藝術(shù)家、印刷設(shè)計(jì)師和室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)師早已將豐富多樣的油漆和油墨顏色應(yīng)用于他們的工作。如今，研究人員發(fā)明了電致變色聚合物，該聚合物通過電流改變顏色。這種材料可以用于太陽鏡、窗戶著色以及其他方面的應(yīng)用。
通過開發(fā)初級、次級色彩以及它們的組合等的電致變色聚合物材料，研究人員可以將色彩范圍覆蓋整個(gè)色譜－甚至創(chuàng)造了四種色調(diào)的棕色，這是非常困難的顏色組合。這種電致變色聚合物材料可以在按下按鈕后幾秒鐘內(nèi)使太陽鏡從有色變?yōu)闊o色。其他應(yīng)用則包括通過改變低壓電流改變窗戶顏色、標(biāo)牌甚至是賀卡的顏色。
“我們可以通過混合這種電致變色聚合物材料來得到我們想要的任何顏色，就像繪畫一樣。” 來自佐治亞理工學(xué)院化學(xué)和生物化學(xué)學(xué)院的研究人員、同時(shí)也是該論文的第一作者Anna Österholm說道。“通過一種簡單的涂覆方法或者噴墨印刷方法，我們能制備出隨著電壓改變顏色的薄膜?！?/P>
Reynolds課題組開發(fā)的顏色包括品紅色、青色、黃色、橙色、藍(lán)色和綠色等可溶于常用溶劑的聚合物。除此之外，這些聚合物溶液可通過混合得到特定的顏色。
為了驗(yàn)證這種電致變色聚合物材料的性能，研究人員通過一個(gè)五層材料制備了棕色的太陽鏡鏡片，這種五層材料包括電致變色層，電荷儲存層，紫外線固化型電解質(zhì)層，陰極層和陽極層。
通過施加脈沖電流，這個(gè)太陽鏡鏡片可以在有色和無色之間轉(zhuǎn)換，而且不需要連續(xù)供電。為了維持無色狀態(tài)，脈沖電流大約需要30分鐘；然而，有色狀態(tài)可以持續(xù)數(shù)天。這種電致變色聚合物材料可以在透光率10%到70%之間轉(zhuǎn)換，而這只需要數(shù)秒鐘就可以完成。
棕色是通過以青色和黃色為主色調(diào)、橙色和藍(lán)色為次色調(diào)結(jié)合而獲得的。
光致變色太陽鏡已經(jīng)問世，但是許多紫外光響應(yīng)的鏡片需要數(shù)分鐘才能完成轉(zhuǎn)換，而且不受使用者控制。過長的轉(zhuǎn)換時(shí)間會對飛行員、司機(jī)、保安人員以及其他在明暗環(huán)境交替工作的人產(chǎn)生影響。
“相反，通過使用電致變色聚合物材料，我們通過一個(gè)按鈕可以完成明暗之間的轉(zhuǎn)換?！?nbsp;Österholm說?！八鼈兺耆苁褂谜呖刂?，不論是在室內(nèi)還是室外，車上或者是飛機(jī)上?！?/P>
這種電致變色材料依賴于一個(gè)氧化還原反應(yīng)，這個(gè)氧化還原反應(yīng)可以被紐扣電池提供的電勢觸發(fā)：正電勢使眼鏡變清晰，而負(fù)電勢使眼鏡上著色。“我們僅僅是對裝置充電或者放電，從而引起顏色變化?！弊糁蝸喞砉W(xué)院化學(xué)和生物化學(xué)學(xué)院的博士后 Eric Shen說解釋道。
該電致變色材料代表Reynolds實(shí)驗(yàn)室在合成聚合物方面多年的工作，其重復(fù)單元結(jié)構(gòu)提供所需要的調(diào)色板。因?yàn)樗鼈兡苋芙庠谙嗤娜軇┲?，通過組合特定量的基色和次色，可以得到額外的顏色。
“我們可以對這種材料進(jìn)行數(shù)千次的開關(guān)，而且在面對強(qiáng)光照射時(shí)并不會引起褪色?！?nbsp;Shen說道。
研究人員使用簡單的噴涂和涂層技術(shù)，創(chuàng)造了豐富多彩的材料膜。現(xiàn)在他們使用噴墨印刷來得到圖案，通過混合聚合物來產(chǎn)生顏色。
“當(dāng)你想通過這些材料制造圖案或非常精細(xì)的特色，噴墨是很好的選擇。” Shen說?！斑@些聚合物很容易溶解，因此通過使用很容易擴(kuò)散的物質(zhì)即可以使其分散。”
得益于BASF的支持，該研究成果發(fā)表在《美國化學(xué)學(xué)會應(yīng)用材料與界面》期刊上。該研究完成于John Reynolds的實(shí)驗(yàn)室。John Reynolds是佐治亞理工學(xué)院化學(xué)與生物化學(xué)學(xué)院和材料科學(xué)與工程學(xué)院的教授。
該論文的合作者包括佐治亞理工學(xué)院的Justin Kerszulis和Rayford Bulloch，來自紐約塔雷城BASF的Michael Kuepfert和喬治亞州莫羅克萊頓州立大學(xué)的Aubrey Dyer。