吉林大学张晓安教授团队Chem. Rev.：面向新型显示的电致变色材料与器件

电致变色是指材料在受电化学刺激发生氧化还原反应时伴随着光学性质（颜色/透过率/反射率）变化的现象。由于其低能耗、视力友好、柔性可拉伸等优势，近年来在新型显示领域展现了出色的应用和发展潜力。在许多杰出研究者的共同努力下，相关领域不断取得进步。但是受限于不理想的综合性能及制备策略，电致变色显示的商业化仍处于初期阶段，如何使其不断向前发展并走向成熟是研究者们共同关心的话题。

近日，吉林大学张晓安教授（点击查看介绍）课题组在国际顶级期刊Chemical Reviews 发表了题为“Emerging Electrochromic Materials and Devices for Future Displays (面向未来显示器的新兴电致变色材料与器件)”的综述文章。该综述总结了近几年电致变色材料、器件原型（段码显示器和像素显示器）及其制备方法和加工技术的进展，并探讨了该领域的科学难点和发展瓶颈。

图1. 电致变色显示器示意图。

（一）电致变色材料和器件

经过近六十年的发展，电致变色已扩展到无机材料、小有机分子、共轭聚合物和金属-有机配合物等多种材料体系，所制备的器件也证实了包括全固态、半固态、凝胶、薄膜、液态在内的多结构可行性（图2）。为了进一步满足显示应用对综合性能（如光学调制、对比度、响应时间、耐受性、寿命、着色效率等）的需求，研究人员对一些新兴的电致变色材料和器件进行了深入的研究和探索。本文概述了几种研究策略和方法的发展现状，包括：(i) 基于反应过程的定向优化；(ii) 引入复合材料；(iii) 引入纳米材料；(iv) 设计新材料；(v) 制造技术的优化与创新。

图2. 经典的分层和横向电致变色器件的结构图。

（二）电致变色段码显示器（Segmented displays）

电致变色段码显示作为一种相对简单的显示方式，可以显示一些固定的图案和信息，因此在字母数字显示与智能美学设计等方面有着诱人的应用潜力。在本章中，作者重点介绍了电致变色段码显示器的两种制备策略：电极图案化和活性材料图案化 (图3)。在此基础上，作者详细讨论了一些先进的制备技术（如喷墨打印、原位光刻等）。与此同时，作者还对制备过程中存在的关键科学技术问题进行了深入地介绍与讨论。

图3. 电致变色段码显示器示意图，包括电极图案化和活性材料图案化。

（三）电致变色像素显示器（Pixel displays）

作为未来电致变色显示的另一个重要的应用原型，由电致变色智能像素组成的像素显示器具有强大的信息显示能力 (图4)。通过控制智能像素“开/关”的状态和比例，显示器即可以实现显示内容和信息的任意切换和动态调整。在本章中，作者系统地介绍了电致变色像素/子像素的排列和驱动模式，探讨了内在科学问题和可能解决途径。

图4. 基于具有CMYK打印色的智能子像素的电致变色像素显示器示意图。

（四）电致变色显示器在未来商业发展中的进展与挑战

在本章节中，作者详细介绍了电致变色显示器及相关材料的商业化发展现状。同时，作者指出了现阶段面临的在材料、工艺、性能和耐受性四个方面的主要问题，并且讨论了可能的解决方案，如优化材料性能或开发新材料，提高工艺兼容性等。最后，根据电致变色材料和器件的独特优势，作者预测了电致变色显示的未来发展方向，包括透明显示器、可穿戴电子、电子纸和可视化能量存储 (图5)。

图5. 电致变色显示器的潜在应用示意图。

本工作希望吸引越来越多的优秀研究者投身于电致变色领域，推动新型电致变色材料和器件的进步，促进电致变色显示的产业化，加速新型光电材料在多种应用领域的发展。

本文的第一作者是吉林大学化学学院的在读博士生顾畅，通讯作者是张晓安教授与张宇模教授。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Emerging Electrochromic Materials and Devices for Future Displays

Chang Gu, Ai-Bo Jia, Yu-Mo Zhang, Sean Xiao-An Zhang

Chem. Rev., 2022, DOI: 10.1021/acs.chemrev.1c01055

研究团队简介

张晓安教授 1982年毕业于吉林大学化学系，1987年获得英国巴斯大学理学博士学位，随后在美国西北大学从事博士后研究，曾历任美国Aldrich等公司高级研究员，惠普中央研究院项目首席研究员，获62项美国专利授权和多项世界专利，2010年秋调入吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室。在Nat. Mater., Chem. Rev., J. Am. Chem. Soc., Chem. Soc. Rev., Adv. Mater.等国际顶级期刊发表SCI研究论文百余篇。主要研究方向为 刺激响应材料及其应用、智能光电材料与显示等。

https://www.x-mol.com/university/faculty/11068 

张宇模，吉林大学教授，博士生导师，国家高层次青年人才计划入选者。主要研究方向为新型电致变色材料与器件、智能光电材料等。在Nat. Mater., Angew. Chem.等国际顶级期刊发表SCI研究论文30余篇，申请专利15项。

https://www.x-mol.com/groups/zhangyumo