Quiconque possède un rétroviseur qui atténue automatiquement le bleu en réaction aux feux de route agaçants éblouissants par derrière a vu un film électrochrome en action.

Maintenant, les chimistes du Georgia Institute of Technology ont développé une nouvelle méthode pour plus de sécurité et, par extension, produire facilement ces films de cisaillement, qui changent de couleur à l'aide d'un petit courant électrique. Cela pourrait les mettre à la disposition de nombreuses industries qui n'ont pas été en mesure de les utiliser auparavant.

Dans la fabrication, les films électrochromes sont souvent appliqués sur d'autres matériaux, comme la surface d'un miroir, comme encres. Ils sont généralement à base de solvants inflammables et dégagent des fumées toxiques, ce qui les rend inadaptés à de nombreux environnements de travail qui reposent sur des machines d'impression et de pulvérisation pour appliquer les couleurs.

Les chercheurs de Georgia Tech ont développé des encres à film électrochrome à base d'eau, les rendant plus sûrs pour une application diffuse dans des environnements où les types de précautions de sécurité et d'équipement de protection standard pour la manipulation de produits chimiques organiques volatils seraient impraticables.

Environnements quotidiens

"Là où les gens impriment n'est pas toujours dans des environnements chimiquement sûrs, " a déclaré John Reynolds, professeur dans les écoles de chimie et de biochimie et de science et ingénierie des matériaux de Georgia Tech. Ainsi Reynolds et le premier auteur de l'étude, Brian Schmatz, qui a inventé la méthode à base d'eau, a entrepris de rendre les encres pour films électrochromes plus sûres pour les environnements quotidiens.

Il y avait quelques obstacles à surmonter. Le produit fini devait fonctionner électriquement comme des films appliqués dans un solvant organique, et également être résistant à l'eau malgré la production à base d'eau. La méthode de Schmatz devait également être logistiquement et financièrement réaliste pour les producteurs à mettre en œuvre.

Les chercheurs ont publié des détails sur leur solution et comment elle a répondu aux critères dans la revue ACS Science centrale le 16 août, 2017. Si le processus chimique passe à la production, l'avenir peut voir plus de fenêtres, lunettes de vue, ou même des textiles qui basculent entre les couleurs et les nuances d'obscurité d'un simple clic ou à l'aide d'un interrupteur à détection de lumière.

C'est ainsi que fonctionnent de nombreux rétroviseurs à atténuation automatique :les feux de route de l'automobiliste derrière vous frappent un capteur de lumière qui applique un léger champ électrique au rétroviseur, et qui active le changement de couleur, ou électrochrome, film, qui passe à une teinte plus foncée.

Arc-en-ciel électrochimique

Les films électrochromes du laboratoire Reynolds sont fabriqués avec des polymères conjugués, molécules organiques colorées et électroactives. Ils lâchent facilement quelques-uns de leurs électrons plus lâchement attachés, et quand ils le font, leurs couleurs changent.

Si les films colorés sont sur une surface claire, quand la couleur disparaît, la surface devient claire. La surface doit être conductrice pour qu'une petite tension (environ 1 volt) puisse être appliquée pour éliminer les électrons du polymère conjugué ou les aider à remonter.

Les teintes n'ont pas besoin d'être grises, bleu, brun, ou autrement droit. "Nous pouvons faire n'importe quelle couleur, " a déclaré Reynolds.

'Toxique, ''cancérigène''

En raison des solvants organiques des encres précédentes, l'application de films électrochromes dans le passé s'est accompagnée d'exigences de sécurité importantes. Leurs coûts pourraient devenir prohibitifs si le travail est grand, dire, si une entreprise voulait recouvrir les fenêtres d'un immeuble de bureaux d'un film électrochrome.

"La plupart des laboratoires de recherche utilisent le chlorobenzène comme solvant. C'est assez toxique. C'est cancérigène, légèrement volatile aussi, " dit Schmatz. " Alors, ce n'est pas quelque chose avec lequel les gens veulent travailler à grande échelle."

Aussi, les gens peuvent simplement trouver désagréable l'odeur d'un produit chimique organique sur leur lieu de travail. Des exemples d'odeurs de solvants organiques que tout le monde a connues sont le kérosène, de l'essence, ou de l'alcool à friction.

Biologique puis aqueux

L'eau comme solvant est beaucoup plus sûre, mais cela peut présenter d'autres défis. Les polymères conjugués sont produits dans des solvants organiques et ne se dissolvent pas intrinsèquement dans l'eau. Aussi, les films imprimés à partir d'encres à base d'eau peuvent s'effacer sous la pluie ou maculer en cas d'humidité élevée.

L'invention de Schmatz combine le meilleur des deux mondes en utilisant un solvant organique et un solvant aqueux en phases.

D'abord, le polymère conjugué est produit dans un solvant organique pour garantir la fabrication d'un matériau de qualité. Cela correspond également aux pratiques de l'industrie chimique.

"Les entreprises chimiques font vraiment beaucoup de ce type de traitement, et il est avantageux de garder cela tel quel, afin que les entreprises puissent continuer à faire ce qu'elles font et ajouter ce produit plus facilement, " a déclaré Schmatz.

Mais ensuite Schmatz modifie le polymère conjugué - l'ingrédient actif de l'encre, pour ainsi dire - qui n'est généralement pas soluble dans l'eau, de sorte qu'il se dissoudra effectivement dans l'eau.

"Nous intégrons un déclencheur chimique dans le polymère. Il est activé par un lavage à l'eau à pH élevé, et qui transforme le polymère organique soluble en un polyélectrolyte soluble dans l'eau, " a-t-il dit. " La raison pour laquelle nous voulons faire tout cela est de pouvoir produire le polymère dans un solvant organique, mais ensuite imprimer le polymère à partir d'une encre à base d'eau."

couperet ultraviolet

Pour vous assurer que le film ne bave pas ou ne coule pas après l'impression et qu'il fonctionne bien une fois terminé, Schmatz sépare ce déclencheur chimique ajouté du polymère conjugué en projetant une lumière ultraviolette sur le film électrochrome.

La chaîne chimique hydrosoluble devient alors un simple résidu qui peut être essuyé ou rincé. Ce qui reste est un robuste, film polymère conjugué pur, qui ne peut plus se dissoudre dans l'eau ou les solvants organiques.

Reynolds envisage des films électrochromes sur divers matériaux, y compris certains autres que le verre ou le plastique. "Vous pouvez appliquer cela pour camoufler, par exemple, avec les bons textiles, et avoir un capteur connecté à une batterie, et faites-le changer de couleur pour correspondre à la luminosité ou à l'obscurité changeantes de l'environnement d'un soldat. »

En dehors de l'électrochromie, ces polymères conjugués sont également explorés pour les transistors imprimés, cellules solaires, chimiques et bio-capteurs, affichages luminescents et bioélectronique. Le groupe de Reynold a accès à un certain nombre de méthodes d'administration pour tester l'application des polymères conjugués.

"Georgia Tech est une université d'ingénierie spécialisée et dispose de capacités d'application que vous pouvez trouver ici, " a déclaré Reynolds. " Les différentes méthodes d'impression ou de pulvérisation sont ici - aérographe, coucheur de lame, jet d'encre. Et si nous n'avons rien, nous pouvons le construire ici."