Introducció als materials electrocròmics

Els materials electrocròmics són una classe de materials que poden canviar de color quan s'aplica un camp elèctric extern o un corrent elèctric. Aquest canvi de color és reversible i controlable. A causa d'aquesta propietat única, els materials electrocròmics han despertat un gran interès en la ciència dels materials i l'optoelectrònica.

Avui dia, aquests materials mostren un gran potencial en aplicacions com ara pantalles electròniques, dispositius portàtils, finestres intel·ligents i sensors òptics. La seva capacitat de controlar activament el color i la transmissió de la llum els fa importants per als materials intel·ligents de propera-generació.

Els materials electrocròmics es poden dividir en diverses categories principals segons la seva composició i mecanisme de funcionament.

 Cristalls líquids electrocròmics

Els cristalls líquids electrocròmics es basen en estructures moleculars de cristall líquid. Els canvis de color es produeixen quan un camp elèctric altera l'alineació de les molècules de cristall líquid. Aquest tipus de material és conegut per la seva ràpida resposta i s'estudia habitualment per a aplicacions relacionades amb la visualització-.

 Polímers electrocròmics

Els polímers electrocròmics són materials orgànics amb propietats d'absorció de llum ajustables. El seu color es pot canviar modificant l'estructura molecular o l'estat de càrrega del polímer. Aquests materials són lleugers, flexibles i adequats per a aparells electrònics portàtils i pantalles flexibles.

 Materials inorgànics electrocròmics

Els materials inorgànics electrocròmics es basen principalment en òxids metàl·lics, materials a base de silici-o altres compostos inorgànics. Els canvis de color s'aconsegueixen ajustant l'estructura cristal·lina o els nivells d'energia electrònica. Aquests materials es valoren per la seva estabilitat i llarga vida útil.

A més de les categories principals anteriors, s'estudien i apliquen activament diversos altres materials electrocròmics.

• Òxids metàl·lics electrocròmics

Els òxids metàl·lics com l'òxid de tungstè, l'òxid de manganès i l'òxid de cobalt mostren un fort rendiment electrocròmic. Els canvis de color resulten de canvis en l'estat d'oxidació o en l'estructura de la xarxa. Aquests materials s'utilitzen àmpliament en finestres intel·ligents, bateries i sistemes de detecció òptica.

• Punts quàntics electrocròmics

Els punts quàntics són materials semiconductors a escala nanomètrica amb una mida forta i efectes quàntics. Ajustant la seva mida i composició, es pot ajustar la seva absorció i emissió de llum, permetent un comportament electrocròmic. Ofereixen un potencial prometedor per a la tecnologia de visualització i els dispositius optoelectrònics.

• Colorants Orgànics Electrocròmics

Els colorants orgànics tenen estructures moleculars diverses i espectres d'absorció ajustables. Els efectes electrocròmics es poden aconseguir canviant l'estructura molecular o l'estat de càrrega. Aquests materials són adequats per a pantalles i aplicacions portàtils on es requereix flexibilitat i diversitat de colors.

El principi de funcionament dels materials electrocròmics es basa en l'efecte electrocròmic. Quan s'aplica un camp elèctric o corrent, les càrregues dins del material es redistribueixen o els nivells d'energia electrònica es desplacen. Això provoca canvis en l'absorció, la reflexió o la transmissió de la llum, la qual cosa condueix a un canvi de color visible.

En la majoria dels casos, aquest procés és reversible. Quan s'elimina l'estímul elèctric, el material torna al seu color original. Aquesta reversibilitat és essencial per a un ús repetit i-a llarg termini.

S'utilitzen diversos factors clau per avaluar el rendiment del material electrocròmic.

• Interval de canvi de color

El rang de canvi de color es refereix a quants colors o matisos diferents pot aconseguir un material amb estimulació elèctrica. Una gamma més àmplia augmenta la flexibilitat en aplicacions de visualització, decoració i disseny.

• Temps de resposta

El temps de resposta és el temps necessari perquè el material assoleixi un color estable després d'aplicar un senyal elèctric. Els temps de resposta més ràpids són fonamentals per a la visualització en temps real-i aplicacions de control dinàmic.

• Interval de control de transmitància

Això fa referència al rang d'ajust de la transmissió de la llum durant el canvi de color. Un rang de transmitància més ampli permet un millor control de l'absorció i la reflexió de la llum, que és especialment important per a finestres intel·ligents i pantalles òptiques.

• Estabilitat i durabilitat

Els materials electrocròmics han de mantenir un rendiment estable durant llargs períodes i cicles de commutació repetits. L'alta estabilitat i durabilitat són indicadors clau per a la fiabilitat i l'ús comercial.

• Displays optoelectrònics

Els materials electrocròmics s'estudien àmpliament per a dispositius portàtils, telèfons intel·ligents, llibres electrònics{0}}i paper electrònic. Ofereixen un baix consum d'energia, colors ajustables i bona visibilitat.

• Windows intel·ligent

En edificis i vehicles, els materials electrocròmics permeten finestres intel·ligents amb transmissió de llum regulable i aïllament tèrmic. Això millora el confort interior i redueix el consum d'energia.

• Sensors òptics

Els materials electrocròmics es poden utilitzar en sensors òptics per detectar de manera selectiva longituds d'ona específiques. Les aplicacions inclouen monitoratge ambiental, anàlisi espectral i biodetecció.

• Decoració intel·ligent

Aquests materials també es poden aplicar en disseny d'interiors, accessoris de moda i interiors d'automòbils. Els efectes de color ajustables admeten un disseny personalitzat i interactiu.

Gu, H.Síntesi i propietats dels polímers electrocròmics d'índigo-tiofen D-A-D. Universitat Normal de Ciència i Tecnologia de Jiangxi, 2018.

Yang, HJ, et al. "Materials i dispositius electrocròmics: present i futur".Fronteres de la química dels materials, 2017.

Granqvist, CG "Electrochromics for Smart Windows".Pel·lícules sòlides fines, 2014.

Font:Física de polímers (compte públic)
(Algun contingut procedeix d'informació pública. Si us plau, poseu-vos en contacte amb nosaltres per eliminar-lo si hi ha alguna infracció.)