南航张校刚教授、张圣亮副教授团队CEJ：高性能柔性电致变色智能热控器件

【引言】

近年来随着航天技术的快速发展，特别是微小型航天器的出现，对能够动态适应空间环境变化的热控技术提出了更高的要求。然而目前的主动热控技术（如机械式百叶窗、电加热器、流体回路等）存在体积大、质量重、能耗高、结构复杂等缺点，难以满足空间复杂热环境，以及航天器对集成化、模块化的需求，亟需开发新型主动智能热控技术。电致变色智能热控器件通过调控施加电压，可以动态调控其红外发射率，从而实现对温度的主动调控，具有重量轻、体积小、功耗低、调控灵活等优点，在航天器智能热控领域具有潜在的应用前景。然而，目前电致变色智能热控器件仍面临红外调控幅度低，响应时间长，循环稳定性差等难题，亟待解决。

【成果简介】

近日，南京航空航天大学张校刚教授、张圣亮副教授等人报道了一种基于氧缺陷氧化钨纳米线以及MXene红外透明导电电极的高性能柔性电致变色智能热控器件。作者通过材料纳米结构设计和缺陷设计，显著改善了无机电致变色材料的柔韧性以及离子传输，制备了具有优异红外发射率调控性能的柔性电致变色热控薄膜，并揭示了其红外发射率调控机制。此外，作者开发了兼具高红外透光率以及高电子导电率的MXene基多波段透明导电电极，解决了传统透明导电电极红外不透明的难题。最终作者通过器件结构设计，制备了性能优异的电致变色智能热控器件，该器件不但在3-5和8-14μm获得了0.4和0.47的红外发射率调控幅度，而且展现了较快的相应速度以及优异的循环稳定性，在航天器智能热控以及自适应红外伪装领域展现了潜在的应用前景。相关成果以“A flexible electrochromic device with variable infrared emissivity based on W₁₈O₄₉ nanowire cathode and MXene infrared transparent conducting electrode”为题发表在国际期刊Chemical Engineering Journal （IF:15.1），第一作者为南航硕士生赵静。

【图文导读】

图1. (a) W₁₈O₄₉ NWs的XRD谱图和溶液照片，(b, c) W₁₈O₄₉ NWs的STEM图像，(d, e) W₁₈O₄₉ NWs的XPS总谱和W4f XPS谱图，(f) W₁₈O₄₉ NW的EPR谱图。

图2. (a) W₁₈O₄₉ NW薄膜的SEM图像，(b) W₁₈O₄₉ NW薄膜在不同扫描速下的循环伏安曲线，(c) 不同扫速循环伏安曲线图对应的峰值电流与扫描速平方根的函数图，(d) W₁₈O₄₉ NW薄膜在-1 V和1 V电位下的红外发射光谱 (e) W₁₈O₄₉ NW薄膜在低、高红外发射状态下的红外热像图，(f) W₁₈O₄₉ NW薄膜在-1 V至1 V之间的响应时间图，(g) W₁₈O₄₉ NW薄膜循环2000圈后的容量保持曲，(h) W₁₈O₄₉ NW正极和Li金属负极组成的半电池在0.3 mV s^-1下的充放电曲线，(i, j) W₁₈O₄₉ NW正极的原位XRD图。

图3 (a) MXene的XRD图谱以及MXene溶液的数码照片，(b) MXene纳米片的FTIR光谱和 (c、d) TEM图像，(e) MXene透明导电电极的多波段透过率光谱和数码照片，(f) 制备的MXene负极的数码照片，(g) MXene负极的表面SEM图像和 (h) EDS谱图 以及 (i) 截面SEM图像。

图4制备的电致变色热控器件的 (a) 结构示意图，(b)数码照片(4×4 cm²)，(c) 红外发射率图谱， (d) 红外相机图片，(e) 器件响应时间图，(f) 器件循环稳定性。