一種用于大面積智能窗具有超大光學(xué)調(diào)制的電致變色磷酸鎳薄膜
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上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學(xué)儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號(hào)灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專業(yè)的光電鍍膜公司，技術(shù)背景依托中國(guó)科學(xué)院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學(xué)儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學(xué)透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學(xué)鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務(wù)。
鎳基電致變色材料因其電子導(dǎo)電性低，反應(yīng)位點(diǎn)不足，其光學(xué)調(diào)制能力仍然不能滿足智能窗市場(chǎng)的需求。本文**提出并論證了一種過渡金屬磷酸鹽電致變色薄膜，通過提升材料的電化學(xué)活性，實(shí)現(xiàn)了離子在電極中的高效脫嵌。*終，該高透過率(接近100%)的磷酸鎳薄膜展現(xiàn)出90.8%的光學(xué)調(diào)制和75.4 cm2C?1的著色效率，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了100 cm2智能窗的集成。
An Electrochromic Nickel Phosphate Film for Large-Area Smart Window with Ultra-Large Optical Modulation
Pengyang Lei, Jinhui Wang, Yi Gao, Chengyu Hu, Siyu Zhang, Xingrui Tong, Zhuanpei Wang, Yuanhao Gao*, Guofa Cai*Nano-Micro Letters (2023)15: 34
https://doi.org/10.1007/s40820-022-01002-4
1. 過渡金屬磷酸鹽被**應(yīng)用于電致變色領(lǐng)域。
2. 獲得的磷酸鎳薄膜實(shí)現(xiàn)了一個(gè)90.8%的超大光學(xué)調(diào)制，并利用原位和非原位技術(shù)系統(tǒng)的闡明了電致變色機(jī)制。
3. 構(gòu)筑了一個(gè)100 cm2的大面積電致變色智能窗，在調(diào)節(jié)自然光和存儲(chǔ)電荷方面均表現(xiàn)出優(yōu)越的性能。
鎳基電致變色材料因其電子電導(dǎo)率低，反應(yīng)位點(diǎn)不足，其光學(xué)調(diào)制能力仍然不能滿足智能窗市場(chǎng)的需求。河南大學(xué)蔡國(guó)發(fā)教授聯(lián)合許昌學(xué)院高遠(yuǎn)浩教授**提出并論證了一種由金屬-氧六面體和磷-氧四面體構(gòu)成的層狀過渡金屬磷酸鹽電致變色薄膜，其中配位的HPO?2?作為捕獲位點(diǎn)，在提升OH?的吸附能力的同時(shí)，增加了反應(yīng)活性位點(diǎn)，因此實(shí)現(xiàn)離子在電極材料中的高效注入/脫出。*終，該高透過率(接近100%)的磷酸鎳薄膜展現(xiàn)出90.8%的光學(xué)調(diào)制和75.4 cm2C?1的著色效率。另外，集成的100 cm2的智能窗實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)太陽(yáng)輻射和保護(hù)隱私的功能，同時(shí)也可以作為電源為電子設(shè)備供能。
I 磷酸鎳薄膜的制備與表征
圖1(a)為電沉積過程的示意圖，展示了磷酸鎳薄膜的形成機(jī)制。圖1(b)為制備的100 cm2的磷酸鎳薄膜在三個(gè)不同位置的透過率曲線，高度重合的曲線揭示了薄膜空間均勻的特征，該特征正是源于圖1(c) SEM圖像中均勻分布的納米顆粒。圖1(d) 為TEM圖像，可以發(fā)現(xiàn)納米顆粒的尺寸大約在100~120 nm左右，同時(shí)該薄膜的厚度被控制在大約122 nm。圖1(f)，(g)，(h)和(i)為磷酸鎳薄膜的XPS光譜，證實(shí)了磷酸鎳的成功制備。
圖1. (a)三電極體系中通過循環(huán)伏安法在-1.2~0.2 V (vs. Ag?/Ag)內(nèi)以20 mV s?1電沉積磷酸鎳薄膜的示意圖；(b)10×10 cm2的磷酸鎳薄膜和三個(gè)不同位置的透過光譜；(c)在FTO基底上磷酸鎳的SEM圖像；(d)TEM和SEAD圖像，以及(e)斷面SEM；(f)磷酸鎳的XPS光譜，(g) Ni 2p，(h) P 2p，和(i) O 1s光譜。
II 磷酸鎳薄膜的電致變色和儲(chǔ)能性質(zhì)
通過一系列的電化學(xué)表征，對(duì)磷酸鎳的電致變色以及能量存儲(chǔ)性能進(jìn)行了分析。圖2(a)為CV曲線和動(dòng)態(tài)光譜響應(yīng)，說明了磷酸鎳薄膜在電化學(xué)和光學(xué)上的可逆性。圖2(b)是著色態(tài)和褪色態(tài)下的透過率光譜，所獲得的磷酸鎳薄膜在500 nm波長(zhǎng)處達(dá)到了90.8%的光學(xué)調(diào)制，插圖中的數(shù)碼照片也證實(shí)了超大光學(xué)調(diào)制的實(shí)現(xiàn)。通過圖2(c)計(jì)時(shí)電流曲線和原位光譜響應(yīng)，可以計(jì)算得到著色和褪色時(shí)間分別為7.1和9.6秒，同時(shí)再次證明了光學(xué)和電化學(xué)可逆性。由圖2(d)可以得到磷酸鎳薄膜的著色效率為75.4 cm2 C?1。通過圖2(e)中磷酸鎳薄膜光學(xué)調(diào)制、著色效率和褪色態(tài)透過率與相關(guān)工作對(duì)比，表現(xiàn)出磷酸鎳薄膜電致變色性能的優(yōu)異性。根據(jù)圖3(a)中不同掃速下的CV曲線，可以得到圖3(b)中b?和b?的值分別為0.513和0.502，說明磷酸鎳薄膜的電化學(xué)反應(yīng)過程主要受擴(kuò)散控制。圖3(c)為薄膜的充放電過程及其伴隨的光學(xué)性質(zhì)變化，這種光學(xué)性質(zhì)的改變能夠作為電荷存儲(chǔ)水平的依據(jù)。圖3(d)中光學(xué)調(diào)制和比容量伴隨著電流密度的變化趨勢(shì)，表明了磷酸鎳薄膜良好的倍率性能。
圖2. 磷酸鎳薄膜的電化學(xué)和電致變色性能。(a)在1M KOH電解液中10 mV s?1的CV曲線和500 nm波長(zhǎng)下的原位響應(yīng)光譜；(b)在300-800 nm波長(zhǎng)下著色態(tài)(0.7 V vs. Ag?/Ag)和褪色(0 V vs. Ag?/Ag)態(tài)的光學(xué)透過率曲線，插圖為著色和褪色態(tài)的數(shù)碼照片；(c)通過施加持續(xù)30秒的0和0.7 V(vs. Ag?/Ag)的交變電位，記錄了電流密度和500 nm波長(zhǎng)處對(duì)應(yīng)的原位響應(yīng)光譜；(d)500 nm波長(zhǎng)下的著色效率；(e)光學(xué)調(diào)制、著色效率和透過率與其他鎳基電致變色材料對(duì)比的直方圖。
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上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學(xué)儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號(hào)灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專業(yè)的光電鍍膜公司，技術(shù)背景依托中國(guó)科學(xué)院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學(xué)儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學(xué)透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學(xué)鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務(wù)。
采用德國(guó)薄膜制備工藝，形成了一套具有嚴(yán)格工藝標(biāo)準(zhǔn)的閉環(huán)式流程技術(shù)制備體系，能夠制備各種超高性能光學(xué)薄膜，包括紅外薄膜、增透膜，ARcoating,激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線薄膜，應(yīng)用領(lǐng)域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫(yī)用激光器、光學(xué)科研，紅外制導(dǎo)、面部識(shí)別、VR/AR應(yīng)用,博物館，低反射櫥窗玻璃，畫框，工業(yè)燈具照明，廣告機(jī)，點(diǎn)餐機(jī)，電子白板，安防監(jiān)控等。
卷柔新技術(shù)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全自動(dòng)生產(chǎn)線【sol-gel溶膠凝膠法鍍膜線】，這條生產(chǎn)線能夠生產(chǎn)全球先進(jìn)的減反射玻璃。鍍膜版面可達(dá)到2440*3660mm，玻璃厚度從0.3mm到12mm都可以,另外針對(duì)PC,PMMA方面的增透膜也具有量產(chǎn)生產(chǎn)能力。ARcoating減反膜基本接近無(wú)色,色彩還原性好，并且可以避免了磁控濺射的缺點(diǎn)，鍍完增透膜后玻璃可以做熱彎處理和鋼化處理以及DIP打印處理。這個(gè)難度和具有很好的應(yīng)用性，新意突出，實(shí)用性突出，濕法鍍膜在價(jià)格方面也均優(yōu)于真空磁控的干法。
卷柔減反射(AR)玻璃的特點(diǎn):高透,膜層無(wú)色,膜硬度高,抗老化性強(qiáng)(耐候性強(qiáng)于玻璃),玻璃長(zhǎng)期使用存放不發(fā)霉,且有一定的自潔效果.AR增透減反膜玻璃產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于**文博展示、低反射幕墻、廣告機(jī)玻璃、節(jié)能燈具蓋板玻璃、液晶顯示器保護(hù)玻璃等多行業(yè)。
我們的愿景：卷柔讓光學(xué)更具價(jià)值！
我們的使命：有光的地方就有卷柔新技術(shù)！
我們的目標(biāo)：以高質(zhì)量的產(chǎn)品，優(yōu)惠的價(jià)格,貼心的服務(wù)，為客戶提供優(yōu)良的解決方案。
上海卷柔科技以現(xiàn)代鍍膜技術(shù)為核心驅(qū)動(dòng)力，通過鍍膜設(shè)備、鍍膜加工、光學(xué)鍍膜產(chǎn)品服務(wù)于客戶，努力為客戶創(chuàng)造新的利潤(rùn)空間和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，為中國(guó)的民族制造業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
