當(dāng)前能源需求持續(xù)攀升，化石燃料枯竭及環(huán)境污染問題促使科研界致力于開發(fā)高效的能源存儲技術(shù)。在人工智能與電子技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，具備多功能特性的超級電容器成為研究熱點。通過將超級電容器與電色技術(shù)融合，構(gòu)建出的電致變色超級電容器能夠利用顏色變化實時光學(xué)監(jiān)測儲能狀態(tài)，在智能窗戶、建筑玻璃幕墻及可穿戴電子設(shè)備中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。這種集成化系統(tǒng)不僅有助于節(jié)能，還能有效防止設(shè)備過充或過載，是實現(xiàn)能源供應(yīng)可持續(xù)性的關(guān)鍵方向。

在實際應(yīng)用中，開發(fā)同時具備高性能電致變色和高能量存儲能力的材料仍面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。現(xiàn)有的氧化還原活性材料，如過渡金屬氧化物和部分共軛聚合物，雖然被廣泛應(yīng)用，但難以兼顧優(yōu)異的對比度、快速切換速度、高電容量以及良好的機械柔韌性。此外目前針對二苯并五元環(huán)類聚合物的研究主要集中在咔唑和芴衍生物，而具有剛性平面結(jié)構(gòu)和優(yōu)良空穴傳輸能力的二苯并噻吩在電致變色領(lǐng)域的探索相對滯后，且現(xiàn)有的功能化策略往往因結(jié)構(gòu)扭曲損害了分子的共軛完整性，導(dǎo)致循環(huán)穩(wěn)定性不足。

針對上述問題，由臺州學(xué)院、浙江工業(yè)大學(xué)等機構(gòu)組成的聯(lián)合研究團(tuán)隊利用澤攸科技的JS系列臺階儀進(jìn)行了系統(tǒng)研究，團(tuán)隊將二苯并噻吩單元引入電致變色超級電容器領(lǐng)域，通過在共軛骨架的3和7位點進(jìn)行對稱功能化設(shè)計，成功研制出兼具顯著顏色變化、高光學(xué)對比度及循環(huán)穩(wěn)定性的新型共軛聚合物薄膜材料。

研究團(tuán)隊通過在二苯并噻吩（DBT）單元的3,7位點對稱引入噻吩衍生物單元，設(shè)計并合成了兩種新型有機單體DBT-E和DBT-P。實驗測試與密度泛函理論計算共同證實，相比于傳統(tǒng)的2,8位點取代方式，在3,7位點進(jìn)行功能化處理能夠顯著降低單體的能量帶隙并減小分子間的扭轉(zhuǎn)角，從而有效增強了高分子骨架的共軛程度。這一分子設(shè)計策略為后續(xù)制備具有低氧化電位和高電化學(xué)穩(wěn)定性的共軛聚合物薄膜奠定了關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

圖 (a)單體與聚合物的合成路線；(b)聚合物 pDBT-E 和 pDBT-P 的電聚合過程示意圖

圖 pDBT-E (a-c, g) 與 pDBT-P (d-f, h) 薄膜的電化學(xué)聚合曲線、掃描電子顯微鏡圖像及原子力顯微鏡圖像

利用循環(huán)伏安法，研究人員在氧化銦錫玻璃基底上成功實施了單體的電化學(xué)聚合，獲得了厚度分別約為240納米和154納米的pDBT-E與pDBT-P共軛聚合物薄膜。為了精準(zhǔn)掌握薄膜的物理特性，團(tuán)隊通過掃描電子顯微鏡觀察到薄膜表面呈現(xiàn)出松散的顆粒狀堆積結(jié)構(gòu)，這種微觀形貌極大地促進(jìn)了電解質(zhì)離子的快速傳輸。在此過程中，澤攸科技的JS系列臺階儀發(fā)揮了不可替代的作用，它以高精度的測量能力準(zhǔn)確判定了聚合物薄膜的厚度規(guī)格，為評估材料的體積比容量提供了可靠的物理參數(shù)支撐。

圖 (a) pDBT-E 和 (b) pDBT-P 薄膜在 0.1 M TBAPF6/ACN 溶液中于不同工作電位下的光譜電化學(xué)圖

圖 (a) pDBT-E 和 (d) pDBT-P 薄膜在 20 至 200 mV/s 不同掃描速率下的循環(huán)伏安（CV）曲線

實驗結(jié)果顯示，pDBT-E和pDBT-P薄膜表現(xiàn)出極其優(yōu)異的多功能特性，能夠在橙黃與深藍(lán)之間進(jìn)行可逆的顏色切換，其色差值分別達(dá)到了52.4和47.4。在電化學(xué)性能方面，pDBT-P展現(xiàn)出高達(dá)每立方厘米64.6法拉的體積比容量，并且在經(jīng)過8000次循環(huán)測試后依然保持了72%的光學(xué)對比度，這一指標(biāo)代表了目前二苯并噻吩類電致變色材料的高水平。此外，由于其非擴(kuò)散限制的電容性電荷存儲機制，材料表現(xiàn)出極快的響應(yīng)速度和出色的倍率性能。

圖 (a) pDBT-E 和 (b) pDBT-P 薄膜在 2 至 50 A/cm3 不同電流密度下的恒流充放電（GCD）曲線。 (c) pDBT-E 和 (d) pDBT-P 薄膜在 2 至 50 A/cm3 不同電流密度下的體積比容量與庫侖效率。 (e) pDBT-E 和 (f) pDBT-P 薄膜在 10 A/cm3 電流密度下的 GCD 循環(huán)穩(wěn)定性

為了驗證材料的實際應(yīng)用潛力，研究團(tuán)隊以新型聚合物作為活性層，成功構(gòu)建了夾層結(jié)構(gòu)的非對稱電致變色超級電容器器件。該器件在充電和放電過程中能夠展現(xiàn)出明顯且可逆的顏色波動，將儲能狀態(tài)精確地映射為直觀的視覺信號，有效實現(xiàn)了對能量存續(xù)水平的實時監(jiān)測。這項工作不僅標(biāo)志著二苯并噻吩被成功應(yīng)用于電致變色超級電容器，也為未來開發(fā)高性能的多功能智能顯示器及可穿戴電子設(shè)備開辟了新的技術(shù)路徑。

圖 (a) 本研究中電致變色超級電容器（ESC）器件的結(jié)構(gòu)示意圖。 (b) 基于 pDBT-E 的器件（尺寸：2.5 × 2.5 cm2）在不同工作電位下的光譜電化學(xué)圖，內(nèi)插圖展示了電致變色（EC）的顏色變化。 (c) 基于 pDBT-E 的器件在 635 nm 處的開關(guān)響應(yīng)和光學(xué)對比度。 (d) 基于 pDBT-E 的器件在 20 至 200 mV/s 不同掃描速率下的循環(huán)伏安（CV）曲線。 (e) 基于 pDBT-E 的器件在 2 至 50 A/cm3 不同電流密度下的恒流充放電（GCD）曲線及 (f) 體積比容量與庫侖效率。 (g) 基于 pDBT-E 的器件在 10 A/cm3 電流密度下的 GCD 循環(huán)穩(wěn)定性。 (h) 基于 pDBT-E 的器件在 10 A/cm3 電流密度下，635 nm 處的透光率變化與 GCD 曲線的關(guān)聯(lián)圖，及相應(yīng)的顏色變化

澤攸科技JS系列臺階儀作為國產(chǎn)高精度表面測量設(shè)備的代表，憑借其創(chuàng)新的技術(shù)架構(gòu)、靈活的應(yīng)用場景及可靠的測量性能，可以對微納結(jié)構(gòu)進(jìn)行膜厚和臺階高度、表面形貌、表面波紋和表面粗糙度等的測量，在高校、研究實驗室和研究所、半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體、高亮度LED、太陽能、MEMS微機電、觸摸屏、汽車、醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。作為國產(chǎn)科學(xué)儀器的突破性成果，JS系列臺階儀打破了國外品牌在表面測量設(shè)備領(lǐng)域的長期壟斷，憑借高性價比與本地化服務(wù)優(yōu)勢，成為國內(nèi)高校、科研機構(gòu)及制造企業(yè)的優(yōu)選設(shè)備。

圖 澤攸科技JS系列臺階儀

澤攸科技專注于掃描電子顯微鏡、原位測量系統(tǒng)、臺階儀、納米位移臺、光柵尺、探針臺、電子束光刻機、二維材料轉(zhuǎn)移臺、超高真空組件及配件、壓電物鏡、等離子體化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)等精密設(shè)備的研究，滿足國家在科學(xué)精密儀器領(lǐng)域的諸多空白。澤攸科技以自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)為核心，依托一支專業(yè)的研發(fā)與生產(chǎn)團(tuán)隊，經(jīng)過二十多年的技術(shù)積累，在半導(dǎo)體加工設(shè)備和材料表征測量領(lǐng)域已屬于國內(nèi)頭部。公司承擔(dān)和參與了國家重點研發(fā)計劃、國家重大科研裝備研制項目等多個重量級科研項目，多次實現(xiàn)國內(nèi)材料表征測量設(shè)備的“國產(chǎn)替代"，相關(guān)產(chǎn)品具有較好的國際聲譽、產(chǎn)品檢測數(shù)據(jù)被國際盛名期刊采納。