Chiunque disponga di uno specchietto retrovisore che oscura automaticamente il blu in reazione ai fastidiosi fari abbaglianti che abbagliano da dietro ha visto una pellicola elettrocromica in azione.

Ora, i chimici del Georgia Institute of Technology hanno sviluppato un nuovo metodo per rendere più sicuro e, per estensione, produrre facilmente questi film di taglio, che cambiano colore con l'aiuto di una minuscola corrente elettrica. Ciò potrebbe renderli disponibili a molte industrie che non sono state in grado di utilizzarli in modo fattibile prima.

Nella produzione, i film elettrocromici sono spesso rivestiti su altri materiali, come la superficie di uno specchio, come inchiostri. Di solito sono a base di solventi infiammabili e hanno fumi tossici, rendendoli inadatti a molti ambienti di lavoro che si affidano a macchine da stampa e spruzzatura per applicare i colori.

I ricercatori della Georgia Tech hanno sviluppato inchiostri a pellicola elettrocromici a base d'acqua, rendendoli più sicuri per l'applicazione diffusa in ambienti in cui i tipi di precauzioni di sicurezza e dispositivi di protezione standard nella manipolazione di sostanze chimiche organiche volatili sarebbero impraticabili.

Ambienti quotidiani

"Laddove le persone stampano non sempre in ambienti chimicamente sicuri, "ha detto John Reynolds, un professore nelle scuole di chimica e biochimica e di scienza e ingegneria dei materiali della Georgia Tech. Così Reynolds e il primo autore dello studio Brian Schmatz, che ha inventato il metodo a base d'acqua, ha deciso di rendere gli inchiostri a pellicola elettrocromici più sicuri per gli ambienti di tutti i giorni.

C'erano alcuni ostacoli per tirarlo fuori. Il prodotto finito doveva funzionare elettricamente in modo paragonabile a film che vengono applicati in un solvente organico, ed essere anche resistente all'acqua nonostante la produzione a base d'acqua. Il metodo di Schmatz doveva anche essere realistico dal punto di vista logistico e finanziario per essere implementato dai produttori.

I ricercatori hanno pubblicato dettagli sulla loro soluzione e su come ha soddisfatto i criteri nella rivista Scienze Centrali ACS il 16 agosto 2017. Se il processo chimico dovesse passare alla produzione, il futuro potrebbe vedere più finestre, occhiali da vista, o anche tessuti che alternano colori e sfumature di oscurità con il clic di un pulsante o con l'aiuto di un interruttore di rilevamento della luce.

Ecco come funzionano molti specchietti retrovisori auto oscuranti:gli abbaglianti dell'automobilista dietro di te colpiscono un sensore di luce che applica un leggero campo elettrico allo specchio, e che attiva il cambio colore, o elettrocromico, film, che passa a una tinta più scura.

Arcobaleno elettrochimico

I film elettrocromici del laboratorio Reynolds sono realizzati con polimeri coniugati, molecole organiche colorate ed elettroattive. Lasciano facilmente andare alcuni dei loro elettroni più debolmente attaccati, e quando lo fanno, i loro colori cambiano.

Se le pellicole colorate si trovano su una superficie chiara, quando il colore svanisce, la superficie diventa chiara. La superficie deve essere conduttiva in modo che possa essere applicata una piccola tensione (circa 1 volt) per far fuoriuscire gli elettroni dal polimero coniugato o aiutarli a risalire.

Le tinte non devono essere grigie, blu, Marrone, o comunque diritte. "Possiamo fare qualsiasi colore, " ha detto Reynolds.

'Tossico, ' 'cancerogeno'

A causa dei solventi organici degli inchiostri precedenti, l'applicazione di pellicole elettrocromiche in passato ha comportato requisiti di sicurezza significativi. I loro costi potrebbero diventare proibitivi se il lavoro è grande, dire, se un'azienda volesse rivestire le finestre di un edificio per uffici con una pellicola elettrocromica.

"La maggior parte dei laboratori di ricerca usa il clorobenzene come solvente. È piuttosto tossico. È cancerogeno, anche leggermente volatile, " disse Schmatz. "Allora, non è qualcosa con cui la gente vuole lavorare su larga scala".

Anche, le persone possono semplicemente trovare sgradevole l'odore di una sostanza chimica organica sul posto di lavoro. Esempi di odori di solventi organici che la maggior parte di tutti hanno sperimentato sono il cherosene, benzina, o alcool.

Organico poi acquoso

L'acqua come solvente è molto più sicura, ma può presentare altre sfide. I polimeri coniugati sono prodotti in solventi organici e non si dissolvono intrinsecamente in acqua. Anche, le pellicole stampate con inchiostri a base d'acqua potrebbero sbiadirsi sotto la pioggia o macchiarsi in caso di elevata umidità.

L'invenzione di Schmatz combina il meglio dei due mondi utilizzando un solvente organico e un solvente acquoso in fasi.

Primo, il polimero coniugato viene prodotto in un solvente organico per garantire la qualità del materiale. Questo è anche allineato con le pratiche dell'industria chimica.

"Le aziende chimiche fanno davvero molto di questo tipo di lavorazione, ed è vantaggioso tenerlo così com'è, in modo che le aziende possano continuare a fare ciò che stanno facendo e aggiungere questo prodotto più facilmente, " ha detto Schmatz.

Ma poi Schmatz altera il polimero coniugato, il principio attivo dell'inchiostro, per così dire, che di solito non è solubile in acqua, in modo che si dissolverà davvero nell'acqua.

"Incorporiamo un innesco chimico all'interno del polimero. Viene attivato attraverso un lavaggio con acqua a pH elevato, e che trasforma il polimero organico solubile in un polielettrolita solubile in acqua, " ha detto. "Il motivo per cui vogliamo fare tutto questo è per poter produrre il polimero in un solvente organico, ma poi stampa il polimero da un inchiostro a base d'acqua."

Mannaia ultravioletta

Per assicurarti che la pellicola non si sbatta o scorra dopo la stampa e che funzioni bene una volta completata, Schmatz scinde quell'innesco chimico aggiunto dal polimero coniugato illuminando la luce ultravioletta sulla pellicola elettrocromica.

La catena chimica idrosolubile diventa quindi un semplice residuo che può essere rimosso o risciacquato. Quello che resta è un robusto, film puro del polimero coniugato, che non possono più dissolversi in acqua o solventi organici.

Reynolds immagina film elettrocromici su vari materiali, compresi alcuni diversi dal vetro o dalla plastica. "Potresti applicarlo al camuffamento, Per esempio, con i tessuti giusti, e avere un sensore collegato a una batteria, e chiedigli di cambiare i colori in modo che corrispondano alla mutevole luminosità o oscurità dell'ambiente circostante di un soldato."

A parte l'elettrocromica, questi polimeri coniugati sono allo studio anche per transistor stampati, celle solari, chimici e biosensori, display emettitori di luce e bioelettronica. Il gruppo di Reynold ha accesso a una serie di metodi di consegna per testare l'applicazione dei polimeri coniugati.

"Georgia Tech è un'università di ingegneria focalizzata e ha capacità applicative che puoi trovare proprio qui, " Ha detto Reynolds. "I vari metodi di stampa o spruzzatura sono qui - aerografo, spalmatrice di lame, getto d'inchiostro. E se non abbiamo qualcosa, possiamo costruirlo qui."