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Jun 20, 2023

酸化銅ナノ粒子懸濁液を使用した簡単な方法による黒色エレクトロクロミック インク

Scientific Reports volume 13、記事番号: 7774 (2023) この記事を引用 741 アクセス 1 Altmetric Metrics の詳細 スマート ウィンドウ用のエレクトロクロミック (EC) 材料は、暗い色と、

Scientific Reports volume 13、記事番号: 7774 (2023) この記事を引用

741 アクセス

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

スマート ウィンドウ用のエレクトロクロミック (EC) 材料は、環境への影響を軽減するために、暗い色を示し、可視光 (波長 = 380 ～ 780 nm) を遮断する必要があります。 特に、黒色の色調も望まれており、ポリマーなどの有機材料を使用してこれらの暗い色調を作成する試みが数多く報告されている。 しかし、その製造方法は複雑で高価であり、さらには有害物質を使用する場合もあります。 さらに、紫外線にさらされた場合など、耐久性が十分でないことがよくあります。 無機材料としてCuO系を用いた黒色材料の例はいくつか報告されていますが、合成方法が複雑で機能が安定していませんでした。 塩基性炭酸銅を加熱し、クエン酸でpHを調整するだけで簡単に懸濁液を得ることができるCuOナノ粒子の合成方法を発見しました。 開発した懸濁液を使用して、CuO 薄膜の形成と機能性も実証されました。 この研究は、印刷技術などの既存の無機材料と手法を使用してECスマートウィンドウの作成を可能にし、環境に優しく、コスト効率が高く、機能的なダーク無機材料の開発に向けた第一歩となります。

エレクトロクロミック (EC) 材料は、電気化学的酸化還元反応によって可逆的な光学特性を示し、近赤外 (NIR) および可視領域での透過率と吸収を制御することが可能になります 1,2。 このユニークな能力により、EC 材料はエレクトロクロミック デバイス (ECD) の開発に活用でき、ディスプレイ 3、センサー 4、エネルギー貯蔵デバイス 5、およびスマート ウィンドウ 6、7 に広く使用されています。 EC材料は主に無機系と有機系に分類されます。 無機材料には、遷移金属酸化物 (例: 酸化タングステン 8、酸化ニッケル 9) および無機複合体 (例: 有機骨格 10) が含まれます。 有機材料は、π共役有機分子 (例: ビオロゲン 11)、導電性ポリマー (例: ポリイミド 12、ポリチオフェン 13) などで構成されます。 無機 EC 材料は、高い化学的安定性と効率、メモリー効果など、有機材料に比べていくつかの利点を備えています。外部電圧を除去した後。これは ECD アプリケーションを決定する重要な要素です1。

ECD の既存の EC 材料のうち、透明な状態と青みがかった状態を切り替えるものはすでに商品化されています 14 が、設計上の理由と環境への影響を軽減するため、より暗い状態を求める最近の需要を満たすために、グレーまたは黒の色調が求められています。 このような材料システムが実現できれば、今後普及が期待される電気自動車や燃料電池車などの次世代自動車の窓材として利用できる可能性があります。 これらの材料を窓に適用すると、空調負荷を軽減することで電気代を削減し、車両の航続距離を延ばすことができます。

現在までに、いくつかの研究で黒色の EC 材料が実証されています。 しかし、これらの報告された物質の多くは、有機物であり15、16、17、18、合成にさまざまな物質を必要とし、処理に複雑で時間がかかり、場合によっては環境に大きな影響を与えるため、基礎研究段階にとどまっています。 。 そこで、よりシンプルに黒を表現できるEC材料システムが求められています。

私たちのグループは、EC 薄膜を調製するための湿式プロセスでの応用向けに、酸化タングステン (WO3) と PB ナノ粒子 (NP) の水分散液をベースにしたインクを開発してきました8,10。 湿式プロセスの中でも、印刷 19 とコーティング 20,21 は、大規模基板上に EC 薄膜を短時間かつ低コストで作製できるという利点があります。 さらに、これらの技術は、ガラス基板やフレキシブル基板上での薄膜作製にも有利です。

この研究では、出発物質として塩基性炭酸銅(II)と水のpHを調整するためにクエン酸を使用して、CuO NPの分散懸濁液を調製するための簡単な方法を開発しました。 ナノサイズの CuO 粒子を製造する方法は広く研究されています 22、23、24、25 が、薄膜製造に不可欠な液相コーティングである安定した分散型 CuO NP 懸濁液の調製に関する研究はほとんどありません 26、27。 例えば、センサー材料、グルコースセンサー、H2O2 センサー、ドーパミンセンサー、創傷治癒などの CuO NP の生物医学的応用はよく報告されています 28。 酸化物 NP を含むコロイド懸濁液は、ナノ構造フィルムの印刷やコーティングなどの連続生産プロセスに簡単に適用できるため、工業規模での応用に大きな可能性を秘めています 29。 硝酸塩および酢酸塩ベースの溶液を使用して CuO コロイド懸濁液を調製するいくつかの試みが行われてきました 26、30、31、32。