Telas vívidas, variações de cores enriquecidas e estabilidade aprimorada são algo que todos podem esperar encontrar à medida que os avanços são feitos no campo dos dispositivos eletrocrômicos (ECD).



Dispositivos eletrocrômicos (ECDs) são úteis no controle de propriedades ópticas como reflexão e absorção e são particularmente pertinentes quando se trata de uso em janelas inteligentes, espelhos retrovisores e camuflagem adaptativa. Infelizmente, os materiais eletrocrômicos amplamente utilizados apresentam uma tela sem brilho com mudanças mínimas de cores e baixa estabilidade de ciclo, muitas vezes apenas transformando entre transparência e uma única cor com velocidades de comutação lentas.

Este estudo demonstra o uso de um componente mais compatível na forma de um óxido de estanho altamente poroso (SnO₂ ) andaime de nanofolhas, que oferece melhor ciclagem, mais variações de cores e desempenho perfeito do que a tecnologia atual tem a oferecer.

Pesquisadores publicaram seu trabalho na Nano Research .

"Demonstramos uma estratégia geral para aumentar a estabilidade do ciclo e a modulação óptica de materiais eletrocrômicos típicos (por exemplo, PANI, V₂ O₅ , WO₃ ) introduzindo um SnO nanoestruturado₂ andaime de nanofolhas entre materiais eletrocrômicos ativos e os substratos condutores", disse Guofa Cai, pesquisador e autor do estudo.

Os materiais eletrocrômicos típicos usados ​​agora são polialanina (PANI) e pentóxido de vanádio (V₂ O₅ ), mas esses materiais não são ideais devido à sua fraca adesão ao substrato sobre o qual estão montados, entre outros problemas que levam a uma fraca estabilidade do ciclo e a uma gama de cores limitada.

Camadas incompatíveis na composição estilo “sanduíche” das cinco camadas funcionais que compõem um ECD são o ponto de partida para a criação de um produto melhor, mais capaz de apresentar coloração vívida nos displays e estabilidade duradoura ao alternar entre coloração ou branqueamento.

"O poroso SnO₂ O andaime aumenta a área eletroquímica ativa e facilita a difusão de íons, melhorando assim as propriedades eletrocrômicas dos filmes compósitos", disse Cai.

Ao introduzir uma estrutura nanoestruturada entre a camada de substrato e os componentes eletrocrômicos ativos, é alcançada uma melhor heteroestrutura. Isto se deve ao aumento da porosidade do SnO₂ andaime de nanofolhas que permite melhor transporte de íons entre as camadas, bem como melhor capacidade de adesão. Estas mudanças, que podem parecer pequenas, têm um grande efeito no desempenho geral dos ECDs quando se comparam os mesmos materiais eletrocrômicos com e sem o SnO₂ andaime de nanofolhas.

O SnO₂ andaime melhorou mudanças de cor no eletrodo composto V₂ O₅ e a modulação óptica de WO₃ (trióxido de tungstênio) em 16%. Além disso, a estabilidade do ciclo óptico também apresentou melhora:tanto WO₃ e V₂ O₅ durou mais de 2.000 ciclos com SnO₂ , e sem durou apenas cerca de 300 e 1300 ciclos, respectivamente.

Esta é uma diferença significativa, especialmente para tecnologias que podem alternar entre cores e opacidade várias vezes por dia ou mesmo por hora, como em janelas ou displays eletrônicos.

O uso de óxidos metálicos típicos ou polímeros condutores como materiais eletrocrômicos ativos, juntamente com a estrutura de nanofolhas de óxido de estanho, são o que permite variações de cores tão ricas que não foram vistas antes desta pesquisa. No futuro, uma gama mais ampla de cores interessantes e variadas pode estar reservada para os DPIs.

Isto pode melhorar a aparência e o desempenho de dispositivos eletrocrômicos emergentes, como papel eletrônico, janelas inteligentes e displays eletrônicos, e pode reduzir o desperdício no futuro, quando os ECDs que usam composições mais "tradicionais" não conseguem circular adequadamente e precisam ser substituídos.

O futuro dos dispositivos eletrocrômicos usando SnO₂ como andaime é brilhante, e o estudo revelou poucos problemas, ou nenhum. Uma coisa que os pesquisadores notaram foi um tempo de troca mais longo do que o desejado durante o processo de coloração. Isso poderia ser trabalhado para ser encurtado em iterações posteriores do processo, mas não é uma grande preocupação, especialmente quando se considera o sucesso do estudo sobre a tecnologia atualmente disponível.

Mais informações: Chenchen Bian et al, Dispositivos eletrocrômicos multicoloridos complementares com excelente estabilidade baseados em andaime de nanofolha de óxido de estanho poroso, Nano Research (2023). DOI:10.1007/s12274-023-6103-2
Informações do diário: Nanopesquisa

Fornecido pela Imprensa da Universidade de Tsinghua