实验室黄飞教授团队：基于p-n导电聚合物的多功能集成电致变色器件-从自供电智能窗到微型光谱仪
电致变色器件能够动态进行颜色变化，在智能建筑、信息显示及光学调制等领域具有重要应用前景。然而，其实际应用常受限于颜色变化单一、响应速度缓慢、着色效率低以及循环寿命有限等关键瓶颈。
近期，华南理工大学黄飞教授、唐浩然博士与西北工业大学王亚中副教授合作开发出一种基于p-n型导电聚合物的互补型有机电致变色器件。该器件采用聚（3,4-乙烯二氧噻吩）-聚（苯乙烯磺酸）和聚（苯并二呋喃二酮）两种导电聚合物，实现了卓越的综合性能：在570纳米波长处光学对比度高达51%，着色/褪色切换速度超快（分别为0.17秒和0.36秒），在550纳米处获得了创纪录的1688 cm² C⁻¹的高着色效率，并在±1 V电压下保持了超过10,000次的优异循环稳定性。通过将该器件与半透明有机太阳能电池集成，研究人员成功构建了完全自供能的智能窗户，可在标准太阳光照下自主切换，并将室内温度降低7摄氏度。此外，研究团队还将此电致变色滤光器与带有片上法布里-珀罗腔的4×4有机光电探测器阵列相结合，研制出光谱分辨率达7.2纳米的微型光谱仪。这一多功能电致变色平台，无缝桥接了智能窗户技术与光谱传感，为发展节能、紧凑的光电系统开辟了新道路。
这项研究展示了一个兼具高性能与高可扩展性的有机电致变色平台，它成功地将宏观尺度的节能应用与微观尺度的光谱传感技术融为一体。基于PEDOT:PSS/PBFDO的互补型电致变色器件，在智能窗应用中展现了高对比度、超快切换、低能耗和长寿命等卓越特性，与半透明太阳能电池集成后实现了真正的自供能动态调光调热。在微型光谱仪应用中，通过融合电压可调的电致变色滤波与静态法布里-珀罗腔调制，在微小尺寸上实现了高分辨率、宽波段的光谱探测与精确重建。该平台采用统一的材料体系，通过结构设计适配不同功能需求，实现了从基础材料到集成系统的跨越，为下一代自适应光电子学和实时环境监测技术奠定了坚实的基础。
相关研究成果以“Multifunctional integrated electrochromic device by p-n conductive polymers for self-powered smart windows and miniaturized spectrometers”为题发表在Nature Communications上，其中通讯作者为黄飞教授、唐浩然博士与王亚中副教授，第一作者为张晓健和郝璐博士生。该研究工作得到了国家自然科学基金、国家青年基金、中国博士后科学基金以及中央高校基本科研业务费专项资金等科研项目的资助。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-67903-1
