东华研发聚合物电致变色器件实现浅灰色和深蓝色的快速可逆切换

目前，主流的电子显示技能分为主动发光式技能和被动反射式技能，前者的范例代表是有机发光半导体（Organic Electroluminescence Display，OLED）技能，后者的范例代表是电子墨水（E-ink）技能。

只管每种技能各有利害，但是比较之下基于被动反射式的显示技能旨在模拟传统纸张的显示效果，具有反射光芒柔和、阅读舒适、利于人眼康健等上风。

干系数据表明，基于被动反射式显示技能的终端模组市场，近五年来复合增长率超过 40%，估量 2025 年环球终端模组市场规模将增长至约 30 亿美元。

在外加电场的浸染之下，电致变色反射式显示器件可以驱动材料颜色发生可逆的切换，具有宽视角、双稳态显色、低功耗的上风。

特殊是电致变色聚合物质料还具备色彩丰富、变色速率快、本征柔性等优点，是电致变色显示的空想材料之一。

但是，常规器件多采取 Li+ 离子电解质，其本身不具有变色特性，而且本钱较高。

图 | 李克睿（来源：李克睿）

前不久，东华大学李克睿教授团队开拓出一种基于二价紫罗精阳离子（Vio2+）的凝胶电解质。
二价紫罗精离子不仅本身具有变色活性，而且可以为聚合物质料的电化学反应供应更多的反应电荷，从而能够提升全体器件的变色性能。

（来源：Advanced Functional Materials）

日前，以本征可变色的二价紫罗精基离子凝胶电解质为材料，东华团队成功打造了这款聚合物电致变色器件，不仅在光学比拟度、开关速率和循环稳定性等方面表现良好。
而且，其还具有精良的机器稳定性，为高性能柔性电子纸显示器的开拓供应了一条不错的技能路线。

日前，干系论文以《二价紫罗精阳离子凝胶助力基于 PProDOT-Me2 可逆掺杂的柔性电致变色显示》（Divalent Viologen Cation-Based Ionogels Facilitate Reversible Intercalation of Anions in PProDOT-Me2 for Flexible Electrochromic Displays）为题发在 Advanced Functional Materials[1]。

东华大学博士生白智元为第一作者，东华大学李克睿研究员和王宏志教授担当共同通讯作者。

图 | 干系论文（来源：Advanced Functional Materials）

事实上在研究伊始，他们也碰着了不少困难与寻衅，在选择电致变色材料时，本希望选用具有高光学比拟度的无机类电致变色材料，比如氧化钨、氧化钒等。

但是，这类材料与电解质中的离子尺寸不匹配，导致变色效果不佳、切换速率较慢。
经一番研究之后，他们选择了一种聚噻吩衍生物，其不仅光学调制效果好，速率快，也能适配不同半径的离子，从而能够实现变色效果的提升。

其余，在设计单片机硬件时由于知识储备不敷，导致他们在构建电致变色数字显示原型设备的后端驱动装置上碰着了难题，后来在团队内部以及多方互助下，通过对单片机进行定制，他们实现了针对数字显示器各字段的独立掌握，得到了数字显示效果。

据理解，该器件在正负 1.5V 下可以实现浅灰色和深蓝色的可逆切换，在 1Hz 的切换速率之下也具备明显的变色效果，循环稳定性超过 20000 圈，器件运行功耗小于 2.5mWcm−2。

除此之外，这种显示器件还具有超薄质轻、柔性波折的优点，能够在 1.2cm 的曲率半径下波折上千次，在反射式显示领域展现出良好的运用前景。

凭借色彩丰富、能耗低、反射光芒柔等潜在上风，如果将来可以投入利用，将能在不少领域代替 LCD 或 OLED 显示技能，从而供应更好的利用效果，比如用来制备电子阅读器、标签、包装、墙壁画作、广告牌等。

届时在利用这些产品时，一方面可以减缓蓝光辐射对用户眼睛的侵害；另一方面可以代替传统纸张，战胜纸张生产、花费以及回收带来的资源摧残浪费蹂躏与环境毁坏。

当然，要想实现实际运用还有很长的路要走。
目前这款器件的尺寸还不能知足高分辨率显示，因此须要结合光刻等微纳加工技能，以便实现电致变色单元的像素化。

其余，本次成果只演示了蓝色的显示效果，因此须要拓宽电致变色材料体系，进一步实现电致变色单元的多色彩化。

同时，还需进一步探索双稳态特性，以进一步降落事情能耗和契合高分辨刷新的哀求。

参考资料：

1. Z. Bai, X. Wu, R. Fang, Z. Lu, C. Hou, Q. Zhang, Y. Li, K. Li, H. Wang, Divalent Viologen Cation-Based Ionogels Facilitate Reversible Intercalation of Anions in PProDOT-Me2 for Flexible Electrochromic Displays. Adv. Funct. Mater. 2023, 2312587. https://doi.org/10.1002/adfm.202312587

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