智慧窗戶 | 德國團隊開發出電致變色薄膜材料，可快速改變顏色

CINNO Research產業資訊，德國慕尼黑，2021年3月23日——路德維希·馬克西米利安斯大學的研究人員開發出一種電致變色薄膜材料。這種材料可以快速改變其所顯示顏色，有望用於智慧窗戶設計、太陽能生產與採集，和車載顯示等領域。

根據外媒Photonics報道，這種依靠電能改變顏色的有機材料是一種高度有序晶格結構——共價有機骨架（COFs，Covalent Organic Frameworks）的一部分。這些基於有機結構單元複雜合成的材料，在適當的條件下可以形成晶體和奈米孔網路。

實驗中，研究人員外加的電壓可以透過對有機材料進行氧化或者還原的過程，改變材料的顯示顏色。

相對於基於無機化合物，該團隊基於有機材料開發出的這種COF結構，具有更高的顏色切換速度。另外，透過修飾其分子結構，研究人員還可以在很寬的範圍內調節COF的材料效能。

利用這些特性，研究人員可以設計出更為理想的COF結構。

“我們藉助了COF的模組化構造原理，針對特定目的設計了一種硫異靛藍分子，它可以用作理想的構建基塊，”該研究成果的第一作者，同時也是托馬斯·貝因（Thomas Bein）教授小組的博士生，Derya Bessinger說：“例如，使用這種新材料，我們不僅可以吸收較短波長的紫外線或可見光譜的一小部分，而且還可以在近紅外光譜區域中實現良好的光敏性。”

此外，這種新的COF結構對電化學氧化也要更敏感。即使在較低的驅動電壓下，這種材料也能夠很快地進行響應進而切換顏色，另外這一變色過程完全可逆。透過氧化過程完成特定顏色的變化，其響應時間約為0。38秒，另一方面，還原回初始狀態也僅需約0。2秒。從響應時間看，該技術比以前的COF至少好一個數量級。

這裡要說的是，有兩個因素有助於顏色的高速切換。首先，COF的導電框架結構允許電子在晶格中快速傳輸。由於具有最佳的孔徑，周圍的電解質溶液能夠迅速到達每個角落，這是必不可少的，因為氧化COF結構中生成的正電荷必須透過負電解質離子進行電荷補償。

另外，該技術還顯示出很高的穩定性。實驗測試表明，即使經過200次氧化還原迴圈，該材料也還能夠保持效能。

由於其高著色效率和快速切換，該材料的潛在應用領域包括智慧窗戶和高能效光學顯示器等。

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