Flexible, mehrfarbige elektrochrome Geräte mit eigener Stromversorgung für Informationsanzeigen

In den letzten Jahren haben energieautarke elektrochrome (EC) Geräte ein erhebliches Potenzial in verschiedenen Bereichen wie Optoelektronik, Sensoren und Sicherheitssystemen gezeigt. Diese energieautarken EC-Systeme, die einen reversiblen Farbwechsel ohne externe Stromquellen ermöglichen, haben großes Interesse für elektronische Geräte der nächsten Generation geweckt.

Allerdings steckt dieses Gebiet noch in den Kinderschuhen und weist einige ungelöste Herausforderungen auf, darunter monochromatische Anzeigen, begrenzte Zyklenfestigkeit und die Verwendung wässriger Elektrolyte. All diese Einschränkungen sind zu einem großen Engpass für weitere intelligente Anwendungen energieautarker EC-Systeme geworden. Die größte Herausforderung besteht darin, geeignete kathodische EC-Materialien zu entwickeln, die unter denselben Arbeitsparametern ein unabhängiges, autarkes Farbwechselverhalten zeigen können.

Da Preußischblau (PB) hervorragende EC-Eigenschaften aufweist und ein großes Potenzial im autarken EC-System aufweist, gehen wir davon aus, dass Preußischblau-Analoga (PBAs) wie Nickelhexacyanoferrat (KNi2+[Fe3+(CN)6]NiHCF) sind vielversprechende kathodische EC-Materialien mit eigener Energieversorgung, da PBAs eine ähnliche kubischflächenzentrierte Kristallstruktur und Redoxreaktion wie PB aufweisen.

Darüber hinaus zeigt eine frühere Studie, dass PBAs mit verschiedenen Farben leicht erhältlich sind, indem die Übergangsmetalle so geändert werden, dass sie mit Cyanidliganden koordinieren, was eine potenzielle Bibliothek für die Entwicklung autarker mehrfarbiger Schaltsysteme darstellt. Darüber hinaus erfordern Farbanzeigeanwendungen der energieautarken EC-Systeme im Allgemeinen die Erstellung spezifischer Muster in den EC-Filmen, um Informationen zu übermitteln.

Lithographieplattformen sind möglich, um komplex strukturierte EC-Geräte zu erstellen. Dieser Ansatz erfordert jedoch vorgefertigte Fotomasken und komplexe Herstellungsschritte. Wir gehen dieses Problem an, indem wir eine schnelle und unkomplizierte Sprühbeschichtungsmethode für die Herstellung gleichmäßiger NiHCF- und PB-Nanopartikelfilme einführen. Dieser Ansatz ermöglicht die Erstellung energieautarker mehrfarbiger EC-Displays mit Mustern und verbessert so deren Fähigkeit, spezifische Informationen zu vermitteln.

Das Forschungsteam der Universität Jinan unter der Leitung von Wenshou Wang stellt ein Designprinzip für ein energieautarkes, flexibles, mehrfarbiges EC-Display vor, das auf einer dreischichtigen Filmstruktur basiert. Diese Struktur besteht aus einem ionischen PAM/LiCl-Gelfilm, der zwischen NiHCF- und PB-Nanopartikelfilmen liegt und als zwei EC-Kathoden fungiert. NiHCF- und PB-Nanopartikel werden auf gereinigtes ITO/Glas gesprüht, um unabhängige, autarke, farbschaltende Kathodenfilme zu erzeugen.

Insbesondere weist das anfängliche EC-System aufgrund der Farbüberlagerung des oberen gelben EC-Films (NiHCF) und des unteren blauen EC-Films (PB) eine grüne Farbe auf. Durch Verbinden/Trennen eines Al-Drahts zwischen NiHCF-Nanopartikelfilm oder PB-Nanopartikelfilm und Gelfilm zeigt das EC-System einen Farbwechsel zwischen Grün, Blau, Gelb und Farblos.

Darüber hinaus wird ein energieautarkes, flexibles, mehrfarbiges EC-Display entwickelt, das ITO/PET als Substrate verwendet und einen einfachen Herstellungsprozess für gemusterte mehrfarbige Displays bietet, der vielversprechend für Anwendungen in Displays und Maßnahmen zur Fälschungssicherheit ist. Darüber hinaus wird eine energieautarke ionische Schreibtafel geschaffen, die freihändiges Schreiben ohne externe Stromversorgung mit wässriger LiCl/PAM-Lösung als Tinte ermöglicht.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Selbstladefähigkeit von EC-Displays deren kontinuierlichen Einsatz zur autarken Farbumschaltung ohne externe Stromquellen gewährleistet. Das aktuelle System bietet erhebliche Fortschritte bei der Mehrfarbenumschaltung mit Optionen für grüne, blaue, gelbe und farblose Anzeigen sowie schnelle Reaktionszeiten, hohe Reversibilität, unkomplizierte Bedienung, einfache Herstellungsprozesse und hohe Flexibilität.

Diese Ergebnisse stellen einen neuartigen Ansatz für die Entwicklung flexibler mehrfarbiger EC-Systeme mit eigener Stromversorgung dar und erweitern ihre potenziellen Anwendungen erheblich.

Die Forschung ist veröffentlicht im Tagebuch Forschung.