作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 介孔WO3薄膜的制备与表征
(一)介孔WO3薄膜的制备过程示意图
介孔WO3薄膜的扫描电子显微镜图像(俯视图)(插图:截面图)
介孔WO3薄膜的c4w XPS光谱
介孔WO3薄膜和裸露玻璃的三维XRD图谱
中孔WO3薄膜的电子高分辨透射电子显微镜图像(插图:SAED图案)
信用:NPG亚洲物资，doi: 10
1038/s 14427-020-00257-w 在材料工程中，微孔网络可以提高材料作为智能窗的储能能力
智能窗户是一种平台，当施加光、电压或热时，其透光特性可以改变
科学家可以通过在电荷转移过程中使用电压将透明材料转换成不透明材料来控制穿过材料的光的比例
虽然这一特性与能量的储存和释放有关，但同样的材料也可用于能量储存
在一份新报告中，全宇金和韩国浦项科技大学的一组科学家开发并改进了由三氧化钨(WO3)制成的电致变色超级电容器
他们使用蒸发诱导自组装工艺来沉积具有孔的三氧化钨薄膜，其中与传统的三氧化钨薄膜相比，多孔结构提高了材料中的开关速度和电容
这项工作现在发表在《自然亚洲材料》上
光子学:智能窗户和能量存储 在这项工作中，金等人
通过探索组成材料的介孔结构，展示了电致变色超级电容器的超快响应
电致变色装置可以产生可逆的颜色变化，这种变化与电相对应，在智能窗户、显示器和军事伪装中有着广阔的应用前景
该设备还可以控制透光率，为适应气候的节能建筑制造材料
电化学电容器的功能可以扩展到被称为电致变色超级电容器的储能装置
这种超级电容器作为能够改变其自身光学特性并储存所提供能量的下一代电化学元件，正受到越来越多的研究
因此，它们固有的光学特性可以直接揭示储存在其中的实时能级
研究人员利用基于过渡金属氧化物如三氧化钨的电致变色发色团开发了这种高性能器件，因为它们具有优异的电化学性能
这里开发的电致变色显示器可以根据其储存的能量水平改变颜色，该产品将作为下一代建筑智能窗户材料和便携式能量储存装置具有广泛的意义
开发新材料和制造设备 介观和紧凑型WO3电致变色超级电容器的电致变色性能
(一)本工程采用的环控系统结构
作为外加电压函数的中WO3 ECS透射光谱(插图:有色和漂白状态的照片)
(三)紧凑型WO3环行系统(红线)和中WO3环行系统(蓝线)的原位光学响应
介孔和致密WO3的氮吸附-解吸等温线
介孔WO3的孔径分布
作为注入电荷密度函数的光密度变化
(g)两种内皮细胞在1000次循环中的显色/漂白循环稳定性
信用:NPG亚洲物资，doi: 10
1038/s 14427-020-00257-w 科学家们使用四氢呋喃和聚苯乙烯嵌段聚氧化乙烯的混合溶液以及乙醇基六氯化钨作为三氧化钨的前体详细描述了制造过程
所得薄膜包含无机-有机复合材料
然后，他们煅烧复合材料，以部分去除有机成分，并将剩余部分转化为无定形碳
无机组分经过缩合形成三氧化钨，所得复合膜含有碳/三氧化钨结构
研究小组随后将薄膜暴露在氧等离子体中，以消除无定形碳，他们用拉曼光谱法证实了这一点
使用扫描电子显微镜(SEM)，科学家们支持所得三氧化钨(WO3)膜的中孔结构，其具有小孔(小于30纳米)和大约250纳米的厚度
Kim等人
预期中孔WO3基电致变色超级电容器(称为meso-WO3-ECs)的超快动力学，作为比较，他们还使用WO3纳米粒子开发了称为compact-WO3-ECs的紧凑器件
此后，他们记录了不同外加电压下的紫外-可见透射光谱，以了解这两种器件的电致变色行为
当施加的电压增加时，由于设置中的氧化还原反应，可见光波长的整个范围内的透射率逐渐降低
然后，研究小组可以通过应用2
3电压
比较设备功能 为了比较这两种装置的电致变色动态响应
记录在700纳米和交变电势下的透射率曲线
中-WO3-ECS器件在0
8秒，漂白时间为0
4秒，明显快于之前的报告
该小组没有在相同条件下用紧凑型-WO3-ECS获得类似的稳定的着色和漂白状态
结果取决于装置的表面积，其中与紧凑型WO3-ECS装置相比，meso-WO3-ECS装置消耗更少的能量
中尺度和紧凑WO3能量存储系统的能量存储特性
(一)不同电流密度下中WO3电子回旋加速器的恒流充放电曲线
紧凑型和中WO3型电化学电容器的电容保持率与充电/放电电流密度的关系
电流密度为1时电子控制系统的充电/放电循环稳定性
0mA/cm2
(d)1时的GCD曲线
0mA/cm2和相应的700纳米处的中WO3 ECS原位透射率分布
充电和放电过程中的中WO3 ECS照片
(6)离子嵌入中(左)和致密WO3(右)的示意图
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1038/s 14427-020-00257-w 通常，电致变色超级电容器装置必须在快速响应条件下保持循环稳定性
因此，在1000个循环的着色和漂白之间的快速切换条件下的额外测试显示了中孔装置如何保持85
5%的原始光调制，而紧凑型设备的光调制下降
该团队将介孔器件的出色稳定性归功于其大表面积的特征架构，非常适合需要快速响应的动态应用
电荷转移动力学 Kim等人
接下来比较了器件的电荷转移和离子动力学，结果显示介孔器件的接触电阻更小，电荷转移电阻更小，离子扩散电阻更低
随着功能电流密度的增加，这些器件显示出明显不同的电荷存储能力
这项工作表明，与紧凑型装置相比，介孔超级电容器更有希望形成具有优异长期稳定性的快速充放电装置
研究小组随后直接观察了超级电容器储存的能量水平
介孔器件没有表现出光学对比度的显著下降，这归功于其有效和快速的离子传输特性
对于紧凑型器件，光调制显著降低，而电流密度增加，因此紧凑型器件对于高速率功能效率不高，因为它们的离子传输效率低且电荷转移慢
组合印刷蒸发诱导自组装技术在功能性电化学发光器件制备中的应用
(一)规划环境影响评价示意图
(2)由中国环境科学研究院制作的介孔WO3的光学显微镜(左)和扫描电镜(右)图像
ECSD在可逆充电(图案着色)和放电(发光二极管灯打开和漂白)测试期间的照片
对于该应用，两个电子控制设备串联连接
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1038/s 14427-020-00257-w 印刷和蒸发诱导的自组装 该团队随后将印刷和蒸发诱导的自组装结合起来，开发出了高功能、储能的电致变色超级电容器显示器
该印刷过程在蒸发后通过喷嘴产生胶束结构，然后对其进行顺序煅烧和氧等离子体处理，以形成用于储能应用的图案化中孔WO3装置
当他们给设备充电时，图案变成深蓝色，表示充电状态
为了证明其作用机制，研究小组将该设备连接到最初发光的白光发光二极管上，当储存的能量被消耗时，该设备返回到其原始的透明状态
展望:下一代智能电子产品
通过这种方式，金全佑和他的同事开发了基于无定形介孔WO3薄膜的多功能电致变色超级电容器
与紧凑型电致变色超级电容器(紧凑型-WO3-电致变色超级电容器)相比，介孔电致变色超级电容器(介孔-WO3-电致变色超级电容器)表现出优异的性能
科学家们认为这是由于其大的表面积和无定形的性质
这种中孔装置很快用作电化学反射显示器并储存电荷
这种设置也可以为其他电子设备供电，因为设备上图案的颜色强度指示了其中存储的能量水平
这些成果将具有形成下一代智能电子产品的巨大潜力
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