慕尼黑大學開發新型COF材料 使智能玻璃的變色速度創紀錄

據國外媒體報道，慕尼黑大學(LMU)的化學家開發出了一種新材料，可以使智能電致變色玻璃的變色速度達到創紀錄的水平。

(來源:慕尼黑大學)

想象一下，晚上你在高速公路上，下著雨，后面那輛車明亮的大燈讓你眼花繚亂。這種情況下，要是有個自動調光后視鏡該多方便啊。后視鏡由一個感光器控制，可以過濾掉強烈刺眼的光線。從技術上來說，這種額外的設備是基于電致變色材料，當施加電壓時，它的光吸收和顏色會發生變化。

最近，專家發現，除了現有的無機電致變色材料，新一代高度有序的晶格結構也具有這種能力。這種共價有機骨架(COF)是由人工合成的有機積木組成的，這些積木經過適當的組合會形成晶體和納米孔網絡。通過施加外部電壓，材料被氧化或還原，從而控制顏色的變化。

該團隊開發了COF結構，在轉換速度和著色效率方面比無機化合物高出許多倍。通過改變分子結構單元，COF的材料性質可以得到很大的調整。慕尼黑大學和劍橋大學的科學家利用這一點設計出了理想的COF。主要研究人員Derya Bessinger說:“我們利用COF的模塊化結構原理，用特定的噻吩并異靛分子設計了一個理想的積木。通過將這一新組件集成到COF，我們可以看到其提高COF性能的強大能力。比如用這種新材料，它不僅可以吸收短波長的紫外光或一小部分可見光，而且在近紅外光譜區也能獲得良好的光活性。”

同時，新的COF結構對電化學氧化更加敏感，即使對其施加低電壓，也足以引起顏色變化，而且是完全可逆的。此外，這一過程發生得非常快，通過氧化實現完全、明顯變色的響應時間約為0.38秒，而恢復到初始狀態只需0.2秒左右。這是世界上最快最有效的電致變色有機骨架之一。這種高速度歸因于材料的兩個特性:(I)ⅰ)COF的導電骨架結構可以在晶格中實現快速電子輸運；(ii)由于優化的孔徑，周圍的電解質溶液可以快速到達每個角落。這是非常重要的，因為在氧化的COF結構中產生的正電荷必須被負的電解質離子快速補償。此外，長期測試表明，這種材料的穩定性非常高，即使經過200次氧化還原循環，仍能保持其性能。

這些發現將促進新型高性能電致變色涂料的發展。從目前的應用來看，如整棟建筑外立面的可切換防曬窗、隱私保護窗等，這種“智能玻璃”發展前景廣闊。據國外媒體報道，慕尼黑大學(LMU)的化學家開發出了一種新材料，可以使智能電致變色玻璃的變色速度達到創紀錄的水平。

(來源:慕尼黑大學)

想象一下，晚上你在高速公路上，下著雨，后面那輛車明亮的大燈讓你眼花繚亂。這種情況下，要是有個自動調光后視鏡該多方便啊。后視鏡由一個感光器控制，可以過濾掉強烈刺眼的光線。從技術上來說，這種額外的設備是基于電致變色材料，當施加電壓時，它的光吸收和顏色會發生變化。

最近，專家發現，除了現有的無機電致變色材料，新一代高度有序的晶格結構也具有這種能力。這種共價有機骨架(COF)是由人工合成的有機積木組成的，這些積木經過適當的組合會形成晶體和納米孔網絡。通過施加外部電壓，材料被氧化或還原，從而控制顏色的變化。

該團隊開發了COF結構，在轉換速度和著色效率方面比無機化合物高出許多倍。通過改變分子結構單元，COF的材料性質可以得到很大的調整。慕尼黑大學和劍橋大學的科學家利用這一點設計出了理想的COF。主要研究人員Derya Bessinger說:“我們利用COF的模塊化結構原理，用特定的噻吩并異靛分子設計了一個理想的積木。通過將這一新組件集成到COF，我們可以看到其提高COF性能的強大能力。比如用這種新材料，它不僅可以吸收短波長的紫外光或者一小部分可見光，還可以在近紅外光譜獲得良好的光活性。”

同時，新的COF結構對電化學氧化更加敏感，即使對其施加低電壓，也足以引起顏色變化，而且是完全可逆的。此外，這一過程發生得非常快，通過氧化實現完全、明顯變色的響應時間約為0.38秒，而恢復到初始狀態只需0.2秒左右。這是世界上最快最有效的電致變色有機骨架之一。這種高速度歸因于材料的兩個特性:(I)ⅰ)COF的導電骨架結構可以在晶格中實現快速電子輸運；(ii)由于優化的孔徑，周圍的電解質溶液可以快速到達每個角落。這是非常重要的，因為在氧化的COF結構中產生的正電荷必須被負的電解質離子快速補償。此外，長期測試表明，這種材料的穩定性非常高，即使經過200次氧化還原循環，仍能保持其性能。

這些發現將促進新型高性能電致變色涂料的發展。從目前的應用來看，如整棟建筑外立面的可切換防曬窗、隱私保護窗等，這種“智能玻璃”發展前景廣闊。

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