Elektrik ile Renk Değiştiren Yeni Elektrokromik Malzeme
Fotoğraf: Elektrokromik malzemelerde renk değişimi. Kaynak: Vera Hiendl, e-conversion / LMU
Akıllı cam, rengini elektrikle hızlı bir şekilde değiştirebilir. Münih Ludwig Maximilian Üniversitesi (LMU) kimyagerleri tarafından geliştirilen yeni bir malzeme böyle bir değişiklik için hız rekoru kırdı.
Diyelim ki gece otoyolda araba kullanırken yağmur yağıyor ve arkanızdaki arabanın parlak farları göz kamaştırıyor. Böyle bir durumda otomatik olarak karartılmış bir dikiz aynasına sahip olmak ne kadar uygun? Teknik olarak, bu yarar elektrokromik malzemelere dayanmaktadır. Bir voltaj uygulandığında, ışık emilimi ve rengi değişir. Bir ışık sensörü tarafından kontrol edilen dikiz aynası, böylece göz kamaştırıcı ışığı filtreleyebilir.
Son zamanlarda, uzmanlar, var olan inorganik elektrokromik malzemelere ek olarak, yeni nesil yüksek dereceli kafes yapılarının da bu özellikle donatılabileceğini keşfettiler: kovalent organik çerçeveler, kısaca COFs (Covalent Organics Frameworks). Bunlar, uygun kombinasyonlarda kristal ve nano gözenekli ağlar oluşturan sentetik olarak üretilen organik yapı taşlarından oluşur. Renk değişimi, malzemenin oksidasyonuna veya indirgenmesine neden olan bir elektrik voltajı ile tetiklenebilir.
Modüler Yapı Prensibi
Thomas Bein (Fiziksel kimya, LMU Münih, Excellence e-conversion konuşmacısı) liderliğindeki LMU ekibi, anahtarlama hızları ve renklendirme verimliliği inorganik bileşiklerden çok daha yüksek olan COF yapıları geliştirdi. Moleküler yapı taşları değiştirilerek malzeme özellikleri geniş bir aralıkta ayarlanabildiğinden kovalent organik çerçeveler caziptir. LMU Münih ve Cambridge Üniversitesi’ndeki bilim insanları, ideal olan kovalent organik çerçeveleri tasarlamak için bu özellikten yararlandılar.
Thomas Bein ekibinin baş yazarı ve PhD öğrencisi Derya Bessinger, “COF’lerin modüler yapı prensibini kullandık ve özel bir thienoisoindigo molekülü ile amaçlarımız için mükemmel bir yapı taşı tasarladık” diyor. Kovalent organik çerçeve içine dahil edilen yeni bileşen, COF özelliklerini ne kadar güçlü bir şekilde geliştirebileceğini gösterir.
Bessinger, “örneğin, yeni malzeme ile sadece daha kısa dalga boyundaki UV ışığını veya görünür spektrumun küçük kısımlarını absorbe etmekle kalmıyor, aynı zamanda yakın Kızılötesi spektral bölgelere de fotoaktivite sağlıyoruz” diyor.
Aynı zamanda, yeni COF yapıları elektrokimyasal oksidasyona karşı çok daha hassastır. Bu, uygulanan düşük bir voltajın bile tamamen tersine çevrilebilir olan COF’lerin renk değişimini tetiklemek için yeterli olduğu anlamına gelir. Ek olarak, bu çok yüksek bir hızda gerçekleşir: Oksidasyonla tam ve belirgin bir renk değişikliği için yanıt süresi yaklaşık 0,38 saniye iken, başlangıç durumuna geri dönüş sadece yaklaşık 0,2 saniye sürer. Bu, ekibin elektrokromik organik çerçevelerini dünyanın en hızlı ve en verimli yapılarından biri haline getirir.
Uzun Vadeli Testlerde Çok Yüksek Stabilite
Yüksek hızdan özellikle iki şey sorumludur: COF’lerin iletken çerçeve yapısı, kafeste hızlı elektron taşınmasını sağlar. Optimize edilmiş gözenek boyutu sayesinde ise çevreleyen elektrolit çözeltisi her köşeye hızlı bir şekilde ulaşabilir. Oksitlenmiş COF yapısında üretilen pozitif yükün, negatif elektrolit iyonları tarafından hızlı bir şekilde telafi edilmesi gerektiğinden, bu önemlidir. Son olarak e-dönüşüm kümesinin bir parçası olan Münih bilim insanlarının ürünü, çok yüksek bir stabiliteye sahiptir. Uzun vadeli testler, malzemenin 200 oksidasyon-indirgeme döngüsünden sonra bile performansını koruyabildiğini gösterdi.
Bu temel bulgularla yayın, yeni bir yüksek performanslı elektrokromik kaplama sınıfının geliştirilmesine yardım edecek. Bunun için bariz talep, tüm bina cepheleri için değiştirilebilir güneş koruma ve gizlilik kalkanı pencereleri gibi “akıllı cam”ın mevcut uygulamalarıdır.
Kaynak: scitechdaily.com
