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英文原题：Structural Color Boosted Electrochromic Devices: Strategies and Applications

第一作者：李琳博士、俞朱敏（叶常青教授21级研究生）

通讯作者：叶常青教授、宋延林教授

作者：李琳、俞朱敏、叶常青、宋延林

       电致变色器件（Electrochromic Device, ECD）可在电调控下发生可逆的氧化还原反应，伴随吸收、反射、透射等光学行为变化，可广泛应用在显示、智能窗户等领域。然而，传统ECD具有颜色变化单调、响应时间长、寿命差等缺点，严重影响其实际应用。

结构色，也叫做物理色，是光和周期性微纳结构相互作用产生的结果，例如折射、反射、干涉、衍射、吸收、散射、等离子体共振等。近年来，科研人员将不同的周期性微纳结构，例如光栅、薄膜、光子晶体、等离子超表面等引入传统ECD，获得具有结构色特点的新型ECD。结构色ECD展现出增强的颜色变化，有望实现全色调控，且多孔结构可有效促进离子运输加快响应速度。

       根据上述背景，课题组总结了结构色ECD在构筑策略和应用方面的最新研究进展。首先介绍了ECD常用的评价参数和微纳结构产生结构色的原理，然后从光栅、薄膜、光子晶体、等离子体超表面和复合结构这五个方面重点介绍结构色ECD研究进展和显示应用（包括彩色显示器、伪装、超级电容器、电池、电子纸等），最后对结构色ECD的挑战和机遇进行了讨论。相信这篇综述一定会为ECD未来的发展和应用提供有价值的信息和方向。

图1 结构色电致变色器件：策略与应用

       本文综述了近年来结构色ECD在构筑策略和应用方面的进展。根据微纳结构的种类，结构色ECD的构筑策略可分为光栅、薄膜、光子晶体、等离子体超表面和复合微纳结构等。结果表明，结构色的引入能够显著提高ECD的各项电致变色性能，尤其是显色方面。

图2 光栅用于ECD的构筑策略

图3 薄膜干涉用于ECD的构筑策略

图4 光子晶体用于ECD的构筑策略

图5 等离子超表面用于ECD的构筑策略

图6 复合微纳结构用于ECD的构筑策略

       电化学电位的变化会引发电致变色材料发生氧化还原反应，引起电致变色材料的吸收、透过率、反射率的变化，用于显示信息。目前，分段显示和像素化显示这两种显示原型被广泛研究。由于电致变色具有低能耗、户外可读性、视觉友好性以及可获得性、可折叠性、可扩展性和透明性等优点，EC显示器作为典型的非发射（无源）显示器越来越受到低频节能显示器的青睐。理想的EC显示器应具有快速响应速度（用于信息呈现）、高光学对比度（用于阅读体验）、出色的稳定性和耐用性（用于器件寿命）。然而，由于缺乏令人满意的高质量器件，目前还没有商业化的全彩电致变色显示器。有限的显色范围和亮度以及缓慢的切换速度严重阻碍了传统ECD用于显示器的商业化。将周期微纳结构的结构色与传统ECD的电致变色行为相结合，是实现高对比度、快速响应的彩色动态调制的有效途径。

图7 结构色ECD用于分段式显示

图8 结构色ECD用于像素化显示

       将周期性微纳结构引入ECD，利用结构色和电致变色的协同效应，是提高ECD性能的有效策略。改变微纳结构的组成材料和几何参数，可以有效调控结构色ECD的色度、亮度、开关速度、对比度、稳定性和寿命等。结构色ECD的正朝着色域丰富、面积大、功能多、智能、可印刷性的发展趋势发展。然而，仍有一些问题有待解决，需要从以下几个方面开展。1）微纳结构的组成材料与传统ECD所用材料的相容性；2）为了进一步开发结构色效果，需要具有高折射率调制的材料；3）为了全固态结构色ECD的实际应用中，需要简单、低成本、柔性和易于大面积生产的微纳结构制备工艺；4）将结构色ECD与当前新兴技术（例如柔性/可穿戴电子产品、传感器、人机交互器件和物联网等）相结合，获得多功能结构色ECD。

Structural Color Boosted Electrochromic Devices: Strategies and Applications

Lin Li^#, Zhumin Yu^#, Changqing Ye*, Yanlin Song*

Advanced Functional Materials, 2024, 34(12): 2311845.

Published Online: 12 December 2023

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202311845