了超快響應速度（2.4/2.7 s）、寬溫域（-40~60 oC）、低能耗以及長壽命，在下一代多光譜動態偽裝、個人熱管理和紅外顯示等領域都展現了應用潛力。相關成果以題為“Fast-Response Flexible Multispectral Modulators for Dynamic Optical and Thermal Management”發表在國際期刊ACS Energy Letters。通訊作者為南航張圣亮副教授和張校剛教授。

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsenergylett.6c00165

3. 圖文導讀

圖1、FMDM的設計、制備和表征。 (a) FMDM結構示意圖及其工作原理。(b) FMDM在Cu剝離和涂層狀態下的反射率 (0.4?2.5 μm) 和發射光譜 (2.5?18 μm)。 (c) FMDM 在銅剝離和涂層狀態下的數字圖像（左）和紅外圖像（右）。 (d) FMDM在可見光、近紅外和中紅外中的調制對比。

圖2、柔性MTCE和準固體凝膠電解質的表征。 (a) 不同濺射時間下Ag-M/PE的薄層電阻和透射率（插圖，Ag-M/PE的光學照片）。Ag-M/PE的 (b) SEM 和 (c) 3D輪廓儀圖像（比例尺，200 μm）。 (d) PE基底和Ag-M/PE從0.4到25 μm的透射光譜。 (e) Ag-M/PE和Pt修飾的Ag-M/PE在空氣中 60天的電阻變化。 (f) 彎曲測試期間Pt改性Ag-M/PE的電阻變化。 (g)準固體凝膠電解質示意圖。 (h) 優化的準固體凝膠的拉伸應力。 (i) 優化的準固體凝膠在?40?60°C下的離子電導率。

圖3、FMDM 的性能特征。 (a) FMDM的響應時間。 (b) FMDM在-1 V 下3秒內的中紅外發射率光譜。 (c) 報道的紅外器件的熱發射率對比度 (8?13 μm) 和響應時間的比較，包括這項工作。 (d) 器件在3秒內涂層和剝離過程中的實時紅外圖像。 (e) 涂層銅膜的SEM和EDS圖像。(f) 開路條件下涂層后器件發射率的變化。 (g) 施加-1 V 5 s，然后開路或施加-0.1 V小電壓后器件的表面溫度變化。 (h) FMDM的激勵、平均和維持功率密度。

圖4、FMDM 的性能表征和應用演示。 (a) 施加-1和0.8 V電壓5 s下的電流和溫度響應曲線。 (b) 1000次循環期間器件的溫度響應曲線。 (c)器件在第2、200、400、600、800和1000次循環時的溫度響應曲線。 (d) 器件在-40?60 C時的CV曲線（10 mV/s）。 (e) 器件在不同溫度下達到銅鍍層/剝離所需電荷量的時間。 (f?h) 演示用于個人熱管理、VIS?IR偽裝和紅外圖案顯示應用的設備。左圖和右圖分別顯示Cu剝離和沉積狀態。

4、通訊作者簡介：

張圣亮：南京航空航天大學副教授，博士生導師，江蘇省“科技副總”，江蘇省“雙創博士”；長期從事電致變色光熱智能調控技術及其在綠色低碳建筑、汽車/飛機智能窗、飛行器智能熱控等領域的應用基礎研究。在Adv. Mater., Energy Environ. Sci., Adv. Funct. Mater., Nano-Micro Lett.等高水平學術期刊發表論文50余篇，ESI高被引論文5篇，主持國家級、省部級項目多項，擔任中國感光學會青年理事，中國材料研究學會先進玻璃分會委員，江蘇省化學化工學會理事。

Email：zhangsl@nuaa.edu.cn

張校剛：南京航空航天大學教授，博士生導師，江蘇省高效電化學儲能技術重點實驗室主任，納智能材料器件教育部重點實驗室副主任，中國硅酸鹽學會固態離子學分會理事；中國化學會電化學專業委員會委員；中國電池工業協會常務理事；中國超電產業聯盟副理事長；江蘇省材料學會副理事長；江蘇省儲能行業協會專家委員會副主任；江蘇省化學化工學會常務理事；江蘇省復合材料學會常務理事。主要從事高致密電化學儲能材料與技術相關的教學、科研工作。新能源材料與器件專業負責人。先后承擔了10多項國家級、省部級及國防與軍隊項目等，迄今以通訊作者在包括 Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Adv. Energy. Mater. 等國際權威雜志發表學術論文300余篇，SCI他引超過10000余次，連續入選愛思維爾中國高被引學者及科睿唯安全球高被引學者。

Email：azhangxg@nuaa.edu.cn