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原标题:合肥研究院在二氧化钒红外调控研究中取得进展

浏览次数:180 时间:2019-10-29

编者按:学术水平是体现一所大学综合实力的重要指标。我校积极聚焦国家重大战略,对接国家及地方经济社会发展需求,大力推进科研体制改革与创新,在高水平论文、重大科研项目等方面不断取得重要成果与突破。新闻网开设“学术动态”栏目,为师生及时展现学校最新学术动态与科研成果。

近期,中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所纳米室研究人员在热致相变二氧化钒纳米材料的红外调控研究中取得新进展。通过将二氧化钒与透明导电材料复合,实现了对红外光透过率的主动和动态调控。为解决二氧化钒相变温度过高的问题提供了一种新的研究思路,将透明导电材料引入热致变色研究领域,拓展了透明导电材料的应用范围。

近日,我校材料科学与技术学院沈应中教授、胡晓玉教授与南京大学王乐勇教授课题组合作,提出了将两种功能差异性基团的性能进行正交组装的研究策略,实现了不同有机功能基团所特有的优良性能的正交组装,成功构筑了不仅可以有效调控太阳光辐射能的输入,而且可以根据室内环境需求进行冷/暖色调切换的超分子智能窗材料。相关研究成果以“Warm/cool-tone switchable thermochromic material for smart windows by orthogonally integrating properties of pillar[6]arene and ferrocene”(全文链接: Communications上(影响因子12.353)。

二氧化钒是一种具有热致相变特性的过渡金属氧化物,低于相变温度具有半导体性质和高的红外光透过率,而高于相变温度则具有金属特性和高的红外光反射率。这一相变特性使得二氧化钒可用作智能节能窗涂层材料,通过对红外光的调控实现对室内温度的调节,进而降低建筑能耗,达到节能的目的。相变温度过高、可见光透过率低和对红外光的调控幅度小是制约二氧化钒实用化的三个关键因素。

随着全球经济的快速发展,城市化和工业化的发展不断推进,能源危机与全球气候变暖等问题日益加剧。因此,能源的合理使用、节能环保产品的开发在科学界受到广泛的关注。智能窗不仅能够动态调节太阳辐射能透过率,而且能在节约能源消耗的同时,给人们提供舒适的室内环境。在智能窗的制备过程中,功能材料起着至关重要的作用。传统的智能窗材料往往局限于单功能化,仅能用于调节太阳辐射能的透过率,但对冷/暖色调的调控研究却很少涉及。鉴于不同色调能够对人们的情绪产生很大的影响,因此,开发一类较为理想的冷/暖色调可转换的温致变色智能窗材料,既能保留传统材料对太阳辐射能的调控功能又能改善人们的情绪,具有非常重要的潜在应用和开发前景。

针对上述问题,研究人员利用透明导电材料具有高的光学透过率和优异导电导热性能,将二氧化钒纳米颗粒与ITO透明导电材料进行复合,利用外加电场下ITO产生的焦耳热诱导二氧化钒相变,实现了对红外光透过率的主动调控,通过施加交变电场实现了对红外光透过率的动态调控。该项研究成果可望在开关器件、红外防伪和红外隐身等方面获得应用。

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相关研究成果以Active and dynamic infrared switching of VO2 nanoparticle film on ITO glass 为题发表在J. Mater. Chem. C合肥研究院在二氧化钒红外调控研究中取得进展,刊发我校材料学院团队研究成果。, 41579)上。研究工作得到国家自然科学基金和安徽省自然科学基金项目的资助。

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图1. 外电场对二氧化钒红外光透过率的可控调制

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图2. 红外光透过率的动态变化及薄膜器件结构示意图

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