CINNO Research产业资讯,德国慕尼黑,2021年3月23日——路德维希·马克西米利安斯大学的研究人员开发出一种电致变色薄膜材料。这种材料可以快速改变其所显示颜色,有望用于智能窗户设计、太阳能生产与采集,和车载显示等领域。 

 

根据外媒Photonics报道,这种依靠电能改变颜色的有机材料是一种高度有序晶格结构——共价有机骨架(COFs,Covalent Organic Frameworks)的一部分。这些基于有机结构单元复杂合成的材料,在适当的条件下可以形成晶体和纳米孔网络。 

 

实验中,研究人员外加的电压可以通过对有机材料进行氧化或者还原的过程,改变材料的显示颜色。  

 

相对于基于无机化合物,该团队基于有机材料开发出的这种COF结构,具有更高的颜色切换速度。另外,通过修饰其分子结构,研究人员还可以在很宽的范围内调节COF的材料性能。

 

利用这些特性,研究人员可以设计出更为理想的COF结构。 

 

“我们借助了COF的模块化构造原理,针对特定目的设计了一种硫异靛蓝分子,它可以用作理想的构建基块,”该研究成果的第一作者,同时也是托马斯·贝因(Thomas Bein)教授小组的博士生,Derya Bessinger说:“例如,使用这种新材料,我们不仅可以吸收较短波长的紫外线或可见光谱的一小部分,而且还可以在近红外光谱区域中实现良好的光敏性。” 

 

此外,这种新的COF结构对电化学氧化也要更敏感。即使在较低的驱动电压下,这种材料也能够很快地进行响应进而切换颜色,另外这一变色过程完全可逆。通过氧化过程完成特定颜色的变化,其响应时间约为0.38秒,另一方面,还原回初始状态也仅需约0.2秒。从响应时间看,该技术比以前的COF至少好一个数量级。 

 

这里要说的是,有两个因素有助于颜色的高速切换。首先,COF的导电框架结构允许电子在晶格中快速传输。由于具有最佳的孔径,周围的电解质溶液能够迅速到达每个角落,这是必不可少的,因为氧化COF结构中生成的正电荷必须通过负电解质离子进行电荷补偿。 

 

另外,该技术还显示出很高的稳定性。实验测试表明,即使经过200次氧化还原循环,该材料也还能够保持性能。 

 

由于其高着色效率和快速切换,该材料的潜在应用领域包括智能窗户和高能效光学显示器等。