Le verre intelligent peut changer de couleur rapidement grâce à l'électricité. Un nouveau matériau développé par des chimistes de la Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) à Munich a maintenant établi un record de vitesse pour un tel changement.

Imaginez que vous êtes sur l'autoroute la nuit. Il pleut, les phares lumineux de la voiture derrière vous sont aveuglants. Comme c'est pratique d'avoir un rétroviseur à gradation automatique dans un tel cas. Techniquement, cet extra utile est basé sur des matériaux électrochromes. Lorsqu'une tension est appliquée, leur absorption lumineuse et leur changement de couleur. Contrôlé par un capteur de lumière, le rétroviseur peut ainsi filtrer une lumière fortement éblouissante.

Récemment, les experts ont découvert que, en plus des matériaux électrochromes inorganiques établis, une nouvelle génération de structures en treillis hautement ordonnées peut également être dotée de cette capacité :les cadres organiques covalents, COF en abrégé. Ils se composent de blocs de construction organiques produits synthétiquement qui, dans des combinaisons appropriées, forment des réseaux cristallins et nanoporeux. Ici, le changement de couleur peut être déclenché par une tension électrique appliquée qui provoque une oxydation ou une réduction du matériau.

L'équipe LMU dirigée par Thomas Bein (Physical Chemistry, LMU Munich) a maintenant développé des structures COF dont les vitesses de commutation et les efficacités de coloration sont plusieurs fois supérieures à celles des composés inorganiques. Les COF sont attrayants car leurs propriétés matérielles peuvent être ajustées sur une large gamme en modifiant leurs blocs de construction moléculaires. Les scientifiques de LMU Munich et de l'Université de Cambridge en ont profité pour concevoir des COF parfaitement adaptés à leurs besoins.

« Nous avons utilisé le principe de construction modulaire des COF et conçu le bloc de construction idéal pour nos besoins avec une molécule de thienoisoindigo spécifique », dit Derya Bessinger, premier auteur et Ph.D. étudiant dans le groupe de Thomas Bein. Intégré dans un COF, le nouveau composant démontre à quel point il peut améliorer les propriétés du COF. "Par exemple, avec le nouveau matériel, nous ne pouvons pas seulement absorber la lumière UV de longueur d'onde plus courte ou de petites parties du spectre visible, mais aussi atteindre une photoactivité bien dans les régions spectrales du proche infrarouge", dit Bessinger.

À la fois, les nouvelles structures COF sont beaucoup plus sensibles à l'oxydation électrochimique. Cela signifie que même une faible tension appliquée est suffisante pour déclencher un changement de couleur des COF, qui est aussi complètement réversible. En outre, cela se fait à très grande vitesse :le temps de réponse pour un changement de couleur complet et net par oxydation est d'environ 0,38 seconde, tandis que la réduction à l'état initial ne prend qu'environ 0,2 seconde. Cela fait des frameworks organiques électrochromes de l'équipe e-conversion parmi les plus rapides et les plus efficaces au monde.

Deux choses en particulier sont responsables de la vitesse élevée :La structure de charpente conductrice des COF permet un transport rapide des électrons dans le réseau. Et grâce à une taille de pores optimisée, la solution d'électrolyte environnante peut rapidement atteindre chaque recoin. Ceci est essentiel car la charge positive générée dans la structure COF oxydée doit être rapidement compensée par des ions électrolytes négatifs. Enfin et surtout, le produit des scientifiques de Munich a une stabilité très élevée. Des tests à long terme ont montré que le matériau était capable de maintenir ses performances même après 200 cycles d'oxydoréduction.

Fort de ces découvertes fondamentales, la publication fait progresser le développement d'une nouvelle classe de revêtements électrochromes haute performance. La demande évidente pour cela est illustrée par les applications actuelles de ces « verres intelligents » comme les fenêtres de protection solaire et de protection contre la vie privée commutables pour des façades entières de bâtiments.