Farveændrende belægninger udløst af temperaturændringer

Farveskiftet kan påvirke vores opfattelse af objekter, bruges til at advare os mod farer eller farer, eller hjælpe med at spare energi. Ph.d. kandidat Weixin Zhang har udviklet organiske "fotoniske" belægninger, der skifter farve med skiftende temperaturer. Robuste smarte belægninger blev fremstillet, der let kan behandles og viser et hurtigt farveændrende svar på temperaturændringer. Disse belægninger er lovende til en række forskellige anvendelser, såsom varmestyrende "smarte" vinduer eller endda interaktive kunstværker. Zhang forsvarede denne afhandling ved afdelingen for kemiteknik og kemi den 1. september.

Kamæleon inspiration

Adaptive materialer, der ændrer farve, er interessante for visuel genkendelse, udtryk for signaler, og æstetik. Et godt eksempel fra farveverdenens naturlige verden kan ses med kamæleonen, som er en art, der kan ændre hudfarver til at camouflere og regulere kropstemperaturen.

Til hans forskning, Zhang tog inspiration fra kamæleonen til at udvikle syntetiske farveændrende belægninger, der reagerer på forskellige bølgelængder. Den første belægning er temperaturfølsom ved synlige bølgelængder (mellem 400 og 700 nm), mens den anden er en infrarød (mellem 700 og 2, 500 nm) reflekterende fotonisk belægning.

Den infrarøde belægning kan bruges til at regulere reflektion af infrarødt lys i et vindue, som igen kan bruges til at hjælpe med indendørs varmestyring. Væsentligt, dette kan opnås uden at påvirke udsynet gennem vinduet, da de usynlige "strukturelle farver" selektivt afspejler infrarøde bølgelængder.

Mere om fotoniske materialer

Zhangs belægninger er grundlæggende baseret på fotoniske materialer, som har en periodisk nanostruktur, der letter refleksion af bestemte bølgelængder af lys. Som resultat, strukturen ser derefter ud til at have den reflekterede farve.

Vigtigere, fotoniske materialer har vigtige fordele i forhold til farveændrende materialer, såsom absorptionsbaserede farvestoffer. Først, farven udstillet af et fotonisk materiale kan præcist afstemmes ved at ændre materialets nanostruktur. Dette kan opnås med minimale ændringer af selve den kemiske sammensætning og gør det ganske let at justere farven på nanostrukturen over en lang række bølgelængder.

Sekund, i betragtning af at de fotoniske materialer kun reflekterer lys ved bestemte bølgelængder, det er muligt at producere materialer, der er gennemsigtige for synligt lys, men vil afspejle længere bølgelængder, såsom infrarød stråling.

Belægningsmaterialer

I løbet af Zhangs forskning, en række forskellige adaptive temperaturresponsive fotoniske belægninger blev fremstillet. Siloxanbaserede kolesteriske flydende krystalpolymerer blev syntetiseret og derefter overtrukket på substrater ved anvendelse af en simpel filmapplikator. De resulterende fotoniske film viser hurtige og fuldstændigt reversible farveresponser på ændringer i omgivelsernes temperatur. Belægningerne kan skaleres op, hvilket gør dem interessante at bruge som temperaturindikatorer, interaktive kunstværker, og som infrarød-selektive reflekterende vinduer til hjem og andre bygninger.