Iedereen die een achteruitkijkspiegel heeft die automatisch blauw dimt als reactie op irritante grootlichtkoplampen die van achteren schitteren, heeft een elektrochrome film in actie gezien.

Nutsvoorzieningen, scheikundigen van het Georgia Institute of Technology hebben een nieuwe methode ontwikkeld om veiliger en door verlenging, gemakkelijk deze afschuiffilms produceren, die van kleur veranderen met behulp van een kleine elektrische stroom. Dit zou ze beschikbaar kunnen maken voor veel industrieën die ze voorheen niet op een haalbare manier konden gebruiken.

Bij de productie, elektrochrome films worden vaak gecoat op andere materialen, zoals het oppervlak van een spiegel, als inkten. Ze zijn meestal gebaseerd op oplosmiddelen die ontvlambaar zijn en giftige dampen hebben, waardoor ze ongeschikt zijn voor veel werkomgevingen die afhankelijk zijn van print- en spuitmachines om kleuren aan te brengen.

Georgia Tech-onderzoekers hebben elektrochrome filminkten ontwikkeld op waterbasis, waardoor ze veiliger zijn voor diffuse toepassing in omgevingen waar de soorten veiligheidsmaatregelen en beschermende uitrusting die standaard zijn bij het omgaan met vluchtige organische chemicaliën onpraktisch zouden zijn.

Dagelijkse omgevingen

"Waar mensen printen niet altijd in chemisch veilige omgevingen is, " zei John Reynolds, een professor in Georgia Tech's Schools of Chemistry and Biochemistry and Material Science and Engineering. Dus Reynolds en de eerste auteur van de studie, Brian Schmatz, die de op water gebaseerde methode bedacht, uiteengezet om elektrochrome filminkten veiliger te maken voor alledaagse omgevingen.

Er waren enkele hindernissen om het af te krijgen. Het eindproduct moest elektrisch werken vergelijkbaar met films die in een organisch oplosmiddel worden aangebracht, en ook waterbestendig zijn ondanks de productie op waterbasis. De methode van Schmatz moest ook logistiek en financieel realistisch zijn voor producenten om te implementeren.

De onderzoekers publiceerden details over hun oplossing en hoe deze aan de criteria in het tijdschrift heeft voldaan ACS Centrale Wetenschap op 16 augustus 2017. Mocht het chemische proces doorgaan naar productie, de toekomst kan meer vensters zien, voorgeschreven bril, of zelfs textiel dat met een druk op de knop of met behulp van een lichtdetectieschakelaar schakelt tussen kleuren en tinten van duisternis.

Dat is hoeveel zelfdimmende achteruitkijkspiegels werken:het grootlicht van de automobilist achter je raakt een lichtsensor die een mild elektrisch veld op de spiegel toepast, en dat activeert de kleur veranderende, of elektrochroom, film, die overgaat in een donkerdere tint.

Elektrochemische regenboog

De elektrochrome films van het Reynolds-lab zijn gemaakt met geconjugeerde polymeren, kleurrijke en elektroactieve organische moleculen. Ze laten gemakkelijk een paar van hun meer losjes gehechte elektronen los, en wanneer ze dat doen, hun kleuren verschuiven.

Als de gekleurde films zich op een helder oppervlak bevinden, als de kleur verdwijnt, het oppervlak wordt helder. Het oppervlak moet geleidend zijn zodat een kleine spanning (ongeveer 1 volt) kan worden toegepast om de elektronen van het geconjugeerde polymeer af te stoten of ze te helpen er weer op te springen.

De tinten hoeven niet grijs te zijn, blauw, bruin, of anderszins recht geregen. "We kunnen elke kleur maken, ' zei Reynolds.

'Giftig, ' 'kankerverwekkend'

Vanwege de organische oplosmiddelen van eerdere inkten, het toepassen van elektrochrome films in het verleden ging gepaard met aanzienlijke veiligheidseisen. Hun kosten kunnen onbetaalbaar worden als het werk groot is, zeggen, als een bedrijf de ramen van een kantoorgebouw wilde bedekken met een elektrochrome film.

"De meeste onderzoekslaboratoria gebruiken chloorbenzeen als oplosmiddel. Het is behoorlijk giftig. Het is kankerverwekkend, ook een beetje volatiel "Zei Schmatz. "Dus, het is niet iets waar mensen op grote schaal mee willen werken."

Ook, mensen kunnen de geur van een organische chemische stof op hun werkplek gewoon onaangenaam vinden. Voorbeelden van geuren van organische oplosmiddelen die bijna iedereen wel eens heeft ervaren, zijn kerosine, benzine, of ontsmettingsalcohol.

Organisch dan waterig

Water als oplosmiddel is veel veiliger, maar het kan andere uitdagingen opleveren. Geconjugeerde polymeren worden geproduceerd in organische oplosmiddelen en lossen niet inherent op in water. Ook, films die zijn bedrukt met inkt op waterbasis, kunnen uitwassen in de regen of vegen bij hoge luchtvochtigheid.

De uitvinding van Schmatz combineert het beste van twee werelden door een organisch oplosmiddel en een waterig oplosmiddel in fasen te gebruiken.

Eerst, het geconjugeerde polymeer wordt geproduceerd in een organisch oplosmiddel om ervoor te zorgen dat kwaliteitsmateriaal wordt gemaakt. Dat is ook in lijn met de praktijken van de chemische industrie.

"Chemische bedrijven doen echt veel van dit soort verwerking, en het is voordelig om dit te houden zoals het is, zodat de bedrijven kunnen blijven doen wat ze doen en dit product gemakkelijker kunnen toevoegen, ' zei Schmatz.

Maar dan verandert Schmatz het geconjugeerde polymeer - het actieve ingrediënt van de inkt, om zo te zeggen - dat meestal niet in water oplosbaar is, zodat het inderdaad in water zal oplossen.

"We hebben een chemische trigger ingebed in het polymeer. Het wordt geactiveerd door een hoge pH-waterwassing, en dat het organisch oplosbare polymeer omzet in een in water oplosbare polyelektrolyt, " zei hij. "De reden dat we dit allemaal willen doen, is dat we het polymeer in een organisch oplosmiddel kunnen produceren, maar print het polymeer vervolgens met een inkt op waterbasis."

Ultraviolet hakmes

Om ervoor te zorgen dat de film na het printen niet uitsmeert of uitloopt en dat hij goed functioneert als hij klaar is, Schmatz splitst die toegevoegde chemische trigger af van het geconjugeerde polymeer door ultraviolet licht op de elektrochrome film te laten schijnen.

De in water oplosbare chemische keten wordt dan een eenvoudig residu dat kan worden afgeveegd of afgespoeld. Wat overblijft is een robuust, zuivere geconjugeerde polymeerfilm, die niet meer kunnen oplossen in water of organische oplosmiddelen.

Reynolds ziet elektrochrome films op verschillende materialen, inclusief andere dan glas of plastic. "Je zou dit kunnen toepassen op camouflage, bijvoorbeeld, met het juiste textiel, en hebben een sensor aangesloten op een batterij, en laat het de kleuren veranderen om te passen bij de veranderende lichtheid of duisternis van de omgeving van een soldaat."

Afgezien van elektrochromie, deze geconjugeerde polymeren worden ook onderzocht voor gedrukte transistors, zonnepanelen, chemische en biosensoren, lichtgevende displays en bio-elektronica. De groep van Reynold heeft toegang tot een aantal leveringsmethodes om toepassing van geconjugeerde polymeren te testen.

"Georgia Tech is een gerichte technische universiteit en heeft toepassingsmogelijkheden die je hier kunt vinden, " zei Reynolds. "De verschillende methoden van printen of spuiten zijn hier - airbrush, blad coater, inkjet. En als we iets niet hebben, we kunnen het hier bouwen."