Казанские ученые создали способную менять окраску «умную» пленку

Ученые КНИТУ‑КАИ разработали многоцветное электрохромное устройство с переключаемыми цветами — «умную» пленку, которая может менять цвет под действием электрического сигнала. Это делает устройство перспективным в строительстве для остекления архитектурных объектов сложной формы, а также при производстве автомобильных и авиационных «умных» окон.

Изобретение представляет собой тонкую гибкую пленку, способную по электрическому сигналу последовательно или одновременно окрашиваться в синий, зеленый и красный цвета, а также, используя аддитивный эффект, получать сложные цвета. При этом получается полноцветная картинка.

В основе устройства — многослойная твердотельная гетероструктура из слоев различающихся по свойствам полупроводников или диэлектриков на гибкой прозрачной полимерной подложке из ПЭТ или поликарбоната. На гетероструктуру наносят прозрачный проводящий слой оксида индия-олова ITO, служащий электродом. Поверх него формируется последовательность электрохромных слоев: оксид вольфрама WO₃ для синего окрашивания, полианилин — для зеленого и виологен — для красного, разделенные ионопроводящим полимерным электролитом на основе комплекса LiClO₄-PMMA. Комлекс LiClO₄-PMMA — это система, состоящая из перхлората лития LiClO₄ и полиметилметакрилата (PMMA), которая используется в качестве твердых полимерных электролитов в электрохимических устройствах, например, в перезаряжаемых литий-ионных батареях.

Работа устройства основана на управляемых процессах окисления-восстановления в каждом из активных слоев при подаче низкого управляющего напряжения 1,5-2,5 В через прозрачные электроды от специализированного контроллера. Управление осуществляется контроллером с ШИМ-модуляцией: изменяя длительность импульсов при фиксированной амплитуде, система плавно регулирует степень зарядки каждого слоя и, следовательно, насыщенность соответствующего цвета.

«Технический результат изобретения состоит в создании низковольтного гибкого многоцветного электрохромного устройства, обеспечивающего по отдельности три независимых основных цвета и их аддитивное смешение, при сохранении высокой оптической однородности, приемлемого времени отклика и устойчивости к многократным циклам переключения и механическим нагрузкам», — отметил один из авторов разработки, заведующий кафедрой машиноведения и инженерной графики КНИТУ-КАИ Фаниль Хабибуллин.

По словам ученых, у предыдущих похожих разработок были серьезные недостатки. Одни устройства работали только с двумя цветами и требовали высокого напряжения, другие переключались между цветами слишком медленно и быстро изнашивались. Благодаря оптимизированной толщине слоев (сотни нанометров для электрохромных пленок и десятки микрометров для полимерного электролита), а также использованию твердого электролита LiClO₄/PMMA вместо жидких растворов, устройство работает при пониженном напряжении, демонстрирует малое энергопотребление (до нескольких мВт/см²), исключает проблемы утечки электролита и переключается между цветовыми состояниями за 1-3 секунды. А применение гибкой полимерной подложки обеспечивает сохранение электрохромных характеристик при изгибах и механических деформациях.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации