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摘要

光致变色材料作为一种自适应型智能材料, 在智能窗户、光电传感器、光学存储等领域均有广泛的应用. 稀土含氧氢化物(REH _xO _y)薄膜作为一种新型光致变色材料, 自发现以来, 就以其高效可逆的变色性能、简单可重复的制备方法、快速的着褪色时间受到了大量的关注. 本文基于近年来针对稀土含氧氢化物光致变色薄膜的结构组成、变色机理、性能调控的研究现状进行了综述. REH _xO _y薄膜可以响应紫外光和可见光的激发, 对全光谱波段透过率进行大幅调节. 光致变色机理可归类为晶格收缩机制、氧交换机制、局部金属相变、氢迁移机制4种解释. 目前可以通过控制薄膜形貌、设计化学组分、提高衬底适配、多层膜结构设计等方式进行性能调控. 最后对薄膜之后的研究重点进行了展望.

关键词:

Abstract

Photochromic material, as an adaptive smart material, has a wide range of applications in smart windows, photoelectric sensors, optical storage, etc. Oxygen-containing rare-earth metal hydride (REH _xO _y) film, a new type of photochromic material, has attracted the attention of researchers for its efficient and reversible color-changing properties, simple and reproducible preparation methods, and fast darkening-bleaching time. In this paper we review the current research status of structural composition, color change mechanism, and property modulation of oxygen-containing rare-earth metal hydride films. Exposure to visible light and ultraviolet (UV) light can lead the optical transmission of visible and infrared (IR) light to degrade. The photochromic mechanisms can be grouped into four mechanisms: lattice contraction mechanism, oxygen exchange mechanism, local metal phase change, and hydrogen migration mechanism. Currently, performance can be tuned by controlling film morphology, designing chemical components, improving substrate adaptation, multilayer film structure design, etc. Finally, the future research focus of thin film is prospected.

Keywords:

作者及机构信息

1.
2.

通信作者:曹逊,cxun@mail.sic.ac.cn

基金项目:中国科学院ANSO国际合作专项(批准号: ANSO-CR-KP-2021-01)和国家自然科学基金(批准号: 51972328, 62175248)资助的课题.

Authors and contacts

1.
2.

Corresponding author:Cao Xun,cxun@mail.sic.ac.cn

Funds:Project supported by ANSO International Cooperation Project of Chinese Academy of Sciences (Grant No. ANSO-CR-KP-2021-01) and the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 51972328, 62175248).

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施引文献

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Type of the material		Name of material	Photochromism principle	Method of bleaching	Color change
Organic		Diarylethenes	Photocyclization reaction	Expose to visible light	Colorless → red
		Fulgide	Photochemical conrotatory	Expose to visible light	Pale yellow → red
		Spriopyran	Hetetolytic cleavage/photocyclization	Expose to visible light/heating	Colorless → purple
		Naphthopyarn	Hetetolytic cleavage/photocyclization	Removing UV	Colorless → gray
Inorganic	TMOs	WO₃	Photon prompted redox reaction	Removing UV	Colorless → blue
		TiO₂	Photon prompted redox reaction	Removing UV and exposing to air	Faint yellow → black
		MoO₃	Intercalation-deintercalation of univalent cations	Removing UV	White → blue
	Metal halides	Lead chloride [Pb₃Cl₆(CV)]H₂O]_n	Light-triggered electron transfer	Removing UV/ anneal in air	Pale yellow → blue
	Metal halides	AgCl	Light-triggered reversible decomposition	Removing UV	Transparent → brown

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Element	Atomic mass	Ion size/nm	Sputtering pressure/Pa	Band gap/eV	ΔT/%	文献
Y	89	0.090	0.4	2.6	37	[14]
Gd	157.25	0.094	0.6	2.25	45	[14]
Dy	162.5	0.091	0.6	2.25	33	[14]
Er	167.26	0.088	0.6	2.4	35	[14]

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