年僅34歲，985教授離世不到一年，成果登上Nature！
2025-05-26 15:52:04
作者：材料學(xué)網(wǎng) 來源：材料學(xué)網(wǎng)
分享至：
李海增，男，出生于1990年3月4日，山東大學(xué)能源與動力工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師、碩士生導(dǎo)師，2021年3月入職山東大學(xué)，學(xué)科方向為：凝聚態(tài)物理、工程熱物理。李海增還是SID顯示未來之星青年領(lǐng)袖，青年泰山學(xué)者，首屆山東省海外優(yōu)青項目獲得者，獲得Nanoscale新銳科學(xué)家獎，Microsystems & Nanoengineering 優(yōu)秀青年科學(xué)家獎，Wiley中國開放科學(xué)2022年度作者獎，任國產(chǎn)期刊Nano-Micro Letters (IF: 26.6)、Energy & Environmental Materials (IF: 15)、Materials Research Letters (IF:8.3)、Nano Materials Science (IF: 9.9)、Advanced Powder Materials (預(yù)計首個IF>10)、Frontiers of Physics (教育部主管、高等教育出版社主辦期刊, IF:7.5)青年編委。李海增博士畢業(yè)于東華大學(xué)纖維材料改性國家重點實驗室科技部重點領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊、教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(負(fù)責(zé)人：朱美芳院士)，師從王宏志教授。李海增攻讀博士學(xué)位期間獲東華大學(xué)優(yōu)博訪學(xué)資助作為交換生加入美國國家發(fā)明家科學(xué)院院士、ACS Energy Letters副主編Pooi See Lee院士課題組進(jìn)行聯(lián)合培養(yǎng)。近五年，李海增以一作或通訊作者在Joule、Advanced Materials (3篇)、Light: Science & Applications、Materials Today、Advanced Functional Materials (3篇)、ACS Energy Letters、Advanced Energy Materials、Advanced Optical Materials、Nano-Micro Letters、Nano Energy、Nanophotonics、Nanoscale Horizons、ACS Applied Materials & Interfaces等主流雜志發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇，其中多篇當(dāng)選ESI熱點論文和高被引論文。此外，李海增教授獲授權(quán)中國發(fā)明專利3項，美國專利1項。本文獻(xiàn)給 2024 年 8 月去世的作者李海增，他是一位熱情的朋友、一位好同事、一位富有創(chuàng)新精神的研究人員和一位熱情的學(xué)者，他將精力投入到電致變色領(lǐng)域十多年，為這個領(lǐng)域做出了巨大貢獻(xiàn)。他通過創(chuàng)造和領(lǐng)導(dǎo)了鋅負(fù)極基電致變色器件的開發(fā)，并加快電致變色器件在智能窗戶和顯示器中的應(yīng)用。他的離開是一個巨大的損失，電致變色領(lǐng)域?qū)⑸钋榈赜涀∷?/span>室內(nèi)溫度控制占建筑物能耗的一半。電致變色智能窗(ESW)能夠主動控制光和熱的傳輸，從而按需控制室內(nèi)溫度，從而提高建筑物的能源效率。然而，ESW的實施在色彩中性、長期耐用性、有效回收性和可集成性方面仍面臨挑戰(zhàn)。一些商用有機ESW已經(jīng)投入使用，但如何利用性能更優(yōu)的無機ESW來提高建筑能源效率仍需進(jìn)一步研究。鑒于此，山東大學(xué)李海增教授（2024年8月逝世，終年34歲）、中國海洋大學(xué)陳經(jīng)緯教授以及加拿大阿爾伯塔大學(xué)Wu Zhang探討了電致變色智能窗(ESW)的工作模式、組裝方案和實施方法。ESW有效性和運行的關(guān)鍵因素包括材料選擇以及電化學(xué)和光學(xué)工藝。此外，他們主張在無機ESW中使用雙波段調(diào)控和可逆金屬沉積技術(shù)。替代透明導(dǎo)體（例如碳納米管、石墨烯和金屬網(wǎng)格）、增材制造方法、高集成度和可改造的電致變色薄膜，可以克服成本效益、可擴展性和耐用性等問題，從而實現(xiàn)更高效、更廣泛應(yīng)用的無機ESW。相關(guān)研究成果以題為“Inorganic electrochromic smart windows for advancing building energy efficiency”發(fā)表在最新一期《Nature Reviews Clean Technology》上。智能窗按響應(yīng)刺激類型可分為：光致變色、熱致變色、液晶調(diào)光及電致變色。其中，電致變色窗因其可控性強、能耗低、雙穩(wěn)態(tài)等優(yōu)點被廣泛看好。與液晶或懸浮顆粒設(shè)備需持續(xù)供電不同，ESWs僅需施加短時電壓即可實現(xiàn)長時間調(diào)控。然而，目前仍面臨顏色失真、耐久性差、生產(chǎn)成本高、可回收性差等挑戰(zhàn)。文章指出，相較于有機材料，無機電致變色智能窗（ESWs）在光學(xué)性能、循環(huán)穩(wěn)定性和雙波段調(diào)控方面更具潛力，是未來研究與應(yīng)用的重要方向。ESW由EC裝置、透明玻璃和密封于其間的氣體間隙組成（圖1a）。ESW可以獨立控制可見光和近紅外光的透射，從而實現(xiàn)亮、冷、暗三種模式的雙波段功能。在亮模式下，ESW在可見光至近紅外波段保持高透明度（圖1b）。在冷模式下，它們允許可見光透射，但阻擋近紅外光（圖1c）。在暗模式下，它們會同時阻擋可見光和近紅外光（圖1d）。圖 1. 電致變色智能窗的光和熱調(diào)節(jié)機制高性能ESW的設(shè)計需涵蓋電化學(xué)、材料科學(xué)、器件工程等多學(xué)科知識。關(guān)鍵性能指標(biāo)包括：透光率變化（?T）大于60%；顯色指數(shù)（CRI）大于90；響應(yīng)時間少于1分鐘；工作電壓低于5伏；循環(huán)壽命達(dá)到25,000–50,000次，對應(yīng)使用壽命20–30年。文章討論了三種主要的ESW器件結(jié)構(gòu)（見圖2）：（1）傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)EC器件：基于離子插層機制（如WO?），但由于需厚儲離層，初始透光率較低，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。（2）金屬陽極型EC器件：簡化結(jié)構(gòu)，提高能效，例如基于鋅陽極的設(shè)備，已實現(xiàn)面積達(dá)80cm²，?T為67.2%，著色時間3.6秒，褪色時間2.5秒。（3）可逆金屬電沉積（RMED）器件：通過金屬沉積與溶解控制光學(xué)性能，結(jié)構(gòu)簡單，覆蓋可見和紅外波段，適用于動態(tài)窗與輻射冷卻。關(guān)鍵材料包括：（1）無機電致變色材料：如WO?、TiO?、Nb?O?，具有良好的穩(wěn)定性與調(diào)光能力。（2）有機材料：如紫精類、聚苯胺，色彩豐富、響應(yīng)快但穩(wěn)定性差。（3）電解質(zhì)：準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)（QSE）兼具液態(tài)與固態(tài)優(yōu)點，性能穩(wěn)定。（4）透明導(dǎo)電電極（TCEs）：傳統(tǒng)ITO/FTO成本高、脆性強，替代材料如石墨烯、金屬納米線、PEDOT:PSS更具商業(yè)化潛力。文中還以Box1形式系統(tǒng)列出了性能指標(biāo)計算方法，如顯色效率、響應(yīng)速率等。2021年全球ESW市場價值為26.4億美元，預(yù)計到2028年將增長至66.5億美元。ESWs可為建筑HVAC系統(tǒng)節(jié)省6–15%的能耗。在新加坡、開羅等熱帶城市，RMED型智能窗可節(jié)省高達(dá)19.7%的年HVAC能耗；而在冰島等寒冷地區(qū)節(jié)能則僅為0.3%。圖3與圖4展示了實際應(yīng)用照片和全球15個城市的模擬節(jié)能數(shù)據(jù)，最高年節(jié)能量達(dá)654.1MJ/m²。傳統(tǒng)ESWs顏色偏深藍(lán)，顯色指數(shù)低，影響室內(nèi)色彩還原。通過Ti和Mo摻雜WO?，或采用NiMoO?材料，可實現(xiàn)中性調(diào)色和高?T（如NiMoO??T為86.8%）。RMED中CuBi電沉積器件可達(dá)?TVIS=0.76，紅外反射率>70%，透光率<0.001%。關(guān)于技術(shù)整合：（1）能量存儲：部分ESWs具有電致變色與儲能雙功能，例如能量密度20.21μWh/cm²。（2）太陽能電池：與太陽能電池集成可實現(xiàn)自供電窗口或為LED等小設(shè)備供電。（3）物聯(lián)網(wǎng)（IoT）：通過傳感器控制ESW的透明度，在六座伊朗城市模擬顯示IoT-ESWs總體節(jié)能效果良好。（4）可翻新薄膜技術(shù)：可直接貼附在現(xiàn)有窗戶表面的EC薄膜，便于升級舊建筑。其成本低（約110美元/m²），切割性強，響應(yīng)時間短（2–3秒），?T超過80%。提供了良好的商業(yè)化可行性。圖 4. 電致變色智能窗戶帶來的節(jié)能效果電致變色智能窗在提高建筑能效方面展現(xiàn)出巨大潛力，特別是雙波段無機ESWs因其耐久性強、色彩中性和光學(xué)對比度高，成為研究熱點。然而，實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用仍面臨：（1）提高循環(huán)壽命至十萬次以上；（2）降低材料與生產(chǎn)成本（如替代ITO）；（3）推進(jìn)卷對卷、低毒溶劑、可持續(xù)油墨等工藝；（4）優(yōu)化封裝與回收機制。文章指出，應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)設(shè)計、推廣可翻新薄膜、發(fā)展大面積涂布技術(shù)以降低成本。以Zn陽極和QSE為代表的可回收設(shè)計亦是關(guān)鍵方向。展望未來，ESWs有望廣泛應(yīng)用于智能建筑、汽車、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域，成為全球碳中和戰(zhàn)略的一部分。
免責(zé)聲明：本網(wǎng)站所轉(zhuǎn)載的文字、圖片與視頻資料版權(quán)歸原創(chuàng)作者所有，如果涉及侵權(quán)，請第一時間聯(lián)系本網(wǎng)刪除。
