Инновационные умные материалы обладают способностью одновременно изменять цвет и накапливать электрическую энергию. Эта технология может быть использована в самозатемняющихся окнах, которые также будут аккумулировать солнечную энергию.
В основе работы докторанта Университета Турку Сачина Кочрекара лежат порфирины — молекулы, которые широко встречаются в природе. Они входят в состав хлорофилла растений и гемоглобина крови. Именно структура порфиринов позволяет растениям извлекать энергию из солнечного света в процессе фотосинтеза.
«Способность этой природной молекулы контролируемо переносить электроны и изменять свое состояние — интересная отправная точка для нас, материаловедов», — рассказывает Кочрекар.
Исследователи создали тонкие полимерные пленки на основе порфиринов двумя методами: в виде гибридной структуры совместно с электропроводящим материалом и более простым способом, соединяя порфирины с помощью мостиковых молекул в полимерную мембрану. Ученые также исследовали влияние металлов на свойства материала, помещая в центр молекул порфирина никель, цинк или вовсе не используя металл.
Выяснилось, что даже небольшие изменения в структуре значительно воздействуют на характеристики. Пленка на основе никеля способна изменять цвет между тремя разными состояниями, в то время как материалы на основе цинка и без металла переключаются между двумя цветами. Все материалы реагировали быстро — менее чем за две секунды, демонстрировали четкий визуальный контраст и сохраняли измененный цвет даже после отключения питания.
Важно, что мембраны тестировались для накопления энергии в водном электролите, который безопаснее и экологичнее традиционно используемых альтернатив. Это первое исследование, где полимерные мембраны на основе порфиринов применяются в качестве электрохромных суперконденсаторов в водной системе. Все три материала продемонстрировали хорошие свойства по накоплению энергии.
«Такие материалы дешевы в производстве, просты в управлении и легко поддаются адаптации. Их можно интегрировать в гибкие и растяжимые подложки. В будущем они могут быть использованы в сенсорных технологиях, гибкой электронике, умной одежде и солнечных энергетических решениях. Например, умные окна, основанные на таком материале, могли бы одновременно накапливать солнечную энергию и затемняться при ярком солнце, что уменьшило бы потребность в охлаждении зданий», — комментирует Кочрекар.
Потенциальные области применения также включают антибликовые зеркала заднего вида для автомобилей, дисплеи, линзы для очков и визуальные индикаторы для химических сенсоров, которые могут менять цвет при воздействии определенных газов или биологических маркеров.
Фото: hi-tech.mail.ru
