Forskare har utvecklat en genomskinlig glasskärm med ett högt vitt ljuskontrastförhållande som smidigt övergår mellan ett brett spektrum av färger när den är elektriskt laddad. Teknologin, från forskare vid Jilin University i Changchun, Kina, övervinner begränsningar hos befintliga elektrokroma enheter genom att utnyttja interaktioner mellan metalljoner och ligander, öppnar dörren för många framtida applikationer. Verket visas 10 mars i tidskriften Chem .

"Vi tror att metoden bakom denna genomskinlighet, icke-emitterande display kan påskynda utvecklingen av transparent, ögonvänliga skärmar med förbättrad läsbarhet för ljusa arbetsförhållanden, säger Yu-Mo Zhang, en docent i kemi vid Jilin University och en författare om studien. "Som en oundviklig displayteknologi inom en snar framtid, icke-emitterande genomskinliga skärmar kommer att vara allestädes närvarande och oersättliga som en del av Internet of Things, där fysiska objekt är sammankopplade genom programvara."

Med applicering av spänning, elektrokroma displayer erbjuder en plattform där ljusets egenskaper kan manipuleras kontinuerligt och reversibelt. Dessa enheter har föreslagits för användning i Windows, energibesparande elektroniska prislappar, flashiga skyltar, backspeglar, förstärkt virtuell verklighet, och även konstgjorda iris. Dock, nuvarande modeller har begränsningar - de tenderar att ha låga kontrastförhållanden, speciellt för vitt ljus, dålig stabilitet, och begränsade färgvariationer, som alla har hindrat elektrokroma bildskärmar från att nå sin tekniska potential.

För att övervinna dessa brister, Yuyang Wang och kollegor utvecklade ett enkelt kemiskt tillvägagångssätt där metalljoner framkallar en mängd olika växlingsbara färgämnen att ta på sig specifika strukturer, stabilisera dem sedan när de har nått önskade konfigurationer. För att utlösa en färgändring, det elektriska fältet appliceras helt enkelt för att byta metalljonernas valens, bildar nya bindningar mellan metalljonerna och molekylära omkopplare.

"Till skillnad från de traditionella elektrokroma materialen, vars färgskiftande motiv och redoxmotiv finns på samma plats, detta nya material är ett indirekt-redox-färgförändrande system som består av omkopplingsbara färgämnen och multivalenta metalljoner, säger Zhang.

För att testa detta tillvägagångssätt, forskarna tillverkade en elektrokrom enhet genom att injicera ett material som innehåller metallsalter, färgämnen, elektrolyter, och lösningsmedel i en sandwichad anordning med två elektroder och adhesiv som distans. Nästa, de utförde ett batteri av ljusspektrum och elektrokemiska tester, upptäckt att enheterna effektivt kunde uppnå cyan, magenta, gul, röd, grön, svart, rosa, lila, och gråsvarta skärmar, samtidigt som ett högt kontrastförhållande bibehålls. Prototypen skiftade också sömlöst från en färglös, transparent display till svart – den mest användbara färgen för kommersiella applikationer – med hög färgeffektivitet, låg transmittansändringsspänning, och ett vitt ljuskontrastförhållande som skulle vara lämpligt för riktiga transparenta skärmar.

"Den låga kostnaden och den enkla beredningsprocessen för denna glasenhet kommer också att gynna dess skalbara produktion och kommersiella applikationer, " konstaterar Zhang.

Nästa, forskarna planerar att optimera skärmens prestanda så att den snabbt kan uppfylla kraven på avancerade skärmar för verkliga tillämpningar. Dessutom, för att undvika läckage från dess flytande komponenter, de planerar att utveckla förbättrad tillverkningsteknik som kan producera fasta eller halvfasta elektrokromiska enheter.

"Vi hoppas att fler och fler visionära forskare och ingenjörer samarbetar med varandra för att optimera de elektrokroma displayerna och främja deras kommersialisering, säger Zhang.