Display vividi, variazioni cromatiche arricchite e maggiore stabilità sono qualcosa che tutti possono aspettarsi di incontrare man mano che vengono compiuti progressi nel campo dei dispositivi elettrocromici (ECD)
I dispositivi elettrocromici (ECD) sono utili per controllare le proprietà ottiche come riflessione e assorbimento e sono particolarmente pertinenti quando si tratta di utilizzare finestre intelligenti, specchietti retrovisori e mimetizzazione adattiva. Sfortunatamente, i materiali elettrocromici ampiamente utilizzati mostrano un display poco brillante con cambiamenti di colore minimi e scarsa stabilità del ciclo, spesso trasformandosi solo dalla trasparenza a un singolo colore con velocità di commutazione lente.
Questo studio dimostra l'uso di un componente più compatibile sotto forma di ossido di stagno altamente poroso (SnO2 ) impalcatura in nanofogli, che fornisce un ciclo migliore, più variazioni di colore e prestazioni senza interruzioni rispetto a ciò che la tecnologia attuale ha da offrire.
I ricercatori hanno pubblicato il loro lavoro su Nano Research .
"Abbiamo dimostrato una strategia generale per aumentare la stabilità del ciclo e la modulazione ottica dei tipici materiali elettrocromici (ad esempio, PANI, V2 O5 , WO3 ) introducendo un SnO2 nanostrutturato un'impalcatura di nanofogli tra i materiali elettrocromici attivi e i substrati conduttori", ha affermato Guofa Cai, ricercatore e autore dello studio.
I tipici materiali elettrocromici utilizzati ora sono la polialanina (PANI) e il pentossido di vanadio (V2 O5 ) ma questi materiali non sono ideali a causa della loro scarsa adesione al substrato su cui sono montati, oltre ad altri problemi che portano a una scarsa stabilità del ciclo e a una gamma di colori limitata.
Gli strati incompatibili nella composizione in stile "sandwich" dei cinque strati funzionali che compongono un ECD sono il punto di partenza per creare un prodotto migliore, più capace di colorazioni vivide nei display e stabilità duratura quando si passa dalla colorazione allo sbiancamento.
"Il poroso SnO2 l'impalcatura allarga l'area elettrochimica attiva e facilita la diffusione degli ioni, migliorando così le proprietà elettrocromiche dei film compositi," ha affermato Cai.
Introducendo un'impalcatura nanostrutturata tra lo strato di substrato e i componenti elettrocromici attivi, si ottiene una migliore eterostruttura. Questo grazie alla maggiore porosità del SnO2 impalcatura in nanofogli che consente un migliore trasporto degli ioni tra gli strati, nonché una migliore capacità di adesione. Questi cambiamenti, che possono sembrare piccoli, hanno un notevole effetto sulle prestazioni complessive degli ECD quando si confrontano gli stessi materiali elettrocromici con e senza SnO2 impalcatura in nanofogli.
Il SnO2 l'impalcatura ha migliorato i cambiamenti di colore nell'elettrodo composito V2 O5 e la modulazione ottica di WO3 (triossido di tungsteno) del 16%. Inoltre, anche la stabilità del ciclo ottico ha mostrato un miglioramento:entrambi WO3 e V2 O5 è durato oltre 2000 cicli con SnO2 , e senza sono durati solo circa 300 e 1300 cicli, rispettivamente.
Si tratta di una differenza significativa, soprattutto per le tecnologie che potrebbero passare dai colori all'opacità più volte al giorno o anche all'ora, come nelle finestre o nei display elettronici.
L'uso di tipici ossidi metallici o polimeri conduttori come materiali elettrocromici attivi, insieme all'impalcatura in nanofogli di ossido di stagno, sono ciò che consente variazioni di colore così ricche che non erano mai state viste prima di questa ricerca. In futuro, una gamma più ampia di colori interessanti e diversi potrebbe essere in serbo per gli ECD.
Ciò può migliorare l’aspetto e le prestazioni dei dispositivi elettrocromici emergenti come e-paper, finestre intelligenti e display elettronici e potrebbe ridurre gli sprechi in un secondo momento quando gli ECD che utilizzano composizioni più “tradizionali” non riescono a eseguire il ciclo in modo appropriato e devono essere sostituiti.
Il futuro dei dispositivi elettrocromici che utilizzano SnO2 come impalcatura è brillante e lo studio ha scoperto pochi, se non nessuno, problemi. Una cosa che i ricercatori hanno notato è stato un tempo di commutazione più lungo del previsto durante il processo di colorazione. Si potrebbe lavorare su questo aspetto per abbreviarlo nelle iterazioni successive del processo, ma non è una grande preoccupazione, soprattutto se si considera il successo dello studio sulla tecnologia attualmente disponibile.
Ulteriori informazioni: Chenchen Bian et al, Dispositivi elettrocromici multicolori complementari con eccellente stabilità basati su scaffold in nanofogli di ossido di stagno poroso, Nano Research (2023). DOI:10.1007/s12274-023-6103-2
Informazioni sul giornale: Ricerca sulla nanotecnologia
Fornito dalla Tsinghua University Press
