《AFM》可逆、高對(duì)比度、電致/電熒光/光致變色的水凝膠
2021年6月29日 10:40瀏覽：2396
已經(jīng)開發(fā)出越來越多的材料顯示出多功能顯色特性（如電致變色、電致熒光變色或光致變色），但迄今為止，很少有材料同時(shí)顯示所有這三種特性。具有電化學(xué)和光學(xué)活性的材料對(duì)包括智能窗戶、照明、傳感、能源生產(chǎn)和保護(hù)在內(nèi)的各種應(yīng)用具有吸引力。這對(duì)于對(duì)適應(yīng)性或環(huán)境響應(yīng)式外墻感興趣的建筑開發(fā)商尤其有吸引力。實(shí)現(xiàn)由經(jīng)濟(jì)高效、易于合成的材料制成的系統(tǒng)將使它們易于在各種領(lǐng)域中使用。
最近，
北卡羅來納大學(xué)夏洛特分校
Michael G. Walter
教授
團(tuán)隊(duì)
使用
水溶性顯色噻唑
(5,4-d) 噻唑 (TTz) 染料開發(fā)
了低成本器件
，這些染料在三個(gè)領(lǐng)域顯示出高器件性能：電致變色、電熒光變色和光致變色，并且都包含
在高熒光水性聚乙烯中酒精
/硼砂水凝膠裝置。這些染料結(jié)合了剛性的雜環(huán) Ttz 結(jié)構(gòu)，可以開發(fā)具有優(yōu)異可逆性和穩(wěn)定循環(huán) 250 次循環(huán)的器件。含 Ttz 水凝膠的裝置在光照下也表現(xiàn)出光致變色，可以通過電化學(xué)循環(huán)回到無色狀態(tài)。此外，將光致變色與電致變色耦合降低了可比較的電致變色顏色變化所需的功率。最后，
含有水凝膠的裝置還顯示出電熒光變色，其中熒光可以關(guān)閉 > 90%
。
相關(guān)論文以題為
Obtaining Reversible, High Contrast Electrochromism, Electrofluorochromism, and Photochromism in an Aqueous Hydrogel Device Using Chromogenic Thiazolothiazoles
發(fā)表在《
A
dvanced Functional Materials
》上。
示意圖1
四種研究的雙吡啶鎓
Ttz 衍生物的合成：
i)在 DMF 中 150 °C，6 小時(shí)和 ii)在 DMF 中與 (CH
3
)
3
N(CH
2
)
2
Br 加熱，或與 CH
3
C
6
H
4
SO
3
CH
3
、(CH
2
)
3
SO
3
或C
7
H
7
Br 一起加熱。
圖1
a) CGDs 的裝置組裝示意圖，b) TTz 的兩次單電子還原，以及 c) CGD 在（從左到右）無色/淡黃色雙陽離子 (TTz
2+
) 狀態(tài)、紫色自由基陽離子 (TTz
?
+
) 的圖片 狀態(tài)和藍(lán)色中性 (TTz
0
) 狀態(tài)。
圖2
1:2 TTz:Fc(CH
2
OH)
2
CGDs 的透射光譜，0–2.5 V 應(yīng)用于 a) Me
2
TTz
2+
、b) (NPr)
2
TTz
4+
、c) (SPr)
2
TTz 和 d) Bz
2
TTz
2+
。
圖3
1:2 (NPr)
2
TTz
4+
:Fc(CH
2
OH)
2
CGD 透射光譜，當(dāng)器件 a) 循環(huán)開/關(guān) 0 V/1.8 V（20 秒開/關(guān)）250 個(gè)循環(huán)（710 nm），b）打開（ 1.8 V) 持續(xù) 60 分鐘 (710 nm)，以及 c) 根據(jù)循環(huán)圖計(jì)算的 EC 特性表 * 獲得 90% 全對(duì)比度所需的時(shí)間。
圖
4
1:2 Bz2TTz
2+
:Fc(CH
2
OH)
2
CGD 的熒光 a) 在 0、1、1.5、2 和 2.5 V (λ
ex
=419 nm)，b) 循環(huán)（20 秒開/關(guān) 0 V/1.8 V）25 循環(huán)（λ
ex
=419 nm，λ
em
=463 nm）和 c) EFC 性能表
。
圖5
1:2 (NPr)
2
TTz
4+
:Fc(CH
2
OH)
2
的光致變色光譜，100 mW cm
-2
照明 1–30 分鐘 a) 不施加電壓（TTz 凝膠裝置的插圖圖像，照明 15 和 25 分鐘）施加 0.8 V，c) 光致變色作用，然后通過設(shè)備的電致變色循環(huán)關(guān)閉。
開發(fā)了水基水凝膠
CGD，顯示出高電致變色和 EFC 對(duì)比度/可逆性，同時(shí)還表現(xiàn)出光致變色活性。使用水溶性雙吡啶鎓 TTz 衍生物和 PVA/硼砂聚電解質(zhì)水凝膠的簡單 FTO/水凝膠/FTO 設(shè)備配置產(chǎn)生了多功能 CGD。一些器件能夠在 2 V 的驅(qū)動(dòng)電壓下實(shí)現(xiàn) 75% 的透射率對(duì)比度或僅在光照下實(shí)現(xiàn) 50% 的對(duì)比度。Ttz CGD 的循環(huán)性和可逆性非常好，在250次開/關(guān)循環(huán)后僅損失 6% 的透射率對(duì)比度或在施加電壓 1 小時(shí)后損失 1% 的透射率對(duì)比度。此外，值得注意的是，
這些設(shè)備在環(huán)境、水性條
件下運(yùn)行。在電熒光變色的情況下，應(yīng)用
2.5 V 可以關(guān)閉>90% 的熒光。
這些特性使 TTz CGDs 成為自動(dòng)變暗玻璃、傳感器、熒光顯示器應(yīng)用的有希望的候選者，
最適用于窗戶，其中，CGD 可以在施加電壓、曝光或兩者結(jié)合的情況下根據(jù)命令變暗
。
doi.org/10.1002/adfm.202103408
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高分子材料科學(xué)
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