新型电致变色材料可通过电力切换快速变色

时间：2021-03-21 13:12:17 来源：作者：网络转载

　　自动调光后视镜是豪华车的基本配置之一，晚上在高速公路上行驶时，后车明亮的大灯很刺眼，在这种情况下，基于电致变色材料的后视镜在施加电压时，它们的吸光能力和颜色会发生变化，在光线传感器的控制下，后视镜可以因此过滤掉强烈的炫目光线。最近，专家们发现，除了已有的无机电致变色材料外，新一代的高度有序的晶格结构也可以具备这种功能：所谓的共价有机框架，简称COF。

　　这种智能玻璃可以通过电力快速改变颜色，LMU-化学家开发的一种新材料已经创造了这种变化的速度纪录。它们由人工合成的有机构件组成，在适当的组合下，形成结晶和纳米孔网络。在这里，颜色的变化可以通过施加的电压来触发，从而导致材料的氧化或还原。

　　由托马斯-贝因（慕尼黑大学物理化学系）领导的LMU团队目前已经开发出COF结构，其开关速度和着色效率比无机化合物高出许多倍。COFs之所以具有吸引力，是因为其材料特性可以通过修改其分子构件在很大范围内进行调整。慕尼黑大学和剑桥大学的科学家们利用这一点，设计出了非常适合他们用途的COFs。

　　"我们利用了COFs的模块化构造原理，用特定的噻吩异靛分子设计了理想的构件，"第一作者、Thomas Bein小组的博士生Derya Bessinger说。在COF中加入新的成分，证明了它能有力地改善COF的性能。"例如，有了新材料，我们不仅可以吸收波长较短的紫外光或可见光谱的一小部分，而且还可以实现远至近红外光谱区的光活性，"Bessinger说。

　　同时，新的COF结构对电化学氧化更为敏感。这意味着，即使是较低的外加电压也足以引发COFs的颜色变化，而且这种变化是完全可逆的。此外，这种情况发生的速度非常快：通过氧化完全而明显的颜色变化的反应时间约为0.38秒，而还原到初始状态只需要约0.2秒。这使得e-conversion团队的电致变色有机框架成为世界上速度最快、效率最高的框架之一。

　　两点原理是带来如此高速度的原因：COFs的导电框架结构使电子在晶格中快速传输。由于孔径的优化，周围的电解质溶液可以快速到达每个角落。这一点非常重要，因为在氧化COF结构中产生的正电荷必须迅速被负电解质离子进行电荷补偿。最后但并非最不重要的是，作为电子转换卓越集群的一部分，这群来自慕尼黑的科学家的产品具有非常高的稳定性。长期测试表明，即使经过200次氧化还原循环，该材料仍能保持其性能。

　　有了这些基本发现，未来有望推进一类新的高性能电致变色涂层的发展。目前的 "智能玻璃"，如用于整个建筑外墙的可开关式防晒窗和隐私保护窗的应用表明了这一需求是显而易见的。

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