【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】在現(xiàn)代智能材料與自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)領(lǐng)域，開發(fā)兼具優(yōu)異光學(xué)性能、機械韌性和環(huán)境耐受性的材料，是實現(xiàn)其在智能窗戶、柔性顯示等場景中實際應(yīng)用的關(guān)鍵。熱致變色材料(TCMs)能夠響應(yīng)溫度變化動態(tài)調(diào)節(jié)透光性，是構(gòu)建下一代智能光學(xué)器件的理想候選材料。然而，如何協(xié)同其光學(xué)切換性能、機械強度，并使其能夠在嚴(yán)寒、高溫、潮濕等復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定工作，仍是該領(lǐng)域面臨的一項重大挑戰(zhàn)。
 

　　針對這一挑戰(zhàn)，西安交通大學(xué)物理學(xué)院的研究團隊提出了一種創(chuàng)新的材料設(shè)計與制備策略，成功研發(fā)出一種堅韌的非對稱熱致變色離子凝膠(ATI)薄膜。該研究通過巧妙的“動態(tài)-原位相分離”方法，將熱響應(yīng)光散射層與機械支撐層共價結(jié)合，制備出具有“Janus”非對稱結(jié)構(gòu)的離子凝膠薄膜。
 

　　這種協(xié)同設(shè)計使其在室溫下具有高透明度(>85%)，在34°C左右發(fā)生快速、可逆的透明-不透明切換(40°C時透光率<10%)。得益于離子液體基質(zhì)的特性，材料展現(xiàn)出卓越的耐低溫性能，在-70°C乃至液氮溫度(-196°C)下仍能保持透明，有效克服了傳統(tǒng)水凝膠材料易凍結(jié)失效的難題。同時，材料具備優(yōu)異的機械韌性，拉伸強度超過5MPa，韌性超過17 MJ/m3。此外，材料表面豐富的疏水基團和極性基團，使其兼具超疏水性(水接觸角>135°)和自粘附性。其在玻璃上的90度剝離強度超過400 N/m，可直接牢固粘貼于多種透明基材(如玻璃、PMMA、PC等)表面工作，無需額外的剛性封裝，極大提升了應(yīng)用的便捷性與可靠性。作為被動熱致變色智能窗貼膜，該材料能根據(jù)環(huán)境溫度自動調(diào)節(jié)太陽光透射，其太陽能總透射率調(diào)制能力(ΔTsol)高達56.8%。在夏季午間實測中，裝有該智能窗的模型屋內(nèi)溫度可比普通玻璃窗降低約10°C，顯示出顯著的節(jié)能降溫潛力。研究團隊進一步利用材料的電熱響應(yīng)特性，在被動式智能窗的基礎(chǔ)上開發(fā)了主動光學(xué)切換平臺，通過間接焦耳加熱可在材料上實現(xiàn)動態(tài)信息顯示，通過直接焦耳自加熱(利用離子導(dǎo)電性)，可使整個材料轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌该鲬B(tài)，作為柔性投影屏幕使用，實現(xiàn)了藝術(shù)畫作的高清投影。
 

　　該工作通過動態(tài)原位相分離策略，成功將快速熱致變色、極端環(huán)境耐受、高機械韌性及強基材粘附等性能集成于一體，為構(gòu)建適用于全天候條件的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)(如節(jié)能建筑、交互式顯示)提供了一個可擴展的高性能材料平臺。
 

　　該成果以“Tough asymmetric thermochromic ionogels via dynamic in situ phase separation for dual-modal smart optical switching”為題發(fā)表于國際權(quán)威期刊《自然·通訊》(Nature Communications)。西安交通大學(xué)物理學(xué)院為論文唯一通訊單位，第一作者為物理學(xué)院2024級博士生杜國立，物理學(xué)院盧學(xué)剛教授、楊森教授為論文通訊作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國載人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng)項目以及陜西省自然科學(xué)基金等項目的資助。