Въведение в електрохромните материали

Електрохромните материали са клас материали, които могат да променят цвета си при прилагане на външно електрическо поле или електрически ток. Тази промяна на цвета е обратима и контролируема. Поради това уникално свойство, електрохромните материали привлякоха силен интерес в материалознанието и оптоелектрониката.

Днес тези материали показват голям потенциал в приложения като електронни дисплеи, носими устройства, интелигентни прозорци и оптични сензори. Способността им активно да контролират предаването на цвета и светлината ги прави важни за интелигентните материали от следващо-поколение.

Електрохромните материали могат да бъдат разделени на няколко основни категории въз основа на техния състав и механизъм на работа.

 Електрохромни течни кристали

Електрохромните течни кристали се основават на течнокристални молекулярни структури. Промени в цвета настъпват, когато електрическо поле промени подреждането на молекулите на течните кристали. Този тип материали са известни със своята бърза реакция и обикновено се изучават за приложения,-свързани с дисплеи.

 Електрохромни полимери

Електрохромните полимери са органични материали с регулируеми свойства на абсорбция на светлина. Техният цвят може да бъде променен чрез модифициране на молекулната структура или зарядното състояние на полимера. Тези материали са леки, гъвкави и подходящи за носима електроника и гъвкави дисплеи.

 Електрохромни неорганични материали

Електрохромните неорганични материали се основават главно на метални оксиди, материали на базата на -силиций или други неорганични съединения. Промените в цвета се постигат чрез регулиране на кристалната структура или електронни енергийни нива. Тези материали се ценят заради тяхната стабилност и дълъг експлоатационен живот.

В допълнение към основните категории по-горе, няколко други електрохромни материала се изучават и прилагат активно.

• Електрохромни метални оксиди

Метални оксиди като волфрамов оксид, манганов оксид и кобалтов оксид показват силно електрохромно представяне. Промените в цвета са резултат от промени в степента на окисление или структурата на решетката. Тези материали се използват широко в интелигентни прозорци, батерии и оптични сензорни системи.

• Електрохромни квантови точки

Квантовите точки са наномащабни полупроводникови материали със силен размер и квантови ефекти. Чрез регулиране на техния размер и състав, тяхното поглъщане и излъчване на светлина може да се настрои, което позволява електрохромно поведение. Те предлагат обещаващ потенциал за дисплейни технологии и оптоелектронни устройства.

• Електрохромни органични багрила

Органичните багрила имат различни молекулярни структури и регулируеми спектри на абсорбция. Електрохромните ефекти могат да бъдат постигнати чрез промяна на молекулната структура или състоянието на заряда. Тези материали са подходящи за дисплеи и носими приложения, където се изискват гъвкавост и цветово разнообразие.

Принципът на работа на електрохромните материали се основава на електрохромния ефект. Когато се приложи електрическо поле или ток, зарядите вътре в материала се преразпределят или нивата на електронна енергия се изместват. Това причинява промени в абсорбцията, отражението или предаването на светлината, което води до видима промяна на цвета.

В повечето случаи този процес е обратим. Когато електрическият стимул бъде премахнат, материалът се връща към първоначалния си цвят. Тази обратимост е от съществено значение за многократна и-продължителна употреба.

Няколко ключови фактора се използват за оценка на ефективността на електрохромния материал.

• Обхват на промяна на цвета

Диапазонът на промяна на цвета се отнася до това колко различни цветове или нюанси може да постигне даден материал при електрическа стимулация. По-широката гама увеличава гъвкавостта в приложенията за показване, декорация и дизайн.

• Време за реакция

Времето за реакция е времето, необходимо на материала да достигне стабилен цвят след подаването на електрически сигнал. По-бързите времена за реакция са критични за-приложенията за показване в реално време и динамичен контрол.

• Диапазон на контрол на предаването

Това се отнася до обхвата на регулиране на пропускливостта на светлината по време на промяна на цвета. По-широкият диапазон на пропускливост позволява по-добър контрол на абсорбцията и отразяването на светлината, което е особено важно за интелигентните прозорци и оптичните дисплеи.

• Стабилност и издръжливост

Електрохромните материали трябва да поддържат стабилна работа за дълги периоди и повтарящи се цикли на превключване. Високата стабилност и издръжливост са ключови показатели за надеждност и търговска употреба.

• Оптоелектронни дисплеи

Електрохромните материали са широко изследвани за носими устройства, смартфони, електронни -книги и електронна хартия. Те предлагат ниска консумация на енергия, регулируеми цветове и добра видимост.

• Интелигентен Windows

В сградите и превозните средства електрохромните материали позволяват интелигентни прозорци с регулируемо предаване на светлина и топлоизолация. Това подобрява комфорта на закрито и намалява консумацията на енергия.

• Оптични сензори

Електрохромните материали могат да се използват в оптични сензори за селективно откриване на специфични дължини на вълните. Приложенията включват мониторинг на околната среда, спектрален анализ и биочувствителност.

• Интелигентна декорация

Тези материали могат да се прилагат и в интериорния дизайн, модните аксесоари и автомобилния интериор. Регулируемите цветови ефекти поддържат персонализиран и интерактивен дизайн.

Гу, Х.Синтез и свойства на индиго-тиофен D-A-D електрохромни полимери. Научен и технологичен нормален университет в Дзянси, 2018 г.

Yang, HJ и др. "Електрохромни материали и устройства: настояще и бъдеще."Граници на химията на материалите, 2017.

Гранквист, CG "Електрохромика за интелигентни Windows."Тънки твърди филми, 2014.

източник:Полимерна физика (публичен акаунт)
(Някое съдържание произхожда от обществена информация. Моля, свържете се с нас за премахване, ако има някакво нарушение.)