材料科学：ナノ結晶含有ガラス・コンポジットにおける調節可能な近赤外と可視光の透過率

アモルファス金属酸化物は、光学デバイスや電子デバイス、電気化学デバイスに有用である。ガラスの特性は、こうしたガラス内での結合の配置によってほぼ決まるが、制御された方法でガラスの構造を操作することは依然として困難である。最近我々は、共有結合したナノ結晶をアモルファス材料に組み込む合成プロトコルを開発した。この「ナノクリスタル・イン・ガラス」法は、2つの機能性成分を組み合わせて1つの材料にするばかりでなく、共有結合によってガラスの構造を操作して特性を変化させることができる。本論文では、この方法が強力であることを、ニオブ酸化物（NbO_x）ガラスにスズドープ酸化インジウムを導入することによって例証するとともに、NbO_xガラスをナノ結晶と結合させた結果として新しいアモルファス構造を実現した。得られた材料は、窓から入る太陽放射の透過率を動的に制御できるという、これまで実現されたことのない光学スイッチング挙動を示す。この透明膜は、電気化学的な印加電圧を2.5 Vの範囲で変化させることによって、近赤外光と可視光を選択的に、そしてそれぞれ独立して遮断できる。また、この再構成NbO_xガラスが優れた特性を示すこと、すなわち光学コントラストが5倍になる上、2,000サイクル後も充電容量の96％が維持されるという優れた電気化学的安定性を示すことも明らかになった。

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