Zelfaangedreven flexibele meerkleurige elektrochrome apparaten voor informatiedisplays

De afgelopen jaren hebben zelfaangedreven elektrochrome (EC) apparaten een aanzienlijk potentieel laten zien op verschillende gebieden, zoals opto-elektronica, sensoren en beveiligingssystemen. Deze zelfaangedreven EC-systemen, die in staat zijn tot omkeerbare kleurwisseling zonder externe stroombronnen, hebben aanzienlijke belangstelling gewekt voor elektronische apparaten van de volgende generatie.

Dit vakgebied staat echter nog in de kinderschoenen, met verschillende onopgeloste uitdagingen, waaronder monochromatische beeldschermen, beperkte cyclusduurzaamheid en het gebruik van waterige elektrolyten. Al deze beperkingen zijn een groot knelpunt geworden voor verdere slimme toepassingen van zelfaangedreven EC-systemen. De primaire uitdaging is het ontwikkelen van geschikte EC-kathodische materialen die onafhankelijk, zelfaangedreven kleurwisselgedrag kunnen vertonen onder dezelfde werkparameters.

Omdat Pruisisch blauw (PB) uitstekende EC-eigenschappen heeft en een groot potentieel vertoont in het zelfaangedreven EC-systeem, voorzien we dat Pruisisch blauw-analogen (PBA’s), zoals nikkelhexacyanoferraat (KNi²⁺[Fe³⁺(CN)₆]NiHCF), zijn veelbelovende, zelfaangedreven kathodische EC-materialen omdat PBA’s dezelfde kubusvormige kristalstructuur in het vlak hebben en een redoxreactie met PB.

Bovendien laat eerder onderzoek zien dat PBA’s met verschillende kleuren gemakkelijk verkrijgbaar zijn door de overgangsmetalen te veranderen zodat ze coördineren met cyanideliganden, wat een potentiële bibliotheek oplevert voor het ontwerpen van een zelfaangedreven meerkleurig schakelsysteem. Bovendien vereisen kleurenweergavetoepassingen van de zelfaangedreven EC-systemen over het algemeen het creëren van specifieke patronen in de EC-films om informatie over te brengen.

Lithografieplatforms zijn haalbaar om EC-apparaten met complexe patronen te creëren, maar deze aanpak vereist vooraf ontworpen fotomaskers en complexe fabricagestappen. We pakken dit probleem aan door een snelle en eenvoudige spuitcoatingmethode te introduceren voor de uniforme fabricage van NiHCF- en PB-nanodeeltjesfilms. Deze aanpak maakt de creatie mogelijk van zelfaangedreven meerkleurige EC-displays met patronen, waardoor hun vermogen om specifieke informatie over te brengen wordt vergroot.

Het onderzoeksteam van de Universiteit van Jinan, onder leiding van Wenshou Wang, presenteert een ontwerpprincipe voor een zelfaangedreven flexibel meerkleurig EC-display op basis van een drielaagse filmstructuur. Deze structuur omvat een ionische PAM/LiCl-gelfilm ingeklemd tussen NiHCF- en PB-nanodeeltjesfilms die fungeren als twee EC-kathodes. NiHCF- en PB-nanodeeltjes worden op gereinigd ITO/glas gespoten om onafhankelijke, zelfaangedreven kleurschakelende kathodefilms te creëren.

In het bijzonder vertoont het initiële EC-systeem een ​​groene kleur als gevolg van de kleuroverlay van de bovenste gele EC-film (NiHCF) en de onderste blauwe EC-film (PB). Door een Al-draad tussen NiHCF-nanodeeltjesfilm of PB-nanodeeltjesfilm en gelfilm aan te sluiten/los te koppelen, vertoont het EC-systeem een ​​kleurwisseling tussen groen, blauw, geel en kleurloos.

Daarnaast is er een zelfaangedreven flexibel meerkleurig EC-display ontwikkeld met behulp van ITO/PET als substraten, dat een eenvoudig fabricageproces biedt voor meerkleurige displays met patronen, wat veelbelovend is voor toepassingen in displays en maatregelen tegen namaak. Bovendien is er een zelfaangedreven ionisch schrijfbord gemaakt, waardoor schrijven uit de vrije hand zonder externe voeding mogelijk is met behulp van een waterige LiCl/PAM-oplossing als inkt.

Samenvattend zorgt het zelfopladende vermogen van EC-displays ervoor dat ze continu kunnen worden gebruikt voor zelfaangedreven kleurwisseling zonder externe stroombronnen. Het huidige systeem biedt aanzienlijke vooruitgang op het gebied van meerkleurig schakelen, met opties voor groene, blauwe, gele en kleurloze displays, samen met snelle responstijden, hoge omkeerbaarheid, eenvoudige bediening, eenvoudige fabricageprocessen en hoge flexibiliteit.

Deze resultaten presenteren een nieuwe benadering voor het ontwerpen van zelfaangedreven flexibele meerkleurige EC-systemen, waardoor hun potentiële toepassingen aanzienlijk worden uitgebreid.

Het onderzoek is gepubliceerd in het journaal Onderzoek.