全固态塑料电致变色器件

电致变色器件是一种典型的光学薄膜和电子学薄膜相结合的光电子薄膜器件,能够在外加低压驱动的作用下实现可逆的色彩变化。将电致变色材料制备在塑料衬底上,将极大地推动电致变色器件的应用。讨论了全固态塑料电致变色器件的制备工艺和电致变色特性,通过采用低压反应离子镀工艺分别在ITO塑料衬底上制备了WO3和NiO电致变色薄膜。采用高分子聚合物MPEO-LiClO4作电解质,制备plastic/ITO/WO3/MPEO-LiClO4/NiO/ITO/plastic透射型全固态塑料电致变色器件。在二电极电池石英盒中采用恒电位方式测试全固态塑料电致变色器件的电致变色特性,驱动电压为±3V。采用分光光度计直接测试透射光谱的变化,测试范围为300～900nm,经过十几次循环后达到稳定的变色,变色调制范围达到30%左右,器件样品显示出均匀深蓝色的电致变色效果。实验结果证明了所提出的全固态塑料电致变色器件的制备工艺的可行性。     

壳核结构纳米颗粒阵列消光效应和近场辐射传热

通过改变壳核结构纳米颗粒半径比率和材料可改变纳米流体的光谱特性。本文采用Quasi-Static近似的Rayleigh散射方法,分析计算处于非独立散射状态下壳核结构纳米颗粒的消光效应,并采用波动电动力学方法计算了相应体积分数下纳米颗粒间的近场辐射传热。结果表明,壳核结构纳米颗粒消光系数与半径比、体积分数、粒子内外壳材料有关,近场辐射传热量与温度、间距、体积分数有关。比较辐射导热系数、近场辐射等效导热系数、有效导热系数可见,在颗粒均匀分布假设下,体积分数f_x0.6%且距离波长比小于0.5时,采用波动电动力学的方法颗粒阵列间近场辐射作用可忽略。     

电致变色薄膜锂化技术的研究

提出了一种新的电致变色薄膜的锂化方法，通过电子枪蒸镀锂单质，提高了锂的离化率，从而提高了锂化效果，采用此技术研制的全固态电致变色薄膜器件获得了较好的变色特性，透射式和反射式全固态电致变色薄膜器件的变色性能分别为５０％￣５％和７０％￣２０％。     

隔热板对近场辐射影响的研究

本文以关于两半无限大辐射热源间的并矢格林函数为基础利用传递矩阵法,在不考虑温度对介电常数影响的情况下以SiC材料为例,研究了隔热板对近场辐射传热的影响.研究结果表明,隔热板对近场辐射的影响完全不同于常规尺度辐射问题,近场下的净辐射热流不仅受隔热板的相对厚度的影响,而且受隔热板位置的影响.所得的结论对近场辐射传热的热设计具有一定的指导意义。     

用于热光伏系统的近场辐射光谱控制表面结构

为提升近场热光伏发电系统的能源转换效率和发电功率,设计了Ⅲ-Ⅴ族半导体表面的矩形光栅结构,以实现从热发射器到热光伏电池的近场辐射热流选择性调制.使用在近红外波段具有表面等离子体激元特性的掺杂氧化锌作为热发射器,在GaSb热光伏电池表面添加亚微米二维光栅结构,在近场间距下形成与表面波耦合的陷光效应,由此有选择性地增强了电池能带内的光谱辐射热流.有别于以往类似研究中常用的等效近似方法,开展了时域有限差分方法模拟,能够严格考虑周期性结构细节,结合以涨落耗散理论为基础的Langevin方法,直接计算了复杂结构参与的近场辐射传热问题,以此揭示表面结构影响近场辐射传热的物理机理.结果显示使用带表面结构的薄膜GaSb电池,可使辐射热流的光谱峰值达到同温度远场黑体辐射源情况下的2.84倍,且热流增益区集中在波长略短于电池能带的窄波段区间,适应高效率、高功率热光伏系统对辐射传热设计的要求.     

溶胶-凝胶法制备电致变色薄膜及器件的研究

用离子交换法制备ＷＯ３电致变色薄膜,并制备结构为ＷＯ３／ＬｉＣＯ４＋ＰＣ／ＴｉＯ２的夹层式半固态电致变色器件。测试了薄膜及器件的循环伏安特性曲线,研究了薄膜及器件在不同的扫描电压及扫描速率下的电致变色性能,并获得了ＷＯ３薄膜在导锂离子情况下的着色效率。实验证明,溶胶－凝胶法完全能够成为一种有效的制备大面积电致变色灵巧窗的方法。     

低功耗聚合物Mach-Zehnder热光开关

采用传统的半导体工艺制作了聚合物Mach-Zehnder型热光开关.利用扫描电镜观测波导形貌,通过红外摄像机观测波导的近场输出光斑,在通信波段1550nm波长下测试了器件的输出光谱.在电极上施加直流信号,测得热光开关的消光比为-15dB,驱动功率为16mW.引入直流偏置网络,获得了器件的开关特性曲线,经测量开关上升时间为1.2ms,下降时间为0.8ms.     

WO3薄膜的电致变色特性研究

介绍了ＷＯ３电致变色薄膜的变色机理和制备工艺，对ＷＯ３薄膜的电阻率，结构，化学组玢，电化学特性和变性性能等特性进行了工艺，提出了ＷＯ３薄膜的一种新的锂化方法，这种方法对进一步研制全固态电致变色薄膜器件是十分关键的。     

低功耗聚合物Mach-Zehnder热光开关

采用传统的半导体工艺制作了聚合物Mach-Zehnder型热光开关.利用扫描电镜观测波导形貌,通过红外摄像机观测波导的近场输出光斑,在通信波段1 550 nm波长下测试了器件的输出光谱.在电极上施加直流信号,测得热光开关的消光比为－15 dB,驱动功率为16 mW.引入直流偏置网络,获得了器件的开关特性曲线,经测量开关上升时间为1.2 ms,下降时间为0.8 ms.     

纳米复合隔热材料辐射与导热耦合传热

气凝胶是一种纳米多孔隔热材料,但力学强度差,通常添加纤维来提高材料的力学性能。建立基于光学厚的导热与辐射耦合传热模型,揭示纤维种类对气凝胶纤维复合材料的隔热影响机制。结果表明,高温下石英纤维b的消光系数最大,抑制辐射能力最强,钠钙玻璃纤维抑制辐射能力最差。纤维的选择对提高材料的隔热性能有显著的影响。纤维复折射系数平均值越大,同时围绕平均值向下波动越小,其消光系数越大。本文研究的4种复合材料,加入石英纤维b的复合材料的高温整体热导率最低。     

混合氧化物掺杂电致变色

本文论述采用混合氧化物掺杂的新方法,对电致变色层和离子导电层分别掺入氧化物和金属,使电致变色器件响应速度、增大着色透过率变化等方面的特性得到很大改善.最后给出实验结果.     

限域相变对热致变色环氧绝缘材料介电松弛特性的影响

本文研究了热致变色微胶囊环氧绝缘材料的介电松弛特性及机理.结果表明,热致变色微胶囊环氧绝缘材料表现出非单调介电松弛特性,即在58—66℃温度范围内,介电松弛时间随温度升高而逐渐延长,无法通过传统的Arrhenius或Vogel-Fulcher-Tammann方程进行描述.分析认为,该非单调介电松弛特性主要源于微胶囊内限域相变引发的自由体积变化.随着温度的升高,微胶囊有限空间内发生固-液相变,使得微胶囊内的自由体积逐渐减小,限制了偶极子随外电场的定向过程,导致介电松弛时间逐渐延长.采用限域介电松弛模型拟合了热致变色环氧试样的非单调介电松弛特性,并得到了介电松弛活化能.不同微胶囊含量的热致变色试样的介电松弛活化能均处于相同的数量级,表明其非单调介电松弛过程均发生于热致变色微胶囊内,验证了限域相变对非单调介电松弛特性的作用.     

多信道接入微谐振环波长选择开关特性

对一种新型结构微谐振环波长选择开关的特性进行了研究.分析了器件的工作状态和相应的开关操作,利用新型光强传递函数公式,对器件不同工作状态的光谱响应和不同开关操作的开关响应进行了数值模拟,讨论了耦合系数和损耗对光谱响应和开关响应的影响.结果表明,该器件可以实现三个信道同时接入、两个信道同时接入、单信道接入以及无信道接入等四种方式的信号波长选择性接入.多信道接入方式的开态串扰性能变差,关态的串扰性能不受影响.实现器件上述接入方式之间转换的开关操作可以分成三类,开关操作达到最佳关态串扰时的小微环折射率变化值都在6.0×10－3左右,而实现完全开关时的小微环折射率变化值小于8.0×10－4,表明易于通过热-光效应实现开关操作,并且温度调制的控制容差较大.损耗对器件开关特性的影响结果表明可根据损耗的实际数值,优化信道关闭时的微环折射率取值.     

气隙式热开关传热特性研究

本文介绍了一种新型低温热开关的工作原理.考虑到热开关充人的气体在连续介质区和自由分子状态的传热以及肋片沿轴向的导热对热开关的传热特性进行了详细的理论分析.建立了该种热开关传热的理论模型.给出了肋片的厚度、长度、气隙宽度、外壳壁厚与导通热导之间的关系曲线以及气体压强、外壳厚度与关断热导之间的关系曲线.     

新型窗帘式WO3基电致变色器件设计与制备

采用磁控溅射法制备氧化钨(WO₃),基于电流驱动模型设计制备无需对电极层的新型窗帘式电致变色器件,并对器件的边框、WO₃薄膜的最佳厚度和离子储存区尺寸进行了系统优化。结果表明,制备得到的WO₃薄膜在550 nm波长处的调制率高达78%,1000圈循环伏安曲线测试后电荷储量衰减率仅为3.5%;设计的窗帘式器件显色区域高度可控,且消除了对电极对器件性能的影响。该研究为电致变色器件结构创新提供了新思路。     

热光伏能量转换器件的热力学极限与优化性能预测

受不可逆损失的影响,热光伏能量转换器件在高品位热能回收与利用方面受到限制.本文揭示不可逆损失来源,提供热光伏能量转换器件性能提升方案.利用半导体物理和普朗克热辐射理论,确定热光伏能量转换器件在理想条件下的最大效率.进而考虑Auger与Shockley-Reed-Hall非辐射复合和不可逆传热损失对光伏电池的电学、光学和热学特性的影响,预测热光伏器件优化性能.确定功率密度、效率和光子截止能量的优化区间.结果表明:相比于理想热光伏器件,非理想热光伏器件的开路电压、短路电流密度和效率有所降低;优化热光伏电池电压、光子截止能量和热源温度,可提升器件的功率密度和效率.通过对比发现理论与实验结果较一致,所得结果可为实际热光伏能量转换器件的研制提供理论指导.     

水系电解质离子对无定形WO3电致变色性能的影响

WO₃是理想的无机电致变色材料,其电致变色机制是在电压作用下发生可逆的氧化还原反应,并伴随着电解质离子在材料内部的嵌入和脱出。本文研究了含有Li⁺、Zn²⁺、Al³⁺的三种水系电解质对无定形WO₃电致变色性能的影响。结果表明,当以Al³⁺作为嵌入离子时,WO₃获得了最好的电致变色性能,包括快响应速度(着色响应时间2.8 s,褪色响应时间1.1 s)、大光学对比度(700 nm处达83.4%)、优异的循环稳定性(连续循环1 000次仅衰减2.8%)、高着色效率(74.7 cm²·C^-1),其综合性能在已报道的WO₃电致变色器件中处于较高水平。机制研究发现,Al³⁺水系电解质溶液中性能的提升得益于快速的离子传输动力学。这些结果将为高性能电致变色器件构建和电解质优选提供简单有效的指导。     

热致变色材料辐射和光学特性研究

采用固相反应法制备了相变温度接近室温的热致变色材料,研究了不同掺杂元素和掺杂浓度对热致变色材料辐射和光学特性的影响,并利用K-K分析模型导出了热致变色材料的光学常数。结果表明:热致变色材料LCSMO和LSMO(x=0.175)的发射率在相变温度附近出现剧烈变化,并且光常数在很大的频域范围内可自主调制。     

电解质浓度对氧化钨薄膜电致变色性能的影响规律及作用机理

电解质为电致变色器件的变色提供离子,是器件中不可缺少的一部分。然而,目前对电解质层的研究主要集中在复合电解质和极限浓度,少有探究电解质浓度对电致变色性能的影响规律和机理,尤其是循环稳定性。因此,本文系统研究了高氯酸锂(Li Cl O₄)电解质浓度(0.1、0.5、1.0、2.0 mol/L)对氧化钨(WO₃)薄膜循环前后电致变色性能的影响,及对其循环稳定性的作用机理。结果表明,当Li Cl O₄浓度为1.0 mol/L时,WO₃薄膜表现出最短的着色/褪色时间,初始电荷储存量高达25.2 m C·cm^-2,6000圈伏安(CV)循环后,衰退率仅为25.4%,表现出最佳的循环稳定性。该研究详细介绍了电解质浓度对WO₃薄膜电致变色性能及其循环稳定性的影响规律及作用机理,对WO₃基电致变色器件的设计和制备具有重要的指导意义。     

基于Cr/Ag/WO_(3)薄膜的柔性反射式电致变色器件EI北大核心CSCD

柔性反射式电致变色器件在电子纸显示、伪装、智能变色表面等领域应用前景广阔,但仍存在柔性差、对比度低、稳定性不佳等问题。本工作采用电子束蒸发法在玻璃和柔性PET衬底上制备了Cr/Ag/WO_(3)(CAW)结构无铟反射式电致变色薄膜。CAW薄膜具有高反射率和低面电阻,其可见光平均反射率高达89.1%,面电阻仅为1.2Ω/□。在电致变色性能方面,CAW薄膜展示出快着色及褪色响应时间(分别为9.3 s和2.0 s)、高达83.0%(564 nm)的反射光学对比度、大范围的反射颜色调节(>40 nm)和良好的电化学循环稳定性(>4500次)。此外,CAW薄膜具有良好的衬底兼容性,我们制备了柔性CAW薄膜并组装了图案化柔性电致变色器件,柔性薄膜在弯折2000次后性质基本无衰减,对比度达83.2%(574 nm),器件在不同电压作用下实现了丰富的反射颜色动态调控。这些结果将为高性能柔性反射式电致变色器件构建提供简单有效的指导,在新型显示技术领域有一定应用潜力。