基于液晶的高透明至深黑电致变色智能窗：光调制与能效调控新策略

本研究针对传统电致变色器件(ECDs)在透明度调节范围和响应速度上的局限性，创新性地将液晶(LCs)与氧化还原活性组分结合，开发出具有92.4%透光率差异的有机ECDs。通过1 H-NMR和CIELAB色度系统分析，证实该器件可实现3V电压驱动下透明态(L* 92.938)到深黑态的无级切换，在智能窗、隐私管理和柔性显示领域展现出84.9%的平均透光调制率和优异能效表现。

　　

在现代建筑与显示技术领域，如何实现动态光调控始终是核心挑战。传统电致变色器件(ECDs)虽能调节透光率，但普遍存在颜色单一、透光差异不足等问题。特别是对于需要完全隐私保护的场景，现有技术难以同时满足高透明态与深色态的双重要求。更棘手的是，基于无机材料的ECDs往往缺乏柔性，而有机体系又面临响应速度慢、稳定性差的困境。这些技术瓶颈严重制约了智能窗在节能建筑、车载显示等领域的应用。

针对这一系列难题，韩国国立研究基金会资助的研究团队在《Dyes and Pigments》发表突破性成果。研究人员创造性地将液晶(LCs)与氧化剂四丁基溴化铵(TBAB)结合，开发出新型有机ECDs。该器件通过精确控制5CB液晶分子的氧化还原过程，首次实现从92.9%高透明态(L* 92.938)到深黑态的无级切换，在466nm波长处获得92.4%的透光率差异，平均透光调制范围达84.9%，远超传统聚合物网络液晶(PNLC)和宾主液晶(GHLC)系统。

关键技术方法包括：采用¹
H-NMR光谱追踪5CB液晶氧化过程中的结构变化；通过CIELAB色度系统量化颜色坐标(L*, a*, b*)的电压依赖性演变；构建三明治结构器件测试电光响应特性；与PNLC/GHLC系统进行对比实验评估性能优势。

【设计原理】
研究团队选用4-氰基-4'-戊基联苯(5CB)液晶与TBAB组成混合体系。核磁共振分析显示，氧化后5CB芳香质子信号向低场位移至7.3-7.8ppm，证实氧化态液晶分子的形成是颜色转变的关键机制。

【颜色切换】
在2.8V阈值电压下，器件启动氧化还原反应。CIELAB数据显示，随着电压升至3V，明度L值急剧下降，a/b*坐标趋近零点，实现真正中性黑态。这种电控变色过程具有完全可逆性，且响应时间比传统ECDs缩短40%。

【智能窗应用】
对比实验表明，该器件在透明态时雾度低于PNLC系统，黑态时光阻挡率优于GHLC方案。其独特的双稳态特性可将能耗降低至传统设备的30%，特别适合需要长期维持特定透光状态的建筑窗户。

【结论与展望】
这项研究确立了液晶基ECDs在透光调制领域的技术优势：通过氧化还原反应精确控制液晶分子取向，突破传统器件颜色单一的限制；92.4%的透光差异创下有机ECDs新纪录；双稳态特性显著提升能效。该技术为发展下一代智能窗提供了全新思路，在动态隐私保护、建筑节能和柔性显示等领域具有重大应用潜力。未来研究可进一步优化液晶/氧化剂配比，探索多色调制体系，推动该技术向产业化迈进。