일렉트로크로미즘

Electrochromism
레독스 커플을 바이올로겐에 넣으세요왼쪽의 2+종은 무색이고 오른쪽의 1+종은 R의 [1]정체성에 따라 짙은 파란색 또는 빨간색입니다.

일렉트로크로미즘(electrochromism)은 물질이 전기 [2]자극에 반응하여 색상의 변화나 불투명도를 보이는 현상이다.이와 같이 전자크롬 소재로 만들어진 스마트 윈도우는 특정 파장의 자외선, 가시광선 또는 (근처) 적외선을 차단할 수 있다.근적외선의 투과율을 제어하는 기능은 건물의 에너지 효율을 높여 여름에는 냉각하고 겨울에는 [1][3]열을 줄이는 데 필요한 에너지의 양을 줄일 수 있습니다.

색상의 변화가 지속적이고 변화를 일으키기 위해서만 에너지를 가하면 되기 때문에, 전자크롬 소재는 표면을 통과하는 빛과 열의 양을 조절하는데 사용됩니다. 가장 일반적인 것은 "스마트 윈도우"입니다.인기 있는 어플리케이션 중 하나는 자동차 업계에서 다양한 조명 조건에서 백미러를 자동으로 색칠하는 데 사용됩니다.

원칙

투명에서 불투명으로 변화하는 전자크롬 패널의 단면.도전전극에 전압이 인가되어 이온은 이온저장층으로부터 전해질을 거쳐 전자크롬층으로 흐른다.

전자크롬 현상은 삼산화텅스텐(WO)[4]과3 같이 전기와 이온을 모두 전도하는 일부 전이 금속 산화물에서 발생합니다.이러한 산화물은 중심 금속 원자를 둘러싸고 모서리에서 결합되는 8면체 구조의 산소를 가지고 있습니다.이 배열은 개별 8면체 세그먼트 사이에 "터널"이 있는 3차원 나노폴러스 구조를 낳습니다.이 터널들은 해리된 이온들이 전기장에 의해 자극을 받을 때 물질을 통과할 수 있게 해준다.이를 위해 사용되는 일반적인 이온은+ H와+ [5]Li이다.[6]

전장은 일반적으로 이온을 포함한 층을 사이에 두고 있는 두 개의 평평하고 투명한 전극에 의해 유도됩니다.이들 전극에 전압이 인가되면 양측의 전하차이에 따라 전극 간에 전하밸런싱 전자가 흐르면서 이온이 산화물을 투과하게 된다.이러한 전자는 산화물에 있는 금속 원자의 원자가를 변화시켜 전하를 감소시킵니다. 이는 삼산화 [7]텅스텐의 다음 예와 같습니다.

WO
3 + n(H+
 + e−) → HWO
n
3

이것은 산화환원 반응입니다. 왜냐하면 전기 활성 금속이 전극으로부터 전자를 받아 하프 [7]셀을 형성하고 있기 때문입니다.엄밀히 말해 화학단위로서의 전극은 평판과 전극과 접촉하는 반도체 물질을 포함한다.그러나 "전극"이라는 용어는 종종 평판, 더 구체적으로 전극 "기판"[8]이라고 불립니다.

산화층에 도달하는 광자는 근처의 두 금속 이온 사이에서 전자를 이동시킬 수 있습니다.광자에 의해 공급된 에너지는 전자의 움직임을 유발하고,[9] 이는 광자의 광학적 흡수를 일으킨다.예를 들어, 2개의 텅스텐 이온 a와 [10]b에 대해 산화 텅스텐에서 다음 프로세스가 발생합니다.

W5+
a + W6+
b + 광자 → W6+
a + W5+
b

일렉트로크로믹 재료

색소체로도 알려진 전자크롬 재료는 전압이 [7][11]인가될 때 표면의 광학색이나 불투명도에 영향을 미칩니다.금속산화물 중 산화텅스텐(WO3)은 가장 널리 연구되고 잘 알려진 전자크롬 [12]재료이다.그 외 [13]몰리브덴[14], 티타늄 및 니오브 [15]산화물이 있지만 광학적으로는 효과가 낮습니다.

비올로겐은 일렉트로크로믹 [18]응용을 위해 집중적으로 조사되고 있는 유기[16][17] 재료의 한 종류입니다.이들 4,4µ-비피리딘 화합물은 산화환원 반응으로 인해 무채색과 짙은 파란색 사이에서 가역적인 색 변화를 보인다.연구자들은 그것들을 진한 파란색 또는 강렬한 [11]녹색으로 "조정"할 수 있다.

유기 물질로서 비올로겐은 고비용, 독성, [16]재활용에 문제가 있는 금속 기반 시스템에 비해 전자 응용 분야에서 유망한 대안으로 여겨지고 있습니다.비올로겐의 가능한 장점은 광학 대비, 색채 효율, 산화환원 안정성, 설계의 용이성 및 대규모 준비에 [18]적합한 스케일업 가능성입니다.

비올로겐은 보잉 787기의 [11]자동 조광 백미러와[18] 스마트 윈도우를 상용화한 젠텍스사가 펜리엔디아민과 함께 사용해 왔다.비올로겐은 이산화티타늄(TiO2, 일명 티타니아)과 함께 소형 디지털 [19][20]디스플레이 제작에 사용되어 왔습니다.폴리피롤, PEDOT 및 폴리아닐린을 [21]포함한 다양한 전도성 고분자 또한 디스플레이에 관심이 있습니다.

산화텅스텐 합성

화학증착(CVD), 스패터링, 열증발, 스프레이 열분해(증기 또는 sol-gel) 및 열수합성([22]액체로부터)을 포함한 많은 방법들이 산화텅스텐을 합성하는데 사용되어 왔다.산업계에서 스패터링은 산화텅스텐의 증착에 가장 일반적인 방법이다.재료 합성에 있어, 솔겔 공정은 단순한 공정, 저비용, 손쉬운 [23]제어라는 장점 때문에 널리 사용되고 있다.

솔겔법

삼산화텅스텐의 sol-gel 공정에서 WCl은
6 알코올에 용해된 후 O를 용액에 퍼징하여
2 산화됩니다.

2WCL
6 + 3O
2 → 3W
3 + 6Cl
2

H의
2 형성은 WO의
3 저감에 사용된 알코올과 염소의 반응에 의해 수행되어 HWO의
3 청색 용액을 얻는다.

(CH
3)
2CH–OH + 3Cl
2 → (ClC
3)
2=O + 4H
2
2WO
3 + H
2 → 2HW
3

WO나노입자는 산성조건에서 [24]텅스텐산암모늄 파라펜타히드레이트(
10NH
4
12
41)WO55HO
2 또는 질산HNO를
3 수용액에서 침전시켜 얻을 수도 있다
3.

전자크롬 창문의 작동 원리

다음 항목도 참조하십시오.전자크롬 소자 device 소자 구조

전자크롬 특성을 [3]가진 기능적인 스마트 윈도우에는 여러 층이 필요합니다.첫 번째와 마지막은 실리카(SiO
2)로+
만들어진 투명한 유리입니다. 두 개의 전극은 전압을 인가해야 하며, 이 전압을 이온 저장층의 Li 이온을 전해질을 통해 전자크롬 물질로 밀어 넣거나 끌어당깁니다(또는 그 반대).고전압(4V 이상)을 가하면 리튬 이온이 전자크롬 층 안으로 밀려 들어가 전자크롬 재료가 비활성화됩니다.창문이 완전히 투명해졌습니다.낮은 전압(예를 들어 2.5V)을 인가함으로써 전자크롬층 내의 리튬이온 농도가 낮아져 (N)IR 활성 [25][3]텅스텐 산화물이 활성화된다.이 활성화는 적외선의 반사를 일으켜 온실 효과를 감소시키고,[26] 이는 다시 에어컨에 필요한 에너지의 양을 감소시킨다.사용하는 전자크롬 소재에 따라 스펙트럼의 다른 부분을 차단할 수 있으므로 고객의 [3]의지에 따라 독립적으로 자외선, 가시광선 및 IR광을 반사할 수 있다.

적용들

다음 항목도 참조하십시오.일렉트로크로믹 디바이스 » 응용 프로그램
건물 내 전자크롬 유리 설치

몇 가지 전자크롬 장치가 개발되었다.일렉트로크로미즘은 일반적으로 전자크롬 창 또는 "스마트 글라스"[3][1]의 제조에 사용되며 최근에는 위조 방지 시스템으로서 종이 기판의 전자크롬 디스플레이가 [27]패키지에 통합되어 있습니다.NiO 재료는 보완 전자크롬 소자, 특히 스마트 윈도우의 [28][29]대향 전극으로 널리 연구되어 왔다.

ANA 보잉 787-8 드림라이너 여객기의 일렉트로크로매틱 윈도우

ICE 3 고속열차는 조수석 컴파트먼트와 운전석 사이에 전자크롬 유리 패널을 사용합니다.표준 모드는 투명하며 운전자가 프로스트 [30]상태로 전환할 수 있습니다.보잉 787 드림라이너에는 전자크롬 창이 사용되어 승무원과 승객들이 유리창의 투명도를 조절하고 [31]눈부심을 방지할 수 있다.

「 」를 참조해 주세요.

추가 정보

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레퍼런스

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외부 링크