電致變色材料：五彩繽紛的科學(xué)世界

繽紛的色彩讓我們的世界五彩斑斕，變色現(xiàn)象在大自然中并不鮮見，變色龍具有自然調(diào)節(jié)皮膚顏色的能力，變色既有利于隱藏自己，又有利于捕捉獵物。在生活中，變色眼鏡就是一種變色材料，在室外強光的照射下，鏡片就會變?yōu)樯钌?，以此來防止強光傷眼。那么，什么是電致變色呢？電致變色是指在電場的作用下，通過注入或抽取電荷 (離子或電子)，材料的光學(xué)屬性（反射率、透過率、吸收率等）發(fā)生穩(wěn)定、可逆變化的現(xiàn)象，在外觀性能上則表現(xiàn)為顏色及透明度的可逆變化。電致變色材料被認(rèn)為是目前最有應(yīng)用前景的智能材料之一，在過去幾十年里被廣泛應(yīng)用于智能窗、防炫目后視鏡、顯示器等領(lǐng)域，體現(xiàn)了電致變色材料在人們生活實踐中的應(yīng)用價值（圖1）。

圖1. 電致變色技術(shù)的應(yīng)用（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

英國倫敦瑞士再保險大廈的玻璃幕墻采用了電致變色玻璃，這種玻璃可通過改變電壓對光的吸收或透過進行自主調(diào)節(jié)，既滿足室內(nèi)明暗需求，又能輔助調(diào)控室內(nèi)溫度，在節(jié)能減排的大趨勢下，電致變色節(jié)能材料備受關(guān)注。此外，波音787飛機客艙淘汰了機械式舷窗遮陽板，采用了電致變色玻璃?；陔娭伦兩夹g(shù)的防炫目后視鏡通過調(diào)節(jié)電壓改變后視鏡的反射能力，避免后車強光照射產(chǎn)生的令人暈眩的反光，提高駕駛的安全性。電致變色材料應(yīng)用于顯示器，通過改變電壓調(diào)節(jié)顏色，不需要背景光，且在撤去電壓后能保持狀態(tài)，既保護眼睛又節(jié)能降耗。電致變色技術(shù)的新應(yīng)用要數(shù)具有電致變色后蓋的手機了，雙擊后蓋時，通過電流控制，實現(xiàn)手機后蓋顏色的動態(tài)變化，使手機有了新奇的外觀。

無機化合物和有機化合物均有具備電致變色特性的材料，這些材料通過氧化還原反應(yīng)致使顏色發(fā)生變化。無機類電致變色材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，耐候性強，但往往顏色單調(diào)且響應(yīng)速度慢，以三氧化鎢最具代表性，它可在無色和深藍色之間可逆變化。有機類特別是聚合物電致變色材料通常具有分子結(jié)構(gòu)的可設(shè)計性，因此種類相對較多，合成方便，成本較低，且具有顏色變化豐富，響應(yīng)速度快，光學(xué)對比度高的優(yōu)點，但穩(wěn)定性較弱。雖然不少國內(nèi)外科研院所和企業(yè)都在研發(fā)電致變色材料和器件，但現(xiàn)階段電致變色技術(shù)尚未完全成熟，電致變色技術(shù)在前沿領(lǐng)域的研究需繼續(xù)加強。

本課題組主要從事聚合物電致變色材料的研究，合成了一系列供體-受體（D-A）型共軛導(dǎo)電聚合物，通過表征電化學(xué)性能、光學(xué)性能、光譜電化學(xué)性能及動力學(xué)性能等，獲得了具有多種顏色變化的高性能電致變色材料。D-A型聚合物主鏈由供體單元（給電子基團）和受體單元（吸電子基團）交替構(gòu)成，通過改變供體和受體的結(jié)構(gòu)及其序列來增強分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移，供受體間的電子推拉驅(qū)動力降低聚合物的能級帶隙，調(diào)控電致變色性能。此外，還通過聚合物主鏈上的結(jié)構(gòu)修飾提高聚合物的溶解性，提升其應(yīng)用上的可加工性。圖2所示為本課題組合成的一類顯示多色的D-A型電致變色聚合物。

圖2. 顯示多色的D-A型電致變色聚合物 (Organic Electronics, 2020, 77*,* 105514)

我們課題組的研究工作富有挑戰(zhàn)又充滿樂趣，如果你愿意徜徉于豐富多彩的顏色世界，又愿意暢游于科學(xué)的浩瀚大海，歡迎你加入我們！

導(dǎo)師簡介

張艷，博士，副教授，碩士研究生導(dǎo)師。長期從事導(dǎo)電高分子的科研工作，主持完成山東省自然科學(xué)基金2項，參與完成國家自然科學(xué)基金項目2項，在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊發(fā)表多篇論文，獲“光岳新秀”稱號，作為參與人多次獲聊城大學(xué)優(yōu)秀科研成果獎，積累了豐富的專業(yè)知識和科研工作經(jīng)驗。

招生專業(yè)：化學(xué)工程與技術(shù)