通過將亞波長金屬納米結構與傳統(tǒng)的電致變色材料相結合，我?，F(xiàn)代工程與應用科學學院徐挺教授課題組與美國國家標準技術研究院（NIST）以及Sandia國家實驗室合作開研發(fā)了一種擁有超高光強調(diào)制對比度和快速時間響應的全彩色電致變色器件。這種器件將來有望可以應用在包括低功耗的顯示設備，光信息處理器件以及智能玻璃等各個領域。相關成果以《High Contrast and Fast Electrochromic Switching Enabled by Plasmonics》為題，于2016年1月27日在《自然－通訊》上在線發(fā)表（doi:10.1038/ncomms10479）。徐挺教授為該論文的第一作者和通訊作者，論文第一通訊單位為南京大學。

電致變色是指材料的光學屬性在外加電場的作用下發(fā)生穩(wěn)定、可逆的顏色變化的現(xiàn)象，在外觀上表現(xiàn)為顏色和透明度的可逆變化。作為電致變色器件中的常用材料，通過氧化還原反應實現(xiàn)電致變色效果的有機高分子聚合物由于光學性能穩(wěn)定, 合成工藝簡單以及器件成本低廉而備受關注。對于傳統(tǒng)的有機聚合物電致變色器件，其發(fā)生褪色和染色的響應時間一般在幾秒到幾十秒左右。這一過慢的時間響應在很大程度上限制了器件的應用范圍，例如需要高速動態(tài)切換的顯示設備。雖然減小有機聚合物材料層的厚度從而加快電子／離子的注入可以在一定程度上縮短器件的響應時間，但這一方法是以犧牲器件光調(diào)制對比度為代價的，所以實用性很受限。除了響應時間和對比度之外，對于常用的電致變色材料來說，其在染色狀態(tài)下對光的吸收只集中在某一波段，因而光吸收后所呈現(xiàn)的顏色對于一種特定的材料在染色狀態(tài)下是固定的。所以當需要設計一個包含多種顏色的電致變色器件，例如彩色顯示設備時，通常要應用多種不同種類的電致變色材料。不同材料之間光學性能的差別，化學性質(zhì)的兼容性以及分步驟的加工工藝都會使得器件的復雜度和制造成本急劇增加。

南京大學，NIST以及Sandia國家實驗室的國際合作研究團隊利用自身在納米光子學與材料合成研究領域中的多年積累，另辟蹊徑，利用亞波長金屬結構中的存在表面等離子體效應同時解決了以上關于光調(diào)制對比度，響應時間以及多波長選擇性調(diào)制的問題。通過亞波長金屬結構控制入射光與表面等離子體之間的有效能量轉化，在多波長范圍內(nèi)首次實現(xiàn)了具有超過90%光調(diào)制對比度以及小于20毫秒響應時間的聚合物電致變色器件。這一研究對于進一步提升器件光學性能，降低器件材料復雜度以及擴展高速動態(tài)應用起到了非常關鍵的作用，從而對于推進電致變色器件的實用化進程有著重要的現(xiàn)實意義。該技術已經(jīng)申請了相關專利。

該項研究得到了國家青年千人計劃和人工微結構科學與技術協(xié)同創(chuàng)新中心等的資助。

基于表面等離子體亞波長金屬結構的全彩色電致變色器件

（現(xiàn)代工程與應用科學學院 科學技術處）