基于电致变色机制的红外调控纤维设计与多维度光电化学传输行为研究
批准号:
52103253
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
李克睿
依托单位:
学科分类:
其他有机高分子功能材料
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
李克睿
中文摘要
基于电致变色原理的红外调控纤维(红外电致变色纤维)兼具红外辐射可控性与一维结构优势,是织造智能热(辐射)管理服装的关键结构基元,更是实现人体热舒适与单兵自适应伪装所迫切需要的光电器件体系。但在传统电致变色纤维多层结构中,可见光透明的外功能层会显著影响红外光的传输光路,纤维材料及结构与红外光学传输行为难以兼容;电子在轴向长程传输过程中过度损耗,引起径向电化学反应大幅减弱,导致纤维器件所展现的可控变色长度普遍只有厘米级。本项目拟将皮芯纤维结构与平行电极结构有机结合,通过高红外调控特性低维碳纳米材料的研制,借助纤维内部异质界面设计以及轴向‒径向‒周向空间方向上离子‒电子‒光子传输动力学的研究,实现纤维形态红外光学‒电化学调控特性的高效表达与长程可控,获得红外电致变色连续纤维的关键构建策略,为衔接后续纺织加工,实现大面积热辐射管理织物的产业化应用提供坚实的基础。
英文摘要
Electrochromism-based infrared tunable fibers (i.e., infrared electrochromic fibers) with infrared modulation capability and one-dimensional structure are not only the basic building blocks of smart management thermal clothing for human radiation, but also one kind of urgently required optoelectronic devices for thermal comfort and adaptive camouflage of the human body. However, in the multilayer structure of traditional electrochromic fibers, the outer functional layers show visible transparency, yet will significantly influence infrared light transmission. The fiber materials and structures are not compatible with the infrared optical transport behavior. Additionally, during the axial long-range transport process, excessive loss of electrons will weaken the radial electrochemical reaction, resulting in a short controllable electrochromic length of fibers in a centimeter scale. To address these issues, the sheath-core and parallel-electrode structures will be combined to construct the infrared electrochromic fibers in this project. Meanwhile, low-dimensional carbon nanomaterials with high-performance infrared tunable features will be introduced as the functional sheath layer. With the design of heterogeneous interfaces and the study of ion-electron-photon transport behaviors in axial-radial-circumferential directions, long-range controllable fiber will be realized and show efficient infrared optical-electrochemical characteristics. Moreover, the critical strategy will be obtained to continuously construct the infrared electrochromic fibers, advancing the implementation of weaving technology of textile and the industrialization application of large-area thermal radiation management fabrics.
基于电致变色原理的红外调控纤维(红外电致变色纤维)兼具红外辐射可控性与一维结构优势,是织造智能热(辐射)管理服装的关键结构基元,更是实现人体热舒适与单兵自适应伪装所迫切需要的光电器件体系。但在传统电致变色纤维多层结构中,可见光透明的外功能层会显著影响红外光的传输光路,纤维材料及结构与红外光学传输行为难以兼容;电子在轴向长程传输过程中过度损耗,引起径向电化学反应大幅减弱,导致纤维器件所展现的可控变色长度普遍只有厘米级。本研究突破传统电致变色材料体系,聚焦于兼具高电导率及良好力学柔性与强度的一维碳纳米管材料,通过对碳纳米管进行羧基化、氟化及氮化改性,结合碳纳米管涂层厚度控制,提升了碳纳米管功能层的红外调控能力,组装的器件展现出了较高的初始发射率与温度可调范围 (~9℃);通过聚离子液体框架的设计,保障了较高的离子迁移速率,制备了具有疏水特性及宽电化学窗口的聚离子液体基固态电解质;利用无机纳米颗粒对锂盐良好的解离能力,开发了聚氨酯基全固态复合电解质,所组装的全固态红外电致变色薄膜器件克服了传统柔性器件所面临的使用安全性、机械弯折稳定性等难题,展现出宽温度调控 (≈7.1℃)和高发射率调控 (Δε≈0.35)能力;设计皮芯多界面结构,克服了现有纤维化策略红外光学适配性不足的问题,通过在纤维弧面均匀构建透明纳米导电网络,显著均匀化纤维内部电场分布,提升了电致变色纤维切换速度、稳定性与调控均匀性;融合皮芯与平行电极结构策略,保障了电化学长程可控性以及红外光-电化学特性在纤维形态的高效表达,实现了高性能红外电致变色纤维的连续构筑,电致变色纤维在100 m长度上表现出高发射率调控范围 (Δε≈0.35)和良好循环稳定性 (2000次)。
电致变色杂化凝胶的团簇基元悬浮—聚集行为调控及其可见—近红外双波段光学特性研究
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批准号:52473168
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项目类别:面上项目
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资助金额:48.00万元
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批准年份:2024
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负责人:李克睿
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依托单位:
基于低维碳纳米材料的红外电致变色纤维设计与长程离子-电子传输特性研究
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批准号:21ZR1400900
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2021
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负责人:李克睿
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依托单位:
国内基金
海外基金