Levande skärmar, berikade färgvariationer och förstärkt stabilitet är något alla kan se fram emot att möta när det görs framsteg inom området elektrokroma enheter (ECD)
Elektrokroma enheter (ECD) är användbara för att kontrollera optiska egenskaper som reflektion och absorption och är särskilt relevanta när det kommer till användning i smarta fönster, backspeglar och adaptivt kamouflage. Tyvärr uppvisar de mycket använda elektrokroma materialen en matt skärm med minimala färgförändringar och dålig cykelstabilitet, som ofta bara förvandlas mellan transparens och en enda färg med tröga växlingshastigheter.
Denna studie visar användningen av en mer kompatibel komponent i form av en mycket porös tennoxid (SnO2 ) nanosheet-ställning, som ger bättre cykling, fler färgvariationer och en sömlös prestanda än vad den nuvarande tekniken har att erbjuda.
Forskare publicerade sitt arbete i Nano Research .
"Vi har visat en generell strategi för att öka cykelstabiliteten och den optiska moduleringen av typiska elektrokroma material (t.ex. PANI, V2 O5 , WO3 ) genom att introducera en nanostrukturerad SnO2 nanosheet-ställning mellan aktiva elektrokroma material och de ledande substraten", säger Guofa Cai, forskare och författare till studien.
De typiska elektrokroma materialen som används nu är polyalanin (PANI) och vanadinpentoxid (V2 O5 ) men dessa material är inte idealiska på grund av deras dåliga vidhäftning till underlaget de är monterade på, bland annat som leder till dålig cykelstabilitet och begränsat färgområde.
Inkompatibla lager i "sandwich"-stilssammansättningen av de fem funktionella lagren som består av en ECD är utgångspunkten för att skapa en bättre produkt som är mer kapabel till livfulla färger i displayerna och långvarig stabilitet när man cyklar mellan färgning eller blekning.
"Den porösa SnO2 ställningen förstorar det elektrokemiskt aktiva området och underlättar diffusionen av joner, vilket förbättrar de elektrokroma egenskaperna hos kompositfilmerna", sa Cai.
Genom att införa en nanostrukturerad ställning mellan substratskiktet och aktiva elektrokroma komponenter uppnås en bättre heterostruktur. Detta tack vare den ökade porositeten hos SnO2 nanosheet-ställning som möjliggör bättre transport av joner mellan lagren, samt den förbättrade vidhäftningsförmågan. Dessa förändringar, som kan tyckas små, har ganska stor effekt på de övergripande prestandan för ECD när man jämför samma elektrokroma material med och utan SnO2 nanosheet ställning.
SnO2 ställningsförbättrade färgförändringar i kompositelektroden V2 O5 och den optiska moduleringen av WO3 (volframtrioxid) med 16 %. Dessutom visade den optiska cykelstabiliteten också förbättring:både WO3 och V2 O5 varade över 2000 cykler med SnO2 , och utan bara varade runt 300 respektive 1300 cykler.
Detta är en betydande skillnad, särskilt för tekniker som kan variera från färger och opacitet flera gånger per dag eller till och med per timme, som i fönster eller elektroniska skärmar.
Användningen av typiska metalloxider eller ledande polymerer som aktiva elektrokroma material, tillsammans med ställningen av tennoxid nanosheet, är det som möjliggör sådana rika färgvariationer som inte har setts innan denna forskning. Framöver kan ett bredare utbud av spännande och varierande färger finnas i beredskap för ECD.
Detta kan förbättra utseendet och prestandan hos nya elektrokroma enheter som e-papper, smarta fönster och elektroniska skärmar, och kan minska slöseriet senare när ECD-skivor som använder mer "traditionella" kompositioner misslyckas med att cykla på rätt sätt och måste bytas ut.
Framtiden för elektrokroma enheter som använder SnO2 som en ställning är en ljus sådan, och studien avslöjade få, om några, problem. En sak som forskare märkte var en längre bytestid än önskat under färgningsprocessen. Detta skulle kunna bearbetas för att förkortas i senare upprepningar av processen, men är inte ett stort problem, särskilt när man överväger framgången med studien jämfört med den för närvarande tillgängliga tekniken.
Mer information: Chenchen Bian et al., Kompletterande elektrokroma flerfärgsenheter med utmärkt stabilitet baserade på porös tennoxid-nanosheet-ställning, Nano Research (2023). DOI:10.1007/s12274-023-6103-2
Journalinformation: Nanoforskning
Tillhandahålls av Tsinghua University Press
