Uvod v elektrokromne materiale

Elektrokromni materiali so razred materialov, ki lahko spremenijo barvo ob uporabi zunanjega električnega polja ali električnega toka. Ta sprememba barve je reverzibilna in nadzorovana. Zaradi te edinstvene lastnosti so elektrokromni materiali pritegnili veliko zanimanja v znanosti o materialih in optoelektroniki.

Danes ti materiali kažejo velik potencial v aplikacijah, kot so elektronski zasloni, nosljive naprave, pametna okna in optični senzorji. Zaradi njihove zmožnosti aktivnega nadzora prepustnosti barve in svetlobe so pomembni za pametne materiale naslednje-generacije.

Elektrokromne materiale lahko razdelimo v več glavnih kategorij glede na njihovo sestavo in mehanizem delovanja.

 Elektrokromni tekoči kristali

Elektrokromni tekoči kristali temeljijo na molekularnih strukturah tekočih kristalov. Spremembe barve se pojavijo, ko električno polje spremeni poravnavo molekul tekočih kristalov. Ta vrsta gradiva je znana po hitrem odzivu in se običajno preučuje za aplikacije,-povezane z zasloni.

 Elektrokromni polimeri

Elektrokromni polimeri so organski materiali z nastavljivimi lastnostmi absorpcije svetlobe. Njihovo barvo je mogoče spremeniti s spreminjanjem molekularne strukture ali stanja naboja polimera. Ti materiali so lahki, prilagodljivi in ​​primerni za nosljivo elektroniko in upogljive zaslone.

 Elektrokromni anorganski materiali

Elektrokromni anorganski materiali v glavnem temeljijo na kovinskih oksidih, materialih na osnovi-silicija ali drugih anorganskih spojinah. Barvne spremembe se dosežejo s prilagoditvijo kristalne strukture ali ravni elektronske energije. Ti materiali so cenjeni zaradi svoje stabilnosti in dolge življenjske dobe.

Poleg zgornjih glavnih kategorij se aktivno preučuje in uporablja več drugih elektrokromnih materialov.

• Elektrokromni kovinski oksidi

Kovinski oksidi, kot so volframov oksid, manganov oksid in kobaltov oksid, kažejo močno elektrokromno delovanje. Spremembe barve so posledica sprememb oksidacijskega stanja ali mrežne strukture. Ti materiali se pogosto uporabljajo v pametnih oknih, baterijah in sistemih za optično zaznavanje.

• Elektrokromne kvantne pike

Kvantne pike so nanometrski polprevodniški materiali z močnimi velikostnimi in kvantnimi učinki. S prilagoditvijo njihove velikosti in sestave je mogoče prilagoditi njihovo absorpcijo in emisijo svetlobe, kar omogoča elektrokromno obnašanje. Ponujajo obetaven potencial za zaslonsko tehnologijo in optoelektronske naprave.

• Elektrokromna organska barvila

Organska barvila imajo različne molekularne strukture in prilagodljive absorpcijske spektre. Elektrokromne učinke je mogoče doseči s spreminjanjem molekularne strukture ali stanja naboja. Ti materiali so primerni za zaslone in nosljive aplikacije, kjer sta potrebni prilagodljivost in barvna raznolikost.

Načelo delovanja elektrokromnih materialov temelji na elektrokromnem učinku. Ko se uporabi električno polje ali tok, se naboji znotraj materiala prerazporedijo ali pa se nivoji elektronske energije premaknejo. To povzroči spremembe v absorpciji, odboju ali prepustnosti svetlobe, kar vodi do vidne spremembe barve.

V večini primerov je ta proces reverzibilen. Ko je električni dražljaj odstranjen, se material vrne v prvotno barvo. Ta reverzibilnost je bistvenega pomena za večkratno in-dolgotrajno uporabo.

Za oceno učinkovitosti elektrokromnega materiala se uporablja več ključnih dejavnikov.

• Razpon spreminjanja barve

Razpon spremembe barve se nanaša na to, koliko različnih barv ali odtenkov lahko material doseže z električno stimulacijo. Širši razpon povečuje prilagodljivost pri prikazovanju, dekoraciji in oblikovanju.

• Odzivni čas

Odzivni čas je čas, ki je potreben, da material po uporabi električnega signala doseže stabilno barvo. Hitrejši odzivni časi so ključnega pomena-za aplikacije za prikaz v realnem času in dinamično krmiljenje.

• Območje nadzora prepustnosti

To se nanaša na obseg prilagajanja prepustnosti svetlobe med spreminjanjem barve. Širši razpon prepustnosti omogoča boljši nadzor absorpcije in odboja svetlobe, kar je še posebej pomembno pri pametnih oknih in optičnih zaslonih.

• Stabilnost in vzdržljivost

Elektrokromni materiali morajo ohranjati stabilno delovanje v daljših obdobjih in ponavljajočih se preklopnih ciklih. Visoka stabilnost in vzdržljivost sta ključna pokazatelja za zanesljivost in komercialno uporabo.

• Optoelektronski zasloni

Elektrokromni materiali se veliko preučujejo za nosljive naprave, pametne telefone, e-knjige in elektronski papir. Ponujajo nizko porabo energije, nastavljive barve in dobro vidljivost.

• Pametni Windows

V zgradbah in vozilih elektrokromni materiali omogočajo pametna okna z nastavljivo prepustnostjo svetlobe in toplotno izolacijo. To izboljša udobje v zaprtih prostorih in zmanjša porabo energije.

• Optični senzorji

Elektrokromne materiale je mogoče uporabiti v optičnih senzorjih za selektivno zaznavanje določenih valovnih dolžin. Aplikacije vključujejo spremljanje okolja, spektralno analizo in biosenzor.

• Pametna dekoracija

Ti materiali se lahko uporabljajo tudi v notranjem oblikovanju, modnih dodatkih in avtomobilski notranjosti. Prilagodljivi barvni učinki podpirajo prilagojeno in interaktivno oblikovanje.

Gu, H.Sinteza in lastnosti indigo-tiofen D-A-D elektrokromnih polimerov. Univerza za znanost in tehnologijo Jiangxi, 2018.

Yang, HJ, et al. "Elektrokromni materiali in naprave: sedanjost in prihodnost."Meje kemije materialov, 2017.

Granqvist, CG "Electrochromics for Smart Windows."Tanki trdni filmi, 2014.

Vir:Fizika polimerov (javni račun)
(Nekatera vsebina izvira iz javnih informacij. Obrnite se na nas za odstranitev, če gre za kakršno koli kršitev.)