近日,苏州城市学院科研学子在导师指导下,依托双层蓝磷创新材料,成功打破电致变色玻璃技术桎梏,赋予其高效调光、长效稳定的全新核心性能,为智能节能玻璃的产业化应用提供关键技术支撑。

在绿色建筑与智能汽车产业加速迭代的当下,电致变色玻璃作为兼具节能与智能属性的核心材料,正迎来技术革新的关键节点。近日,国内研发团队推出基于双层蓝磷材料的新型电致变色玻璃,凭借独特的“电场-厚度协同调控”机制,一举解决传统产品光学调控范围窄、响应效率低、稳定性不足三大痛点,为行业发展注入新动能。

传统电致变色玻璃长期受限于材料性能:无机金属氧化物(如WO₃、NiO)仅能调控可见光波段,对红外光的阻隔能力微弱;有机聚合物虽颜色可调范围广,但循环寿命常低于1万次,难以适应户外长期使用;柔性液晶材料则面临宽温域稳定性差、规模化制备难度大的困境。这些缺陷导致现有产品在建筑节能、车载天幕等场景中,无法同时满足“全波段调光”“快速响应”“长效耐用”的综合需求。

此次研发的新型玻璃,核心突破在于将双层蓝磷作为电致变色层。基于密度泛函理论(DFT)与GW近似计算,团队发现双层蓝磷具有强层间电子态耦合特性,其带隙可通过电场与厚度协同调控实现精准调节——当外电场从0增至1.1 V·nm⁻¹时,准粒子带隙从约300 meV连续降至50 meV以下,对应的光学吸收边可覆盖近红外至可见光全波段,调光范围远超传统材料。更关键的是,10-15 nm厚的双层蓝磷体系能缩短离子扩散距离,结合Al₂O₃封装技术,不仅使电致变色响应速度大幅提升,循环稳定性也显著增强,解决了“调光范围”与“使用寿命”难以兼顾的行业难题。

在结构设计上,研发团队还针对双层蓝磷的四种典型堆叠构型(AA、AA'、AB、AB')进行优化筛选。实验数据显示,AA、AA'、AB'三种堆叠构型对电场响应灵敏度高,带隙变化率超30%,可作为“活性调光层”实现动态变色;而AB构型因层间原子交错形成天然屏蔽效应,光学吸收谱变化率低于5%,适合作为“稳定基底”提升器件耐候性。这种“活性层+稳定层”的双组元设计,让玻璃既具备灵活的调光能力,又能在-30℃至90℃的宽温域环境下保持性能稳定,完美适配建筑幕墙、车载天幕等多元场景。

目前,该技术已完成关键性能验证:在建筑应用中,新型玻璃可通过调节近红外光透过率,使室内制冷能耗降低27%,远超传统玻璃15%的节能水平;在车载场景下,其紫外线阻隔率达99.9%,SPF防晒系数50+,且响应速度较全固态电解质玻璃提升30%,同时循环寿命突破15万次,满足汽车全生命周期使用需求。此外,该材料还具备优异的柔性兼容特性,未来可拓展至可穿戴设备、柔性显示屏等新兴领域。

随着“双碳”政策深化与智能座舱需求爆发,电致变色玻璃市场正以年均28%以上的速度增长。此次双层蓝磷材料的应用,不仅填补了国内高端电致变色材料的技术空白,更推动行业从“单一功能调光”向“全场景智能节能”升级。研发团队表示,下一步将推进该技术的规模化量产,预计2025年实现单位面积成本降至1800元/平方米以下,助力新型电致变色玻璃在绿色建筑、新能源汽车等领域的普及应用。