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科學家開發(fā)新材料 實現(xiàn)快速換色創(chuàng)造新紀錄

2021-03-19 來源:賢集網(wǎng)

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中玻網(wǎng)】智能玻璃可以通電快速改變其顏色。Ludwig-Maximilians-Universität(LMU)的化學家在慕尼黑開發(fā)的一種新材料現(xiàn)已為這種變化創(chuàng)造了速度記錄。

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  假設(shè)你晚上在高速公路上,突然下雨了,你身后汽車明亮的大燈使人眼花繚亂,在這種情況下安裝自動變暗的后視鏡有多方便。從技術(shù)上講,這種有用的附加材料是基于電致變色材料的。當施加電壓時,它們的光吸收和顏色改變。后視鏡由光傳感器控制,因此可以濾除強烈刺眼的光線。

  近期,專 家發(fā)現(xiàn),除了已建立的無機電致變色材料之外,新一代的高度有序的晶格結(jié)構(gòu)也可以配備此功能:所謂的共價有 機骨架,簡稱COF。它們由合成生產(chǎn)的有 機結(jié)構(gòu)單元組成,這些單元以適當?shù)慕M合形成晶體和納米孔網(wǎng)絡(luò)。在此,顏色變化可以通過施加的電壓觸發(fā),該電壓引起材料的氧化或還原。

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  由Thomas Bein(物理化學,慕尼黑LMU)領(lǐng)導的LMU團隊現(xiàn)已開發(fā)出COF結(jié)構(gòu),其開關(guān)速度和著色效率比無機化合物高出許多倍。COF具有吸引力,因為可以通過修改其分子構(gòu)件來在廣泛范圍內(nèi)調(diào)節(jié)其材料性能。慕尼黑LMU和劍橋大學的科學家利用這些優(yōu)勢設(shè)計了理想的COF。我們利用了COF的模塊化構(gòu)造原理,并為特定目的的硫代異靛藍分子設(shè)計了理想的構(gòu)建基塊,Thomas Bein研究小組的第 一作者兼博士生Derya Bessinger說,結(jié)合到COF中,新組件展示了它可以多么強大地改善COF的性能。

  同時,新的COF結(jié)構(gòu)對電化學氧化更為敏感。這意味著即使施加很低的電壓也足以觸發(fā)COF的顏色變化,這也是完全可逆的。此外,這種情況的發(fā)生速度非??欤和ㄟ^氧化完成完全獨特的顏色變化的響應(yīng)時間約為0.38秒,而還原到初始狀態(tài)僅需約0.2秒。這使電子轉(zhuǎn)換團隊的電致變色有 機框架躋身世界上較快,較的行列。

  造成高速的原因尤其有兩點:COF的導電骨架結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)晶格中的快速電子傳輸。并且由于優(yōu)化的孔徑,周圍的電解質(zhì)溶液可以迅速到達每個角落。這是必不可少的,因為在氧化的COF結(jié)構(gòu)中生成的正電荷必須迅速由負電解質(zhì)離子進行電荷補償。但并非不重要的是,慕尼黑科學家的產(chǎn)品具有很高的穩(wěn)定性。長期測試表明,即使經(jīng)過200次氧化還原循環(huán),該材料也能夠保持其性能。

  基于這些基本發(fā)現(xiàn),該出版物推動了新型高性能電致變色涂料的開發(fā)。當前對于這種“智能玻璃”的應(yīng)用顯示出明顯的需求,例如可用于整個建筑立面的可切換的太陽能保護和隱私保護窗。

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