Electrochromism and Electrochromic Devices pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Cambridge University Press

作者:Paul Monk

出品人:

页数:504

译者:

出版时间:2007-12-17

价格:USD 144.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780521822695

丛书系列:

图书标签:

电致变色
固体物理
凝聚态物理
凝聚态7
d
Electrochromism
Electrochromic Devices
Materials Science
Optoelectronics
Thin Films
Display Technology
Energy Efficiency
Smart Windows
Sensors
Color Changing Materials

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具体描述

Electrochromic materials, both organic and inorganic, have widespread applications in light-attenuation, displays and analysis. Written in an accessible manner, this book provides a comprehensive treatment of all types of electrochromic systems and their many applications. Coverage develops from electrochromic scope and history to new searching presentations of optical quantification and theoretical mechanistic models. Non-electrode electrochromism and photo-electrochromism are summarised, with updated comprehensive reviews of electrochromic oxides (tungsten-trioxide particularly), metal co-ordination complexes and metal-cyanometallates, viologens and other organics; and more recent exotics such as fullerenes, hydrides, and conjugated electroactive polymers are also covered. The book concludes by examining device construction and durability. With an extensive bibliography, recent advances in the field, modern applications and a step-by-step development from simple examples to sophisticated theories, this book is ideal for researchers in materials science, polymer science, electrical engineering, physics, chemistry, bioscience and (applied) optoelectronics.

光学调控材料与器件的演进：从基础物理到前沿应用图书简介本书聚焦于一类极具潜力的先进功能材料——响应性光学材料，以及基于这些材料构建的智能可调控光电器件。本书旨在提供一个全面、深入且与时俱进的视角，探讨从基础物理化学原理到前沿工程应用的完整链条。我们不涉及特定“电致变色”（Electrochromism）主题，而是将重点放在更广泛的、依赖于外部刺激（如光照、热量、电场、机械力或化学环境变化）来实现光学特性动态可调的材料体系与器件设计。本书结构分为四大核心板块，旨在为材料科学家、器件工程师、光电子研究者及相关领域的学生提供坚实的理论基础和丰富的实践指导。 --- 第一部分：响应性光学材料的物理化学基础本部分深入探讨了驱动材料光学性质变化的底层机制。我们着重于材料的微观结构如何影响宏观的光学响应，并对多种调控机制进行分类和比较。第一章：响应性光学材料的分类与机理本章首先确立了“响应性光学材料”的广义概念，将其划分为基于电子能级跃迁、晶格畸变、相变、分子构象变化以及离子/分子嵌入脱嵌等机制的类别。详细阐述了以下关键物理化学过程： 1. 光致变色（Photochromism）的分子机理：探讨了光异构化、光解离和光诱导电子转移等机制，如何通过可逆的光化学反应实现吸收光谱的快速、无损变化。重点分析了二芳基乙烯类、螺吡喃类及偶氮苯类化合物的热力学稳定性和动力学特征。 2. 热致光学响应（Thermochromism）：考察了材料在不同温度下因晶格振动模式、分子间相互作用强度改变或固液相变导致的颜色变化。深入分析了例如胆甾相液晶（Cholesteric Liquid Crystals, CLCs）和某些过渡金属氧化物在临界温度下的光学禁带宽度调节。 3. 应力与形变致变色（Mechanochromism）：聚焦于材料在机械应力（拉伸、压缩、剪切）作用下，其内部晶体结构或高分子链拓扑结构发生的改变，进而影响其光吸收或散射特性的现象。探讨了如何通过分子堆积工程来设计高灵敏度的压致发光材料。第二章：先进合成与表征技术本章侧重于如何精确制备具有特定响应性能的材料，并掌握对其性能进行全面评估的技术。 1. 纳米尺度材料的精准构建：详细介绍了量子点（Quantum Dots, QDs）的尺寸控制合成，特别是表面钝化技术对光物理稳定性的影响。讨论了金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）的构筑模块设计，以引入可响应的客体分子或调节孔道环境。 2. 薄膜制备与界面工程：涵盖了脉冲激光沉积（PLD）、原子层沉积（ALD）和旋涂技术在制备超薄、高均匀性功能层中的应用。强调了界面缺陷对响应速度和循环稳定性的关键作用。 3. 光谱与动态表征：介绍了瞬态吸收光谱（Transient Absorption Spectroscopy）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）以及原位拉曼散射光谱在监测响应过程中的应用，用以实时解析电子激发态寿命、中间态物种以及结构演变路径。 --- 第二部分：可调控光电器件的器件物理学本部分将理论材料转化为实际工作的器件结构，重点分析了器件中的电荷传输、界面接触以及光与电相互作用的耦合效应。第三章：响应性器件的基本结构与载流子动力学本章建立了不同类型响应性器件（如开关、显示、传感器）的通用拓扑模型，并深入分析了其中的输运过程。 1. 器件中的电荷注入与传输机制：讨论了肖特基势垒、欧姆接触在半导体/电极界面上的形成，以及载流子在有机半导体或离子导体中的传输机理（如跳跃导电、Poole-Frenkel效应）。 2. 光电耦合效应：分析了外部光场或电场如何调控载流子的寿命和迁移率，特别是光生载流子在响应过程中的角色。讨论了光限制（Light Trapping）技术在提高器件灵敏度方面的作用。 3. 响应速度与能耗的优化：建立了器件响应时间（$ au$）与载流子迁移率（$mu$）、电场强度（E）之间的关系，探讨了如何通过减小离子迁移距离或提高电子传输效率来加速开关速度，并计算了工作电压下的静态功耗。第四章：器件的性能评估与可靠性分析本章关注如何客观、全面地评估一个可调控光学器件的商业化潜力。 1. 关键性能指标（KPIs）：详细定义了对比度比（Contrast Ratio）、光学透过率谱、动态范围、开关电压（或光照阈值）、以及色彩饱和度（Color Gamut）的量化方法。 2. 长期稳定性和老化机制：探讨了光、热、湿度和操作循环对器件寿命的衰减影响。分析了常见的降解路径，如材料的不可逆相变、电极腐蚀、以及封装失效导致的失效模式。 3. 加速老化测试与寿命预测模型：介绍了基于Arrhenius方程和Weibull分布的寿命预测方法，指导研究人员进行有效的加速测试方案设计。 --- 第三部分：特定功能的可调控系统集成本部分将前两部分的知识融会贯通，聚焦于当前热门且具有实际应用前景的特定功能系统集成。第五章：智能传感与信息存储系统本章探讨如何利用材料的光学响应性来实现环境监测和高密度信息记录。 1. 化学/生物传感器设计：介绍了将特定识别单元（如酶、抗体或离子选择性基团）嫁接到响应性基质上，通过目标分析物的结合引发的光学信号改变。讨论了信号放大策略，例如等离子体增强效应。 2. 多比特光学存储：阐述了如何利用材料在不同刺激下的多重稳定态（如电场+光照）来实现信息的三维或多层存储。对比了基于光聚合、晶体取向变化或氧化还原状态的可逆记录技术。第六章：能源与热管理应用本章关注如何利用动态光学特性在能源转化和热控领域实现节能和效率提升。 1. 智能窗与建筑节能：探讨了基于温度或光照自动调节透光率的动态玻璃系统。重点分析了热量调节因子（HCF）和太阳能调节系数（SHGC）的计算及其在能耗模拟中的应用。 2. 自适应散热与辐射控制：介绍了能够动态改变其在特定红外波段发射率的材料，用于被动辐射冷却（Passive Radiative Cooling）技术。分析了如何平衡可见光透过率和中远红外发射率的设计难题。 --- 第四部分：面向未来的挑战与展望第七章：新一代调控平台的探索本章展望了下一代响应性光学材料和器件可能的发展方向，聚焦于更快的速度、更低的能耗和更强的多功能集成能力。 1. 飞秒级光控材料：探讨了超快激光诱导的相变和电子态跃迁，以及如何利用这些超快过程构建下一代高速光开关。 2. 离子/电子协同调控：深入讨论了固态电解质与半导体复合体系中，离子传输与电子传输的协同作用如何实现更优的开关性能和更高的器件集成度。 3. 柔性与可穿戴光电器件：讨论了将响应性材料集成到高分子基底上的挑战，包括材料的机械兼容性、弯曲稳定性以及在动态形变下的光学性能保持能力。本书力求平衡理论的深度与应用的广度，为读者提供一个跨越材料科学、物理学和工程学的综合性学习资源。