Il vetro intelligente può cambiare rapidamente colore grazie all'elettricità. Un nuovo materiale sviluppato dai chimici della Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) di Monaco di Baviera ha ora stabilito un record di velocità per un tale cambiamento.

Immagina di essere in autostrada di notte. Piove, i fari luminosi dell'auto dietro di te sono accecanti. Quanto è conveniente avere uno specchietto retrovisore che si oscura automaticamente in un caso del genere. tecnicamente, questo utile extra si basa su materiali elettrocromici. Quando viene applicata una tensione, il loro assorbimento della luce e il cambiamento di colore. Controllato da un sensore di luce, lo specchietto retrovisore può così filtrare una luce fortemente abbagliante.

Recentemente, gli esperti hanno scoperto che, oltre ai materiali elettrocromici inorganici consolidati, anche una nuova generazione di strutture reticolari altamente ordinate può essere dotata di questa capacità:i cosiddetti Covalent Organic Frameworks, COF in breve. Sono costituiti da blocchi organici prodotti sinteticamente che, in opportune combinazioni, formano reti cristalline e nanoporose. Qui, il cambiamento di colore può essere innescato da una tensione elettrica applicata che provoca un'ossidazione o una riduzione del materiale.

Il team LMU guidato da Thomas Bein (Chimica fisica, LMU Munich) ha ora sviluppato strutture COF le cui velocità di commutazione ed efficienza di colorazione sono molte volte superiori a quelle dei composti inorganici. I COF sono attraenti perché le loro proprietà del materiale possono essere regolate su un'ampia gamma modificando i loro elementi costitutivi molecolari. Gli scienziati della LMU di Monaco e dell'Università di Cambridge ne hanno approfittato per progettare COF ideali per i loro scopi.

"Abbiamo utilizzato il principio di costruzione modulare dei COF e progettato il blocco di costruzione ideale per i nostri scopi con una specifica molecola di tienoisoindigo", dice Derya Bessinger, primo autore e dottorato di ricerca. studente nel gruppo di Thomas Bein. Incorporato in un COF, il nuovo componente dimostra quanto fortemente possa migliorare le proprietà del COF. "Per esempio, con il nuovo materiale, non possiamo solo assorbire la luce UV a lunghezza d'onda più corta o piccole parti dello spettro visibile, ma anche raggiungere la fotoattività bene nelle regioni spettrali del vicino infrarosso", dice Bessinger.

Allo stesso tempo, le nuove strutture COF sono molto più sensibili all'ossidazione elettrochimica. Ciò significa che anche una bassa tensione applicata è sufficiente per innescare un cambiamento di colore dei COF, che è anche completamente reversibile. Inoltre, ciò avviene ad altissima velocità:il tempo di risposta per un completo e netto viraggio di colore per ossidazione è di circa 0,38 secondi, mentre la riduzione allo stato iniziale richiede solo circa 0,2 secondi. Ciò rende le strutture organiche elettrocromiche del team di conversione elettronica tra le più veloci ed efficienti al mondo.

Due cose in particolare sono responsabili dell'elevata velocità:la struttura conduttiva della struttura dei COF consente un rapido trasporto di elettroni nel reticolo. E grazie a una dimensione dei pori ottimizzata, la soluzione elettrolitica circostante può raggiungere rapidamente ogni angolo. Questo è essenziale perché la carica positiva generata nella struttura COF ossidata deve essere rapidamente compensata dalla carica di ioni elettroliti negativi. Ultimo, ma non per importanza, il prodotto degli scienziati di Monaco ha una stabilità molto elevata. Test a lungo termine hanno dimostrato che il materiale era in grado di mantenere le sue prestazioni anche dopo 200 cicli di ossidoriduzione.

Con queste scoperte fondamentali, la pubblicazione avanza lo sviluppo di una nuova classe di rivestimenti elettrocromici ad alte prestazioni. L'ovvia richiesta per questo è mostrata dalle attuali applicazioni di tali "vetri intelligenti" come finestre commutabili per la protezione solare e la protezione della privacy per intere facciate di edifici.