Kimyagerler, Akıllı Camın Rekor Sürede Rengini Değiştirmesine Yardımcı Olan Yeni Malzeme Geliştirdi
Fotoğraf : Elektrokromik malzemelerde renk değişimi.
Akıllı cam, rengini elektrik sayesinde hızla değiştirebilir. Münih’teki Ludwig-Maximilians-Üniversitesi (LMU) kimyagerleri tarafından geliştirilen yeni bir malzeme,böyle bir değişiklik için hız rekoru kırdı.
Geceleri otoyolda olduğunuzu hayal edin. Yağmur yağıyor, arkanızdaki arabanın parlak farları göz kamaştırıyor. Bu durumda otomatik olarak kararan bir dikiz aynasına sahip olmak çok uygun olurdu. Teknik olarak, bu yardımcı özellik elektrokromik malzemelere dayanmaktadır. Bir voltaj uygulandığında, ışık emilimi ve rengi değişir. Bir ışık sensörü tarafından kontrol edilen dikiz aynası, böylelikle göz kamaştırıcı ışığı filtreleyebilir.
Son zamanlarda uzmanlar, yaygın olarak bilinen inorganik elektrokromik malzemelere ek olarak, yeni nesil yüksek sıralı kafes yapılarının da bu özellik ile donatılabileceğini keşfettiler ve bunlara Kovalent Organik Kafes, kısaca KOK dediler. KOK’ler uygun kombinasyonlarda kristal ve nano gözenekli ağlar oluşturan sentetik olarak üretilmiş organik yapı bloklarından oluşurlar. Burada renk değişimi, uygulanan elektrik voltajı ile tetiklenen malzemenin oksidasyonu veya indirgenmesiyle oluşur.
Thomas Bein (Fiziksel Kimya, LMU Munich) liderliğindeki LMU ekibi, geçiş hızı ve renklendirme verimliliği inorganik bileşiklerden çok daha yüksek olan KOK yapıları geliştirmiştir. KOK’ler caziptir çünkü malzeme özellikleri moleküler yapı taşlarını değiştirerek geniş bir aralıkta ayarlanabilir. LMU Münih ve Cambridge Üniversitesi’ndeki bilim insanları, amaçları için ideal olan KOK’leri tasarlamak için özelliklerden yararlandılar.
Thomas Bein grubunda olan doktora öğrencisi ve ilk yazar Derya Bessinger, “KOK’lerin modüler yapı prensibini kullandık ve amaçlarımız için ideal yapı bloğunu spesifik bir tienoizoindigo molekülü ile tasarladık.” dedi. Bir KOK’e dahil edilen yeni bileşen, KOK’inin özelliklerini ne kadar güçlü bir şekilde iyileştirebileceğini gösterir. Bessinger,” Örneğin, yeni malzeme ile sadece daha kısa dalga boyundaki UV ışığını veya görünür spektrumun küçük kısımlarını emmekle kalmıyor, aynı zamanda yakın Kızılötesi spektral bölgelere de fotoaktivite sağlıyoruz .” dedi.
Ayrıca yeni KOK yapıları elektrokimyasal oksidasyona çok daha duyarlıdır. Bu, uygulanan düşük bir voltajın bile tamamen tersine çevrilebilen KOK’lerde bir renk değişikliğini 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, ilk duruma geri dönüş sadece yaklaşık 0,2 saniye sürer. Bu, e-dönüşüm ekibinin elektrokromik organik yapılarını dünyadaki en hızlı ve en verimli hale getirir.
Yüksek hızdan özellikle iki şey sorumludur: KOK’lerin iletken kafes yapısı, kafeste hızlı elektron taşınmasını sağlar. Optimize edilmiş gözenek boyutu sayesinde, çevreleyen elektrolit solüsyonu her köşeye hızla ulaşabilir. Bu önemlidir çünkü oksitlenmiş KOK yapısında üretilen pozitif yükün, negatif elektrolit iyonları tarafından hızla dengelenmesi gerekir. Son olarak önemli noktalardan bir tanesi de Münih bilim insanlarının ürünü çok yüksek bir kararlılığa sahiptir. Uzun süreli testler, malzemenin 200 oksidasyon-indirgeme döngüsünden sonra bile performansını koruyabildiğini gösterdi.
Yayında ki bu temel bulgularla, yeni bir yüksek performanslı elektrokromik kaplama sınıfının geliştirilmesi ilerletilebilir. Tüm bina cepheleri için değiştirilebilir güneş koruma ve gizlilik kalkanı pencereleri gibi “akıllı cam”ın mevcut uygulamaları talep görmektedir.
Kaynak:phys.org
