电致变色技术研究进展和应用

经过多年的研究和发展,电致变色技术已被应用于建筑窗、汽车防眩后视镜、飞机舷窗等领域.本文概述了电致变色器件的结构、工作原理、材料分类、以及特性要求,阐述了电致变色薄膜的制备方法和实现应用的技术要求,并总结分析了国内外发展状况和最新进展.将电致变色应用在能源领域达到节约能耗的效果,极具社会意义和商业价值,是其发展过程的里程碑.目前,探索时间成本和经济效益双赢的技术路线和工艺流程,拓展应用领域(与其他技术相结合)并开发出相关的实用性产品将为电致变色技术重要的发展趋势.具有工业前景的湿化学方法有降低成本,提高效率的优势,将成为实现该项技术普及化的研究热点,另外,电解质层材料的研发和制备也会成为研究发展中的核心技术.     

阳极电致变色材料的研究进展

电致变色技术已经广泛应用于智能窗、汽车防眩后视镜等众多领域。其中离子存储层(一般是阳极变色材料)是提高电致变色器件性能和实现技术应用化的关键层,其主要作用是储存和供给变色反应需要的离子,维持整个电致变色过程的电荷平衡,目前,最典型的阳极材料是氧化镍(NiO),因价格低廉、着色效率高、光调制范围大而得到广泛应用。本文概述了近年来阳极电致变色材料的研究进展,包括材料分类、工作原理以及特性要求,介绍了其薄膜制备方法,同时介绍了多种提高阳极变色材料性能的改性方法,并对阳极电致变色材料的发展趋势进行了展望。     

柔性AgNWs/ITO/WO3薄膜的制备及其电致变色性能

文摘为适应电致变色领域越来越丰富的柔性化需求,解决柔性基底上直接制备电致变色薄膜性能不佳的问题。以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/银纳米线(AgNWs)为基底,采用室温直流反应磁控溅射制备了氧化铟锡(ITO)/氧化钨(WO_3)薄膜,研究了AgNWs/ITO复合电极的光电性能以及PET/AgNWs/ITO/WO_3薄膜的电致变色性能。结果表明,通过加镀ITO过渡层,克服了PET/AgNWs/WO_3薄膜存在的着色不均匀、单次循环后性能迅速衰退等问题。最终获得了透过率调制为57.4%(550 nm处)、69.6%(1 000 nm处),着褪色响应时间分别为10.4 s和9.9 s,相应的着褪色效率分别为27.79 cm~2/C和40.45 cm~2/C的高性能柔性电致变色薄膜。薄膜在超过500次循环稳定测试以及2 000次弯折测试后仍能保证较高的透过率调制,展现出了在柔性电致变色领域的巨大应用潜力。     

氧化镍电致变色薄膜及其器件的制备与性能研究

以氧化铟锡(ITO)玻璃为基底,采用直流反应磁控溅射法在室温环境下制备了高透过率调制的NiO_x薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子电镜(SEM)、紫外可见分光光度计(UV 3600)对薄膜进行分析和表征,研究溅射过程中氩氧比、气压、功率对薄膜结构、形貌及电致变色性能的影响。结果表明：制备的NiO_x薄膜表面有明显的结晶颗粒及孔隙,并沿(200)晶面择优生长;随着气压、功率、氧分压的增大,透过率调制先增大后减小,在时间为45 min、溅射气压4.9 Pa、氩氧比113∶7、功率215 W时最高可达58.3%,着褪色响应时间分别为9和19s,相应的着褪色效率分别为77.56和40.39 cm²/C;以最优工艺的NiO_x薄膜组装了结构为Glass/ITO/NiO_x/Li-electrolyte/WO₃/ITO/Glass的电致变色器件,器件在550 nm处的光调制幅度为46.5%,着褪色时间分别为27和45 s,相应的着褪色速率为1.5和0.9%/s,在循环...     

波音787采用电致变色舷窗

为了让波音787客舱给人以全新的感觉，波音公司加大了客舱舷窗的尺寸，取消了塑料遮光板，采用了PPG公司与金泰斯（Gentex）公司合作开发的新型电致变色舷窗。     

导电高分子电致变色智能热控器件

采用简单的旋涂、喷涂等方法,制备了一种由可溶性聚苯胺为主体电致变色智能热控器件.该器件的基底为聚酯,固体电解质为锂盐/聚丙烯腈.通过电切换调控,该器件发射率能够在0.46-0.75内调控,且红外光谱反射率变化大于38%.研究了厚度、预掺杂酸种类、浓度等对聚苯胺活性层发射特性的影响;考察了导电高分子聚苯胺层厚度、电切换电压等因素对涂层体系发射率调控的影响.结果表明发射率的调控范围与电化学还原的深度密切相关,通过调节材料厚度、掺杂酸种类等可有效提高发射率调控范围.该导电高分子电致变色智能热控涂层在航天器热控制方面展示了良好的应用前景.     

导电高分子电致变色材料及其在飞行器和军事伪装中的应用

概述了导电高分子(CPs)作为新型电致变色材料的特点、电致变色原理及红外发射器件的设计，并对国外在飞行器导热控制和红外、雷达伪装上的应用发展状况进行了介绍。     

场致发射电推力器羽流分布特性仿真

场致发射电推力器（FEEP）是微型电推进装置的典型代表。为深入理解结构参数对推力器性能的影响机制,本文采用PIC粒子模拟方法进行泰勒锥射流纳米尺度结构至宏观毫米尺度结构的羽流场仿真,并分析结构参数变化导致的羽流形貌差异及其对推力器性能参数的影响。研究结果表明：发射极高度是决定推力器束流是否会分叉的关键参数,低于300μm的发射极高度易于导致束流分叉并严重影响推力器性能和寿命;引出栅极槽宽是决定束流发散角和推力比冲性能的关键参数,其影响幅值可达30%～50%,羽流发散角随槽宽增加而增大,推力比冲随之减小;发射极-引出栅极间距对推力器性能影响相对较小,可在较大范围内支持推力器稳定高效工作。根据FEEP推力器性能随结构参数的变化规律,建议结构参数取值范围为：发射极高度500～1000μm,引出栅极槽宽2000μm左右,发射极-引出栅极间距360～1300μm。     

Cr3+镀液的双向脉冲电沉积特性

采用双向脉冲电沉积法从Cr3+镀液中电沉积出铬镀层,并利用扫描电子显微镜(SEM)研究脉冲参数对铬镀层的微观形貌影响的规律,分析脉冲波形参数与Cr3+镀液阴极电流效率之间的相关性,就双向脉冲电沉积与直流电沉积过程中所得铬镀层的微观形貌、Cr3+镀液的阴极电流效率进行分析、比较.结果表明:平均电流密度、逆向脉冲系数、脉冲频率、以及占空比均对铬镀层的微观形貌及电流效率有较大影响;采用双向脉冲电沉积法制备出的铬镀层具有表面平整、结晶细致、粗糙度良好的特点,且具有较高的阴极电流效率.     

电应力对电连接器的力电特性与腐蚀影响分析

为分析电应力对电连接器力电特性与腐蚀情况的影响,通过 Solidworks建立接触件三维模型,利用 ANSYS热电模块,分析电流对温度的改变量;然后,将热电模块与静力学模块耦合,分析电应力对接触件应变的变化;最后,通过 COMSOL电化学模块,分析电应力对接触件腐蚀的影响。结果显示,电流的增加对接触件的温度提升作用显著,电应力对接触件形变的改变较小,并且电应力越大,接触件镀层破损区域越容易腐蚀。电流对接触件的腐蚀具有促进作用,长期作用下,电流会使电连接器接触件发生形变,导致电气性能降低。     

WO3基三甲胺气敏传感器的研制

采用溶胶-凝胶法制备了WO3材料,利用扫描电镜、透射电镜等现代分析测试手段,分析了材料的微观结构,并以其为基材掺杂少量的Pd制成了检测鱼鲜度的三甲胺(TMA)气敏传感器.研究发现该传感器具有工作温度低,响应下限低,灵敏度高,选择性及稳定性好等特点.     

浸渍-提拉法制备WO3薄膜的气敏性能研究

采用溶胶-凝胶方法制备WO3前驱液,利用浸渍-提拉法使其成膜。通过XRD分析了不同热处理温度对WO3晶体结构的影响,通过SEM图观察了不同提拉次数的WO3薄膜形貌。所得WO3薄膜的微观结构和气敏性能随提拉次数不同而有很大差异,提拉1次、2次的样品薄膜不连续,电阻过大,灵敏度无法测量;提拉3次成膜的样品电阻稳定,气敏性能最好,对NO2有很高的灵敏度。     

WO3基低浓度NO2气敏传感器的研究

分别采用改进前后的溶胶-凝胶法制备WO3纳米材料,制作成直热式球形气敏元件,对低浓度的NO2气体进行测试.结果表明,改进后的溶胶-凝胶法制备的WO3材料,粒径小,表面疏松,对低浓度甚至极低浓度的NO2气体有很好的灵敏度,响应恢复时间很快,选择性好,而且所有元件都在较低的工作电压下有最高的灵敏度,说明工作温度低有利于降低功耗.     

宽温域连续润滑的Ni3 Al 基自润滑复合材料

报道了一种从室温到1 000℃能够连续润滑的Ni3Al基自润滑复合材料.该材料选用高温强度和抗氧化性优异的Ni3Al金属间化合物为基体材料,利用多种高、低温固体润滑剂的复合和协同效应实现了宽温域连续润滑.本文介绍了利用真空热压烧结方法制备该自润滑复合材料的简要过程,研究了材料的高温力学性能,并在球盘式高温摩擦试验机(HT-1000型)和销盘式高速摩擦试验机上分别测试了不同温度和转速下Ni3Al基自润滑复合材料的摩擦磨损性能.结果表明,材料在1 000℃时具有优异的力学性能(压缩强度40～45 MPa)和自润滑性能(摩擦因数0.28 ～0.25),在高载和高速条件下具有稳定的更低的摩擦因数.     

衬底温度可控强脉冲电子束烧蚀沉积LiNbO3薄膜工艺研究

介绍了在不同衬底温度下,用强脉冲电子束在单晶硅(110)衬底上沉积LiNbO3薄膜的工艺过程,以及用脉冲电子束进行薄膜晶化处理的试验结果.使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)等方法,对薄膜的成份、晶体结构及表面形貌进行分析测试.采用表面轮廓仪测定LN薄膜的膜厚分布均匀性等.     

分子凝结与凝结表面温度的关系机理研究

基于相关理论研究，并借助新近研究的“分子污染低温凝结效应设备”，就我国飞行器型号设计密切相关的分子凝结与凝结表面温度的关系机制进行了四个多月的试验研究，取得了相关的二千余个数据。在此基础上，结合相关的理论对数据进行了拟合和分析，得到了分子凝结与凝结表面温度广泛遵循的一般关系——指数关系。对型号设计具有重要的参考价值。     

MDYB-3有机玻璃疲劳性能温度效应研究

 对MDYB-3有机玻璃进行了不同温度下等幅载荷拉-拉疲劳试验,对实验结果按照疲劳寿命的幂函数公式进行拟合,得到了几个典型温度下的S-N曲线。结果表明随着温度的升高,疲劳强度有大幅度的降低。在对实验数据线性回归分析结果的基础上进行多项式拟合,建立了考虑温度效应的疲劳寿命估算方程,并用疲劳包络线粗略地表示了不同温度下达到指定疲劳寿命时的应力水平。分析了疲劳总应变与循环次数比之间的关系,给出了不同温度下第二阶段总应变增长率与疲劳寿命之间的关系式。研究结果为飞机风挡和舱盖的设计和寿命评估提供了参考和依据。     

多弧离子镀Cr/Cr2O3薄膜红外及可见光谱特性

采用多弧离子镀制备了具有不同色彩的Cr/Cr2O3薄膜,利用紫外-可见光分光光度计研究了薄膜在可见和红外波段的光谱特性,利用SEM进行薄膜表面结构和形貌的分析,利用四探针测阻仪测试了样品的方块电阻,利用红外发射率测量仪测试了样品的红外发射率。结果表明:Cr/Cr2O3薄膜具有丰富的色彩,在可见光区有明显的反射峰,可见光区光谱特性主要受膜厚的影响,方块电阻随膜厚增加而有变大,样品的红外发射率主要取决于金属层,平均红外发射率最小降至0.371。     

沉积温度对水热电泳沉积硅酸锆涂层显微结构和性能的影响

以硅酸锆粉体为原料,异丙醇为溶剂,采用水热电泳沉积法在C/C-SiC复合材料基体表面制备了硅酸锆外涂层.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对涂层的晶相结构和微观形貌进行表征.研究了沉积温度对硅酸锆涂层沉积量及显微结构的影响,及不同沉积温度下涂层的沉积动力学,同时测试了涂层的抗氧化性能.结果表明:在353...