Умное стекло может быстро изменить свой цвет под действием электричества. Новый материал, разработанный химиками из Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) в Мюнхене, установил рекорд скорости для такого изменения.

Представьте, что вы едете по шоссе ночью. Идет дождь, ослепляют яркие фары машины позади вас. Как удобно иметь в таком случае зеркало заднего вида с автоматическим затемнением. Технически это полезное дополнение основано на электрохромных материалах. При подаче напряжения их светопоглощение и цвет меняются. Таким образом, зеркало заднего вида, управляемое датчиком освещенности, отфильтрует ослепляющий свет.

Недавно эксперты обнаружили, что, помимо уже известных неорганических электрохромных материалов, новое поколение высокоупорядоченных решетчатых структур — ковалентные органические каркасы (COF) — можно оснастить этой возможностью. Такие материалы состоят из синтетических органических строительных блоков. В подходящих комбинациях они образуют кристаллические и нанопористые сети. Здесь изменение цвета может быть вызвано приложенным электрическим напряжением. Оно вызывает окисление или восстановление материала.

Команда ученых из LMU под руководством Томаса Бейна разработала структуры COF, скорость переключения и эффективность окрашивания которых во много раз выше, чем у неорганических соединений. COF привлекательны тем, что их свойства материалов регулируются в широком диапазоне, стоит лишь изменить их молекулярные строительные блоки. Ученые из LMU в Мюнхене и Кембриджском университете воспользовались этим, чтобы разработать идеальные COF.

Они использовали принцип модульной конструкции COF и разработали идеальный строительный блок для наших целей с конкретной молекулой тиеноизоиндиго. Включенный в COF, новый компонент демонстрирует, насколько сильно он может улучшить его свойства. Например, новый материал не только поглощает ультрафиолетовый свет с более короткой длиной волны или небольшие участки видимого спектра, но и позволяет добиваться хорошей фотоактивности в ближней инфракрасной области спектра.

В то же время новые структуры COF намного более чувствительны к электрохимическому окислению. Даже низкого приложенного напряжения достаточно, чтобы вызвать изменение цвета, которое также полностью обратимо. Это происходит с очень высокой скоростью: время отклика для полного и отчетливого изменения цвета в результате окисления составляет около 0,38 секунды, восстановление до исходного состояния — 0,2 секунды. Это делает электрохромные органические структуры команды электронной конверсии одними из самых быстрых и эффективных в мире.

Исследование продвигает разработку нового класса высокоэффективных электрохромных покрытий. Очевидная потребность в этом проявляется в текущем применении такого «умного стекла», как переключаемые солнцезащитные окна и окна с защитой от солнца для фасадов целых зданий.