مقدمه ای بر مواد الکتروکرومیک

مواد الکتروکرومیک دسته ای از مواد هستند که می توانند با اعمال میدان الکتریکی خارجی یا جریان الکتریکی تغییر رنگ دهند. این تغییر رنگ برگشت پذیر و قابل کنترل است. به دلیل این ویژگی منحصر به فرد، مواد الکتروکرومیک علاقه زیادی به علم مواد و اپتوالکترونیک به خود جلب کرده است.

امروزه این مواد در کاربردهایی مانند نمایشگرهای الکترونیکی، دستگاه‌های پوشیدنی، پنجره‌های هوشمند و حسگرهای نوری پتانسیل بالایی از خود نشان می‌دهند. توانایی آنها در کنترل فعال رنگ و انتقال نور آنها را برای نسل بعدی{1}مواد هوشمند مهم می کند.

مواد الکتروکرومیک را می توان بر اساس ترکیب و مکانیسم کار به چند دسته اصلی تقسیم کرد.

 کریستال های مایع الکتروکرومیک

کریستال های مایع الکتروکرومیک بر اساس ساختارهای مولکولی کریستال مایع هستند. تغییرات رنگ زمانی اتفاق می‌افتد که میدان الکتریکی ترتیب مولکول‌های کریستال مایع را تغییر دهد. این نوع مواد به دلیل پاسخ سریع خود شناخته شده است و معمولاً برای برنامه های کاربردی مرتبط با نمایش{2}} مورد مطالعه قرار می گیرد.

 پلیمرهای الکتروکرومیک

پلیمرهای الکتروکرومیک مواد آلی با خاصیت جذب نور قابل تنظیم هستند. رنگ آنها را می توان با تغییر ساختار مولکولی یا حالت بار پلیمر تغییر داد. این مواد سبک وزن، انعطاف پذیر و مناسب برای لوازم الکترونیکی پوشیدنی و نمایشگرهای انعطاف پذیر هستند.

 مواد معدنی الکتروکرومیک

مواد معدنی الکتروکرومیک عمدتاً بر پایه اکسیدهای فلزی، مواد مبتنی بر{0}سیلیکون یا سایر ترکیبات معدنی هستند. تغییرات رنگ با تنظیم ساختار کریستالی یا سطوح انرژی الکترونیکی حاصل می شود. این مواد به دلیل پایداری و عمر طولانی آنها ارزشمند هستند.

علاوه بر دسته بندی های اصلی بالا، چندین ماده الکتروکرومیک دیگر نیز به طور فعال مورد مطالعه و استفاده قرار می گیرند.

• اکسیدهای فلزات الکتروکرومیک

اکسیدهای فلزی مانند اکسید تنگستن، اکسید منگنز و اکسید کبالت عملکرد الکتروکرومیک قوی از خود نشان می دهند. تغییرات رنگ ناشی از تغییر در حالت اکسیداسیون یا ساختار شبکه است. این مواد به طور گسترده در پنجره های هوشمند، باتری ها و سیستم های حسگر نوری استفاده می شوند.

• نقاط کوانتومی الکتروکرومیک

نقاط کوانتومی مواد نیمه هادی در مقیاس نانو با اندازه قوی و اثرات کوانتومی هستند. با تنظیم اندازه و ترکیب آنها، می توان جذب نور و انتشار آنها را تنظیم کرد و رفتار الکتروکرومیک را امکان پذیر کرد. آنها پتانسیل امیدوارکننده ای را برای فناوری نمایشگر و دستگاه های الکترونیک نوری ارائه می دهند.

• رنگهای آلی الکتروکرومیک

رنگ های آلی دارای ساختارهای مولکولی متنوع و طیف های جذب قابل تنظیم هستند. اثرات الکتروکرومیک را می توان با تغییر ساختار مولکولی یا حالت بار بدست آورد. این مواد برای نمایشگرها و کاربردهای پوشیدنی که انعطاف پذیری و تنوع رنگ مورد نیاز است مناسب هستند.

اصل کار مواد الکتروکرومیک بر اساس اثر الکتروکرومیک است. هنگامی که یک میدان الکتریکی یا جریان اعمال می شود، بارهای درون ماده دوباره توزیع می شود، یا سطوح انرژی الکترونیکی تغییر می کند. این باعث تغییر در جذب، بازتاب یا انتقال نور می شود که منجر به تغییر رنگ قابل مشاهده می شود.

در بیشتر موارد، این فرآیند برگشت پذیر است. هنگامی که محرک الکتریکی حذف می شود، ماده به رنگ اولیه خود باز می گردد. این برگشت پذیری برای استفاده مکرر و طولانی مدت ضروری است.

چندین عامل کلیدی برای ارزیابی عملکرد مواد الکتروکرومیک استفاده می شود.

• محدوده تغییر رنگ

محدوده تغییر رنگ به این موضوع اشاره دارد که یک ماده می تواند تحت تحریک الکتریکی به چند رنگ یا سایه مختلف دست یابد. دامنه وسیع تر، انعطاف پذیری را در کاربردهای نمایش، دکوراسیون و طراحی افزایش می دهد.

• زمان پاسخگویی

زمان پاسخ، زمان مورد نیاز برای رسیدن مواد به رنگ ثابت پس از اعمال سیگنال الکتریکی است. زمان پاسخ سریع‌تر برای برنامه‌های نمایش زمان واقعی و کنترل پویا بسیار مهم است.

• محدوده کنترل انتقال

این به محدوده تنظیم انتقال نور در هنگام تغییر رنگ اشاره دارد. گستره عبور وسیع تر امکان کنترل بهتر جذب و انعکاس نور را فراهم می کند، که به ویژه برای پنجره های هوشمند و نمایشگرهای نوری مهم است.

• پایداری و دوام

مواد الکتروکرومیک باید عملکرد پایدار را در دوره های طولانی و چرخه های تعویض مکرر حفظ کنند. پایداری و دوام بالا شاخص های کلیدی برای قابلیت اطمینان و استفاده تجاری هستند.

• نمایشگرهای اپتوالکترونیک

مواد الکتروکرومیک به طور گسترده برای دستگاه‌های پوشیدنی، تلفن‌های هوشمند، کتاب‌های الکترونیکی-و کاغذ الکترونیکی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. آنها مصرف برق کم، رنگ های قابل تنظیم و دید خوب را ارائه می دهند.

• ویندوز هوشمند

در ساختمان ها و وسایل نقلیه، مواد الکتروکرومیک پنجره های هوشمند را با قابلیت انتقال نور و عایق حرارتی قابل تنظیم می کنند. این امر راحتی داخل خانه را بهبود می بخشد و مصرف انرژی را کاهش می دهد.

• سنسورهای نوری

مواد الکتروکرومیک را می توان در حسگرهای نوری برای تشخیص انتخابی طول موج های خاص استفاده کرد. کاربردها شامل پایش محیطی، تجزیه و تحلیل طیفی و سنجش زیستی است.

• دکوراسیون هوشمند

این مواد را می توان در طراحی داخلی، لوازم جانبی مد و فضای داخلی خودرو نیز به کار برد. جلوه های رنگی قابل تنظیم از طراحی شخصی و تعاملی پشتیبانی می کند.

گو، اچ.سنتز و خواص پلیمرهای الکتروکرومیک D{0}}A{{1}D نیل–تیوفن. دانشگاه عادی علم و فناوری جیانگشی، 2018.

یانگ، اچ جی و همکاران. "مواد و دستگاه های الکتروکرومیک: حال و آینده."مرزهای شیمی مواد, 2017.

Granqvist، CG "Electrochromics for Smart Windows."لایه های نازک جامد, 2014.

منبع:فیزیک پلیمر (حساب عمومی)
(برخی از مطالب از اطلاعات عمومی تهیه شده است. لطفاً برای حذف در صورت وجود هرگونه تخلف با ما تماس بگیرید.)