Qualquer pessoa que tenha um espelho retrovisor que escurece automaticamente o azul em reação aos irritantes faróis de alta luz brilhando por trás viu um filme eletrocrômico em ação.

Agora, químicos do Instituto de Tecnologia da Geórgia desenvolveram um novo método para mais segurança e, por extensão, produzir facilmente esses filmes de cisalhamento, que mudam de cor com a ajuda de uma minúscula corrente elétrica. Isso poderia torná-los disponíveis para muitas indústrias que antes não eram capazes de usá-los de maneira viável.

Na manufatura, filmes eletrocrômicos são frequentemente revestidos em outros materiais, como a superfície de um espelho, como tintas. Eles geralmente são baseados em solventes que são inflamáveis ​​e possuem vapores tóxicos, tornando-os inadequados para muitos ambientes de trabalho que dependem de máquinas de impressão e pulverização para aplicar cores.

Pesquisadores da Georgia Tech desenvolveram tintas de filme eletrocrômicas à base de água, tornando-os mais seguros para aplicação difusa em ambientes onde os tipos de precauções de segurança e equipamentos de proteção que são padrão no manuseio de produtos químicos orgânicos voláteis seriam impraticáveis.

Ambientes do dia a dia

"Nem sempre as pessoas imprimem em ambientes quimicamente seguros, "disse John Reynolds, professor nas Escolas de Química e Bioquímica da Georgia Tech e em Ciência e Engenharia de Materiais. Então, Reynolds e o primeiro autor do estudo, Brian Schmatz, que surgiu com o método à base de água, se propôs a tornar as tintas de filme eletrocrômicas mais seguras para os ambientes do dia a dia.

Houve alguns obstáculos para retirá-lo. O produto acabado teve que operar eletricamente comparável a filmes que são aplicados em um solvente orgânico, e também ser resistente à água, apesar da produção à base de água. O método de Schmatz também precisava ser logística e financeiramente realista para os produtores implementarem.

Os pesquisadores publicaram detalhes sobre sua solução e como ela atendeu aos critérios na revista ACS Central Science em 16 de agosto, 2017. Caso o processo químico avance para a produção, o futuro pode ver mais janelas, óculos de grau, ou mesmo têxteis que alternam entre cores e tons de escuridão com o clique de um botão ou com a ajuda de um interruptor de detecção de luz.

É assim que funcionam muitos espelhos retrovisores com escurecimento automático:os faróis altos do motorista atrás de você atingem um sensor de luz que aplica um leve campo elétrico ao espelho, e isso ativa a mudança de cor, ou eletrocrômico, filme, que muda para uma tonalidade mais escura.

Arco-íris eletroquímico

Os filmes eletrocrômicos do laboratório Reynolds são feitos com polímeros conjugados, moléculas orgânicas coloridas e eletroativas. Eles facilmente liberam alguns de seus elétrons mais fracamente ligados, e quando eles fazem, suas cores mudam.

Se os filmes coloridos estiverem em uma superfície transparente, quando a cor desaparecer, a superfície fica clara. A superfície deve ser condutora para que uma pequena voltagem (cerca de 1 volt) possa ser aplicada para expulsar os elétrons do polímero conjugado ou ajudá-los a voltar.

Os tons não precisam ser cinza, azul, marrom, ou de outra forma em linha reta. "Podemos fazer qualquer cor, "Reynolds disse.

' Tóxico, '' cancerígeno '

Por causa dos solventes orgânicos das tintas anteriores, a aplicação de filmes eletrocrômicos no passado exigia requisitos de segurança significativos. Seus custos podem se tornar proibitivos se o trabalho for grande, dizer, se uma empresa deseja cobrir as janelas de um prédio de escritórios com uma película eletrocrômica.

"A maioria dos laboratórios de pesquisa usa clorobenzeno como solvente. É muito tóxico. É cancerígeno, ligeiramente volátil também, "Schmatz disse." Então, não é algo que as pessoas queiram trabalhar em grande escala. "

Também, as pessoas podem simplesmente achar desagradável o cheiro de um produto químico orgânico em seu local de trabalho. Exemplos de cheiros de solvente orgânico que a maioria das pessoas já experimentou são querosene, Gasolina, ou álcool isopropílico.

Orgânico e depois aquoso

Água como solvente é muito mais segura, mas pode apresentar outros desafios. Os polímeros conjugados são produzidos em solventes orgânicos e não se dissolvem inerentemente na água. Também, os filmes impressos com tintas à base de água podem sair da chuva ou manchar com muita umidade.

A invenção de Schmatz combina o melhor dos dois mundos usando um solvente orgânico e um solvente aquoso em fases.

Primeiro, o polímero conjugado é produzido em um solvente orgânico para garantir que o material de qualidade seja feito. Isso também está alinhado com as práticas da indústria química.

"As empresas químicas realmente fazem muito esse tipo de processamento, e é vantajoso manter isso como está, para que as empresas possam continuar fazendo o que estão fazendo e adicionar este produto com mais facilidade, "Schmatz disse.

Mas então Schmatz altera o polímero conjugado - o ingrediente ativo da tinta, por assim dizer, que geralmente não é solúvel em água, de modo que realmente se dissolva na água.

"Incorporamos um gatilho químico dentro do polímero. Ele é ativado por meio de uma lavagem com água de alto pH, e que transforma o polímero orgânico solúvel em um polieletrólito solúvel em água, "disse ele." A razão pela qual queremos fazer tudo isso é para que possamos produzir o polímero em um solvente orgânico, mas depois imprima o polímero com uma tinta à base de água. "

Cutelo ultravioleta

Para garantir que o filme não manche ou escorra após a impressão e que funcione bem quando for concluído, Schmatz cliva o gatilho químico adicionado do polímero conjugado ao lançar luz ultravioleta no filme eletrocrômico.

A cadeia química solúvel em água então se torna um resíduo simples que pode ser limpo ou enxaguado. O que resta é um robusto, filme de polímero conjugado puro, que não pode mais se dissolver em água ou solventes orgânicos.

Reynolds prevê filmes eletrocrômicos em vários materiais, incluindo algum outro que não seja vidro ou plástico. "Você poderia aplicar isso à camuflagem, por exemplo, com os tecidos certos, e ter um sensor conectado a uma bateria, e faça com que ele troque as cores para combinar com a mudança de claridade ou escuridão dos arredores de um soldado. "

Além da eletrocrômica, esses polímeros conjugados também estão sendo explorados para transistores impressos, células solares, químicos e bio-sensores, monitores emissores de luz e bioeletrônica. O grupo de Reynold tem acesso a vários métodos de entrega para testar a aplicação de polímeros conjugados.

"Georgia Tech é uma universidade de engenharia focada e tem recursos de aplicação que você pode encontrar aqui, "Reynolds disse." Os vários métodos de impressão ou pulverização estão aqui - aerógrafo, revestidor de lâmina, jato de tinta. E se não temos algo, podemos construí-lo aqui. "