中科院深圳先进院刘碧录，Science子刊！

研究背景

电致变色材料是指能够在电场作用下调节颜色的材料，广泛应用于智能窗户、显示器等领域。与传统的电致变色材料相比，基于液晶的电致变色器件具有精确的电控能力、透光操作模式以及干涉色外观等优点，尤其在提供透光干涉色方面具有很大潜力。然而，传统液晶器件通常需要在高电场下工作，且易遇到稳定性问题，如光学材料的电解或电解分解等，限制了其广泛应用。因此，如何在低电场下实现丰富且高纯度的透光干涉色调控，成为了该领域的重大挑战。

成果简介

针对这一问题，中国科学院深圳先进技术研究院刘碧录教授课题组、丁宝福研究员等人携手在Science Advances期刊上发表了题为“Tunable pure interference colors of 2D titania liquid crystal with ultrasensitive electroresponse”的最新论文。该团队设计并制备了一种基于二维钛白（TiO2）液晶的电致变色器件，成功实现了超低电场下的电响应调控。通过利用二维TiO2的几何形状比约为1600的优势，该器件在6 × 10³伏每米的电场下精确对准，电响应灵敏度达到1.5 × 10−7 m²/V²，显著降低了传统液晶器件所需的电场强度。该器件在透光模式下可保持约85%的透明度，并能调节纯净且可调的干涉色。

此外，二维TiO2液晶的带隙为3.8 eV，确保了高可见光透过率，避免了材料固有颜色的影响。该团队通过优化二维TiO2液晶的双折射特性，成功实现了从0到1500 nm的可调光相位延迟，确保了干涉变色效果的高纯度和可调性。这一成果为未来的智能窗户、透明显示器等透光色调应用提供了新的技术路径，并为该领域的进一步发展奠定了坚实基础。

研究亮点

（1）实验首次提出并实现了一种基于二维钛白（TiO2）液晶的透光电干涉变色器件，展示了在所有宽带隙介质中最高的电响应灵敏度，约为1.5 × 10−7 平方米每伏特平方。

（2）实验通过设计具有超低电场驱动（6 × 103 V/m）和透光操作模式的器件，成功在超低电场下精确对齐二维TiO2液晶，保持约85%的透明度。

（3）通过优化材料和器件结构，该电致变色器件能够展示纯净且可调的干涉色，涵盖从一阶到三阶的调节范围，满足科幻感知颜色的需求。

（4）实验结果表明，该器件不仅具有高效的电响应性能，还能够在低电场驱动条件下稳定工作，且在透明模式下提供高纯度的干涉色调节功能。

图文解读

图1. 2D TiO2 LC的相变。

图2. 电场诱导的2D TiO2 LC对准

图3. 2D TiO2 LC的透光电干涉变色效应。

图4. 基于2D TiO2 LC的电致变色器件原型应用

结论展望

总之，本文报道了一种具有高电响应灵敏度的宽带隙二维TiO2液晶（LC），该液晶能够在10−3 V/m量级的超低电场下驱动，并实现可调的透光电致变色效果。这种超低电场使得相应的电致变色器件的制造能够与商业玻璃生产技术兼容，因为它可以方便地使用宏观间距的电极。基于另外两个优势——丰富的透光干涉色和无固有颜色，研究者开发了概念性的透光器件，如电干涉变色窗户，展示了其在增强隐私保护、节能和色彩美学感知方面的潜力。本研究为基于二维材料液晶的下一代大面积智能电致变色窗户奠定了基础。

文献信息

Rui Gong et al. ,Tunable pure interference colors of 2D titania liquid crystal with ultrasensitiveelectroresponse.Sci.