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2021-03-21 21:08 |
新型智能玻璃可通過電力切換快速變色
自動調(diào)光后視鏡是豪華車的基本配置之一，晚上在高速公路上行駛時，后車明亮的大燈很刺眼，在這種情況下，基于電致變色材料的后視鏡在施加電壓時，它們的吸光能力和顏色會發(fā)生變化，在光線傳感器的控制下，后視鏡可以因此過濾掉強(qiáng)烈的炫目光線。最近，專家們發(fā)現(xiàn)，除了已有的無機(jī)電致變色材料外，新一代的高度有序的晶格結(jié)構(gòu)也可以具備這種功能：所謂的共價有機(jī)框架，簡稱COF。 P /i{_r
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這種智能玻璃可以通過電力快速改變顏色，LMU-化學(xué)家開發(fā)的一種新材料已經(jīng)創(chuàng)造了這種變化的速度紀(jì)錄。它們由人工合成的有機(jī)構(gòu)件組成，在適當(dāng)?shù)慕M合下，形成結(jié)晶和納米孔網(wǎng)絡(luò)。在這里，顏色的變化可以通過施加的電壓來觸發(fā)，從而導(dǎo)致材料的氧化或還原。 'u@,,FFz[K
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由托馬斯-貝因（慕尼黑大學(xué)物理化學(xué)系）領(lǐng)導(dǎo)的LMU團(tuán)隊目前已經(jīng)開發(fā)出COF結(jié)構(gòu)，其開關(guān)速度和著色效率比無機(jī)化合物高出許多倍。COFs之所以具有吸引力，是因為其材料特性可以通過修改其分子構(gòu)件在很大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。慕尼黑大學(xué)和劍橋大學(xué)的科學(xué)家們利用這一點，設(shè)計出了非常適合他們用途的COFs。 4Z8FLA+T,
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"我們利用了COFs的模塊化構(gòu)造原理，用特定的噻吩異靛分子設(shè)計了理想的構(gòu)件，"第一作者、Thomas Bein小組的博士生Derya Bessinger說。在COF中加入新的成分，證明了它能有力地改善COF的性能。"例如，有了新材料，我們不僅可以吸收波長較短的紫外光或可見光譜的一小部分，而且還可以實現(xiàn)遠(yuǎn)至近紅外光譜區(qū)的光活性，"Bessinger說。 O0^m_
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同時，新的COF結(jié)構(gòu)對電化學(xué)氧化更為敏感。這意味著，即使是較低的外加電壓也足以引發(fā)COFs的顏色變化，而且這種變化是完全可逆的。此外，這種情況發(fā)生的速度非�？欤和ㄟ^氧化完全而明顯的顏色變化的反應(yīng)時間約為0.38秒，而還原到初始狀態(tài)只需要約0.2秒。這使得e-conversion團(tuán)隊的電致變色有機(jī)框架成為世界上速度最快、效率最高的框架之一。 r@")MOGc
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兩點原理是帶來如此高速度的原因：COFs的導(dǎo)電框架結(jié)構(gòu)使電子在晶格中快速傳輸。由于孔徑的優(yōu)化，周圍的電解質(zhì)溶液可以快速到達(dá)每個角落。這一點非常重要，因為在氧化COF結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的正電荷必須迅速被負(fù)電解質(zhì)離子進(jìn)行電荷補(bǔ)償。最后但并非最不重要的是，作為電子轉(zhuǎn)換卓越集群的一部分，這群來自慕尼黑的科學(xué)家的產(chǎn)品具有非常高的穩(wěn)定性。長期測試表明，即使經(jīng)過200次氧化還原循環(huán)，該材料仍能保持其性能。 Ckd
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有了這些基本發(fā)現(xiàn)，未來有望推進(jìn)一類新的高性能電致變色涂層的發(fā)展。目前的 "智能玻璃"，如用于整個建筑外墻的可開關(guān)式防曬窗和隱私保護(hù)窗的應(yīng)用表明了這一需求是顯而易見的。
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