En lys (fler)farvet fremtid for elektrokrome enheder skinner forude

Levende skærme, berigede farvevariationer og øget stabilitet er noget, alle kan se frem til at møde, efterhånden som der sker fremskridt inden for området elektrokrome enheder (ECD)

Elektrokrome enheder (ECD'er) er nyttige til at kontrollere optiske egenskaber såsom refleksion og absorption og er særligt relevante, når det kommer til brug i smarte vinduer, bakspejle og adaptiv camouflage. Desværre viser de meget anvendte elektrokrome materialer et glansløst display med minimale farveændringer og dårlig cykelstabilitet, og de skifter ofte kun mellem gennemsigtighed og en enkelt farve med træge skiftehastigheder.

Denne undersøgelse viser brugen af ​​en mere kompatibel komponent i form af et meget porøst tinoxid (SnO₂ ) nanosheet stillads, som giver bedre cykling, flere farvevariationer og en sømløs ydeevne end hvad den nuværende teknologi har at tilbyde.

Forskere publicerede deres arbejde i Nano Research .

"Vi har demonstreret en generel strategi til at øge cyklusstabiliteten og den optiske modulering af typiske elektrokrome materialer (f.eks. PANI, V₂ O₅ , WO₃ ) ved at introducere en nanostruktureret SnO₂ nanosheet stillads mellem aktive elektrokrome materialer og de ledende substrater," sagde Guofa Cai, forsker og forfatter til undersøgelsen.

De typiske elektrokrome materialer, der bruges nu, er polyalanin (PANI) og vanadiumpentoxid (V₂ O₅ ), men disse materialer er ikke ideelle på grund af deres dårlige vedhæftning til det underlag, de er monteret på, blandt andre problemer, der fører til dårlig cykelstabilitet og begrænset farveområde.

Inkompatible lag i "sandwich"-stilsammensætningen af ​​de fem funktionelle lag, der består af en ECD, er udgangspunktet for at skabe et bedre produkt, der er mere i stand til levende farver på skærmene og langvarig stabilitet, når du cykler mellem farvning eller blegning.

"Den porøse SnO₂ stilladset forstørrer det elektrokemiske aktive område og letter spredningen af ​​ioner, hvorved de elektrokrome egenskaber af kompositfilmene forbedres," sagde Cai.

Ved at indføre et nanostruktureret stillads mellem substratlaget og aktive elektrokrome komponenter opnås en bedre heterostruktur. Dette er takket være den øgede porøsitet af SnO₂ nanosheet stillads som giver mulighed for bedre transport af ioner mellem lagene, samt den forbedrede vedhæftningsevne. Disse ændringer, som kan virke små, har en stor effekt på den samlede ydeevne af ECD'er, når man sammenligner de samme elektrokrome materialer med og uden SnO₂ nanoark stillads.

SnO₂ stillads forbedrede farveændringer i kompositelektroden V₂ O₅ og den optiske modulering af WO₃ (wolframtrioxid) med 16 %. Desuden viste den optiske cykelstabilitet også forbedring:både WO₃ og V₂ O₅ varede over 2000 cyklusser med SnO₂ , og uden kun varede omkring henholdsvis 300 og 1300 cyklusser.

Dette er en væsentlig forskel, især for teknologier, der kan skifte fra farver og opacitet flere gange om dagen eller endda i timen, f.eks. i vinduer eller elektroniske skærme.

Brugen af ​​typiske metaloxider eller ledende polymerer som aktive elektrokrome materialer sammen med tinoxid-nanoarkstilladset er det, der tillader sådanne rige farvevariationer, som ikke er set før denne forskning. Fremadrettet kan en bredere vifte af spændende og varierende farver være i vente til ECD'er.

Dette kan forbedre udseendet og ydeevnen af ​​nye elektrokrome enheder, såsom e-papir, smarte vinduer og elektroniske skærme, og kan reducere spild senere hen, når ECD'er, der bruger mere "traditionelle" sammensætninger, ikke kan cykle korrekt og skal udskiftes.

Fremtiden for elektrokrome enheder, der bruger SnO₂ da et stillads er lyst, og undersøgelsen afslørede få, om nogen, problemer. En ting, forskerne bemærkede, var en længere skifttid end ønsket under farveprocessen. Dette kunne arbejdes på for at blive forkortet i senere gentagelser af processen, men er ikke et stort problem, især når man overvejer undersøgelsens succes i forhold til den aktuelt tilgængelige teknologi.

Flere oplysninger: Chenchen Bian et al., Komplementære flerfarvede elektrokrome enheder med fremragende stabilitet baseret på porøst tinoxid-nanoarkstillads, Nano Research (2023). DOI:10.1007/s12274-023-6103-2

Journaloplysninger: Nanoforskning

Leveret af Tsinghua University Press