[发明专利]可见光至中红外等离激元异质微腔电致变色器件

说明书

本发明公开了可见光至中红外等离激元异质微腔电致变色器件，由阵列化的电致变色单元所组成，每个电致变色单元具体结构包括透明导电顶电极、电解液层、电解液框、介孔核壳结构层、底电极及驱动电路。该电致变色器件利用电致还原及氧化的方式在纳米核壳结构的介孔中实现金属原子的吸附，可快速改变纳米核壳结构的结构，通过动态调控其局域表面等离激元谐振峰的方式实现器件光谱及颜色的控制，颜色变色速度优于20 s,变色范围可覆盖可见光到中红外宽谱波段；此外，利用表面等离激元纳米核壳结构的突破衍射极限的光操控特性，可以将像素单元进一步减小，结合光学系统实现电致变色器件空间分辨率达到光学衍射极限。

技术领域

本发明属于可见光伪装、金属纳米材料等领域，具体是一种可见光至中红外等离激元异质微腔电致变色器件。

背景技术

变色材料在智能玻璃、伪装、显示等多领域具有广泛应用。常见可见光变色材料主要可以分为无机类和有机类两种。早期，可见光无机变色材料主要包括卤化银，氧化钨体材料等，近年来，无机变色材料的表现形式更为丰富，且表现出化学性质稳定、寿命长、实用性较强等显著优点。然而，大部分无机变色材料存在颜色变化单一、响应速度慢等问题，限制了其伪装应用场合。相对于通常的无机材料，有机变色材料可变颜色多样，响应速度相对较快，可以实现宽色域变色，然而有机材料通常耐久性差、寿命较短，此外，有机材料容易受温度影响，在高温下容易变形，影响材料变色性能，且有机变色材料通常在红外波段也有较强的吸收，难满足现代化伪装技术对伪装材料的多谱兼容性等需求。因此，能够同时满足色域覆盖范围广、快速响应、多谱兼容性好、寿命长的可见光变色材料及变色机制仍然亟待发展，需引入新理论与新机制。

目前基于金属-介质复合结构的表面等离激元超材料的突破传统光学衍射极限的特性及颜色随材质、尺寸及结构的变化已经得到广泛研究，在变色材料方面展示出远优于传统材料的特性，如光谱色谱可精细调控、单种结构实现颜色多色变化，光学截面大、稳定性好等特点。

本发明利用等离激元纳米颗粒的局域表面等离激元效应，针对现有变色材料变色范围小、响应时间长、稳定性差的问题等瓶颈问题，并结合新机理、新技术提出了一种可见光至中红外等离激元异质微腔电致变色器件，提出了一种利用介孔纳米核壳结构的介孔作为金属生长模板，实现等离激元材料之间的去耦及器件颜色的宽色域调控。变色器件具有色彩调节范围大、空间分辨率高、稳定性高、尺寸小及低成本等优点，可广泛应用于自适应伪装、智能玻璃等领域。

发明内容

本发明的目的是解决已有变色材料的变色速度慢、无法覆盖宽色域、空间分辨率低及稳定性差等等技术问题，提出一种可见光至中红外等离激元异质微腔电致变色器件，利用介孔纳米结构中的介孔作为模板，可有效降低表面等离激元结构间的耦合，并可实现更宽光谱的表面等离激元谐振调谐，实现宽色域变色；该变色器件具有色彩调节范围大、空间分辨率高、稳定性高、尺寸小及低成本等优点，可广泛应用于自适应伪装、智能玻璃等领域。

为达到上述目的，本发明提出一种可见光至中红外等离激元异质微腔电致变色器件，由阵列化的电致变色单元所组成，每个电致变色单元包括透明导电顶电极、电解液层、电解液框、介孔核壳结构层、底电极及驱动电路；其中，电解液层填充于电解液框内部；所述介孔核壳结构层由介孔核壳结构周期性或者随机性按周期排布构成，介孔核壳结构包括两个部分：表面等离激元纳米结构和介孔介质壳层，介孔介质壳层随机分布有介孔，所述驱动电路与透明导电顶电极及底电极相连。