李垚：动态调控多色电致变色薄膜

yilang

贵金属纳米粒子独特的局域表面等离子基元共振性质在光电器件、传感器等诸多领域具有广阔的应用空间，其光学性质可以通过改变纳米材料尺寸、形貌、组成及颗粒间的耦合来调控。近年来，贵金属纳米粒子的智能化、可逆、动态光学调控为新型光学器件的开发提供了新契机。目前实现其可逆动态化调节主要有两种途径：(1) 组装与分离 利用相邻纳米颗粒之间的耦合作用，通过外界刺激诸如压力、磁场、pH、温度等，使纳米颗粒之间发生组装或分离，改变颗粒间耦合强度。(2) 氧化与还原 通过可逆的方式控制氧化还原反应，使原子在贵金属纳米颗粒表面溶解/沉积，改变纳米颗粒的形貌及化学组成。虽然这些方法均已实现了贵金属纳米材料的动态调控，但在智能光学器件上尚未应用，其存在的主要问题是：一方面多数研究对象为胶体粒子，无法转移到薄膜或器件中实现；另一方面，虽然颜色可以变化但透过率无法调节；同时，可逆循环稳定性不佳。

近日，哈尔滨工业大学李垚、李娜课题组与加州大学河滨分校殷亚东(Yadong Yin)教授课题组共同合作，提出了一种基于贵金属表面等离子基元共振特性的多色、动态、可调控电致变色薄膜。在导电玻璃ITO表面通过控制电场方向，实现了银原子的氧化（溶解）/还原（沉积），薄膜相应表现为褪色态/着色态；通过对电场强度的调控，可以在几秒内使薄膜在不同颜色间切换。这种薄膜不仅颜色、透过率均可调控，同时拥有优异的可逆循环稳定性。此工作的独特之处在于预先设计在ITO表面的一种中空的金/银（Au/Ag）合金纳米结构，它可以像锚点一样为银原子的沉积进行定位，避免了在反复的着色/褪色过程中银原子杂乱无章的自成核沉积造成的薄膜循环性能下降，提高了薄膜的可逆循环性；此外，由于这种中空合金纳米颗粒的吸收峰在近红外，在褪色态时可见光范围内无吸收峰，随着银原子的沉积（即薄膜着色过程），其响应峰由近红外移动至可见光，通过控制银原子的沉积量，薄膜颜色及透过率均可调节。由于此种薄膜可通过电场的方式对光学性质进行快速和精确的控制，其有望在低能耗显示器，多色智能窗以及光电器件等领域有较为广阔的应用。相关结果发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201804974)上。