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Los cristales fotónicos electrocrómicos (ECP) tienen ventajas como un amplio rango de regulación de color, enfoque de control conveniente, bajo consumo de energía y respuesta rápida. Por lo tanto, estos cristales han encontrado aplicaciones en pantallas reflectantes.
Estudio: Estudio dinámico in situ del cambio de color en cristales coloidales líquidos para pantallas electroforéticas. Crédito de la foto: Todo para ti amigo/Shutterstock.com
En un artículo reciente en la revista Nanomateriales aplicados ACSÁcido silícico (SiO2) se prepararon cristales coloidales líquidos basados en nanoesferas a través de un proceso de autoensamblaje inducido por evaporación de solvente. Estos cristales coloidales se utilizaron como una entidad reflectante para fabricar dispositivos de cristal ECP. Bajo voltajes bajos, este dispositivo mostró un excelente color estructural controlable en todo el espectro visible.
Se han establecido normas reglamentarias para los dispositivos de cristal ECP con respecto a su velocidad de respuesta, rango de colores ajustables, rendimiento cíclico e intensidad de reflectancia en función de los resultados de dispersión de rayos X de ángulo ultrapequeño (USAXS). Además, se estableció una relación entre el espaciado de los electrodos, la concentración de la suspensión y el ángulo de visión.
Para explicar la respuesta de los espectros de reflectancia inducidos por la modulación eléctrica, se ideó un mecanismo dinámico que puede ayudar en el desarrollo de varios dispositivos de cristal ECP en el futuro. Además, se construyó un dispositivo prototipo electrocrómico, cuya función se controlaba por presión. El dispositivo construido mostró color estructural dinámico, respuesta rápida y buena reversibilidad.
Cristales ECP en pantallas reflectantes
Los cristales ECP son materiales ópticamente activos prometedores con capacidad de cambio de color continuo, respuesta rápida y enfoque de regulación conveniente, y pueden integrarse fácilmente en dispositivos electrónicos. Por lo tanto, estos cristales se utilizan en la construcción de dispositivos inteligentes.
Además, el principio de modulación de los cristales ECP se basa en la ley de Bragg-Snell, donde un campo eléctrico externo manipula la microestructura y las propiedades ópticas del material del cristal fotónico. Se han descrito cuatro tipos de cristales de ECP basados en el método electroquímico, componentes de cristal líquido, método de electroforesis y otros estímulos.
En comparación, los cristales electroforéticos de ECP utilizan las nanoesferas coloidales en una matriz tridimensional (3D) de cristales fotónicos, que realiza el amplio rango de regulación de la banda fotónica a bajo voltaje. Para este propósito, las matrices de cristales coloidales (CCA) compuestas de nanoesferas monodispersas sirven como material activo para los cristales ECP electroforéticos.
Los cristales electroforéticos de ECP funcionan a baja tensión para evitar los efectos de degradación de las propiedades ópticas causados por la reducción del electrodo con óxido de indio y estaño (ITO). Además, el solvente puede ajustar la microestructura del cristal fotónico bajo un campo eléctrico y prevenir la reacción electroquímica. Por ejemplo, la electrólisis del agua puede tener un impacto negativo en la doble capa eléctrica de la nanoesfera coloidal, que es esencial para mantener el rango de ajuste de color estructural y la estabilidad cíclica del dispositivo de cristal ECP.
Cristales líquidos coloidales para pantallas electroforéticas
En el presente trabajo se construyeron dispositivos de cristal ECP basados en cristales coloidales líquidos para estudiar sus propiedades y mecanismos dinámicos. Como primer paso, el SiO2Se prepararon nanoesferas coloidales basadas en un método de Stöber modificado. A continuación el SiO2Se preparó una suspensión líquida de cristal coloidal a base de autoensamblaje inducido por evaporación en carbonato de propileno (PCb).
Las imágenes de microscopía electrónica de transmisión (TEM) mostraron que las soluciones de semillas que contenían 110, 200 y 300 microlitros contenían SiO2 Nanoesferas con un diámetro medio de 234, 197 y 165 nanómetros y un coeficiente de variación (CV) de 0,010, 0,015 y 0,013, respectivamente. Además, cada muestra de semilla contiene el SiO2 Las nanoesferas mostraron un índice de polidispersidad (PDI) inferior a 0,05. Estos valores indicaron la estrecha distribución de tamaño de SiO.2 nanoesferas. Además, el potencial zeta de cada muestra de semilla de SiO2 Las nanoesferas fueron superiores a -30 milivoltios, mostrando su estabilidad coloidal y buena dispersabilidad.
La suspensión líquida de cristal coloidal preparada se selló entre los electrodos de ITO que tenían diferentes espesores, seguido de la aplicación de diferentes voltajes para el control del color estructural. Además, la aplicación de en el sitio La tecnología de medición durante la modulación eléctrica ayudó a estudiar el proceso cinético y los efectos de la concentración de suspensión, el ángulo de visión, el voltaje cíclico y el espaciado de los electrodos en el comportamiento de respuesta. Los dispositivos de cristal ECP se desempeñaron de manera excelente, lo que demuestra el potencial de estos dispositivos en el espacio de exhibición.
Conclusión
En resumen, los dispositivos de cristal ECP se fabricaron a partir de cristales coloidales líquidos para estudiar su correspondiente respuesta eléctrica. SiO2 Las nanoesferas coloidales con carga superficial abundante y tamaño monodisperso controlable se han utilizado como unidades básicas para construir cristales coloidales líquidos a través del autoensamblaje inducido por la evaporación de solventes en PCB.
Es más, en el sitio La caracterización del USAXS reveló que las nanoesferas suspendidas amorfas y las matrices de microcristales coexistían dentro de la suspensión de cristales coloidales líquidos. Además, los dispositivos de cristal ECP se fabricaron utilizando una suspensión de cristal coloidal con una fracción de volumen del 25 % de SiO.2 Nanoesferas selladas entre electrodos ITO.
Además, se detalló un mecanismo microscópico para comprender el proceso cinético durante la modulación eléctrica. Los resultados indicaron que el mecanismo se basó en el efecto de amortiguamiento del campo eléctrico causado por la deposición de la capa aislante con una constante dieléctrica baja (mi).
Relación
Fang Y, Li H, Wang X, Zhu M, Guo J, Wang C (2022). Estudio dinámico in situ del cambio de color en cristales coloidales líquidos para pantallas electroforéticas. Nanomateriales Aplicados ACS. https://doi.org/10.1021/acsanm.2c02391
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