公告/发布日期:2007/08/08

mile米乐中国官方网站 通过将葛饰北斋使用的颜料转化为纳米粒子来制造光控玻璃

-可以显示多种颜色和图案-

积分

  • 开发出普鲁士蓝纳米颗粒墨水并制造出通电时透明度会发生变化的光控玻璃
  • 通过替换普鲁士蓝中的金属元素实现多种颜色
  • 如果用于建筑物和汽车的窗户,将通过提高空调效率来节省能源

摘要

米乐m6官方网站 [会长:吉川博之](以下简称“AIST”) 纳米技术研究部 [研究主任:横山浩] 纳米结构材料理论组 [组长:阿部修二] 河本彻 分子纳米材料组首席研究员 [组长:水谷涉] 田中恒 首席研究员以及国立大学法人山形大学(以下简称“山形”)国立大学法人北陆科学技术大学(以下简称“北陆科学技术大学”)、国立大学法人东京农工大学(以下简称“东京农工大学”)正在共同开发普鲁士蓝。复杂颜料被制成纳米颗粒并分散。也可用于电控透光率电致变色我们开发了一个元素。这使得生产能够显示多种颜色和图案的光控玻璃成为可能。而且,制造方法本身简单,制造成本低。

 新开发的控光玻璃使用15V干电池表现出着色和脱色之间的颜色变化,并且即使停止电源也能保持颜色变化。当这种光控玻璃用于建筑物和汽车的窗户时,预计能够控制进入房间的外部光量,通过提高空调效率来促进节能。此外,还可以低成本生产多种颜色和图案的控光玻璃,有望实现环保与设计的兼具。

脱色和着色状态的照片
脱色状态 有色状态


发展的社会背景

 能够调节从外界射入的光线量的玻璃称为控光玻璃。近年来,随着环境问题的日益严重,对光控玻璃的需求不断增加。例如,它有望用于汽车和建筑物的窗户,通过阻挡夏季炎热的阳光来提高空调效果。

电致变色是一种用于光控玻璃的技术。这是一种材料颜色因电输入而变化的现象。采用电致变色技术的光控玻璃已在少数欧洲豪华汽车中使用,但由于材料和制造工艺相关的成本问题,尚未得到广泛应用。此外,所用材料多为氧化钨,颜色种类也有限。此外,很难像窗帘一样使用各种图案和颜色进行设计。

 一种称为普鲁士蓝的复杂材料被认为是一种表现出电致变色的材料。普鲁士蓝是一种已有300多年历史的蓝色颜料,于1704年被发明,历史悠久,包括葛饰北斋的使用。普鲁士蓝电致变色现象于1978年被发现,并研究其在光控玻璃中的应用,但尚未商业化。

研究历史

 普鲁士蓝含有一些它所含有的铁过渡金属以显示各种颜色。日本综合技术研究所、山形大学、北陆高等科学技术研究所和东京农工大学注意到了这一点,认为通过使用普鲁士蓝及其类似物,可以开发出呈现多种颜色的电致变色材料。此外,如果这些材料可以分散在溶剂中并制成墨水,我们一直在开发这项技术,因为我们相信可以使用各种湿色印刷和成膜技术来形成高质量的薄膜和印刷图案。

这项研究和开发得到了新能源和产业技术发展组织2006财年产业技术研究资助项目“使用金属复合纳米颗粒墨水和各种印刷和成膜技术创建新型功能性电致变色器件”的支持。

研究内容

 普鲁士蓝及其过渡金属取代的类似物可以通过将原料金属离子和六氰基金属离子的水溶液简单地混合来制备,但已经发现,根据混合和随后的搅拌方法,可以制备约10至20纳米的纳米颗粒。此外,他们发现通过添加并搅拌涂覆纳米颗粒表面的材料,可以获得表面改性的纳米颗粒。通过选择涂层材料,我们能够制造出分散在各种溶剂中的纳米颗粒,并将其转化为墨水(图 1)。这次,他们获得了可以分散在水、甲醇、甲苯、氯仿、己烷等中的纳米粒子。

普鲁士蓝及其类似物着墨方案图
图1 普鲁士蓝及其类似物墨水的制作方案

 蓝色墨水可以用普鲁士​​蓝制成。类似物也可以使用相同的方法制成墨水。例如,普鲁士蓝中的一些铁原子被镍取代的类似物 (Ni-PBA) 会产生黄色墨水,而钴原子被取代的类似物 (Co-PBA) 会产生红色墨水(图 2)。通过混合这些墨水,可以创造出各种颜色的普鲁士蓝型复合墨水。

使用普鲁士蓝及其类似物的三基色墨水以及通过混合它们实现多色的插图
图2 使用普鲁士蓝及其类似物的三基色油墨及其混合实现多色

 使用这些墨水,旋涂法成膜和旋涂法光刻法的图案,即图案印刷也是可能的。当应用于导电基材时,复合物的薄膜可以发生电化学氧化和还原,从而在通电时可以引起从有色到无色透明的颜色变化(电致变色)(图3和图4)。


旋涂法制备的Ni-PBA纳米颗粒涂膜颜色变化照片1   旋涂法制备的Ni-PBA纳米颗粒涂膜颜色变化照片2
图3旋涂法制备的Ni-PBA纳米颗粒涂膜的颜色变化(黄色)

普鲁士蓝纳米粒子涂膜图案及展示照片   普鲁士蓝纳米颗粒涂膜的图案化和擦除照片
图4 普鲁士蓝纳米颗粒涂膜的图案化及其显示和擦除

可调光玻璃是通过将电解质捕获在涂有具有电致变色功能的纳米颗粒墨水的两个透明金属基板之间的间隙中而制成的。通过使用这种方法,从材料合成到控光玻璃的制造的一切都可以简单且廉价地进行。当15V干电池连接到两个透明基板上时,颜色在10秒内从蓝色变为无色透明。请注意,电流仅需要改变颜色,并且由于它具有记忆特性,因此即使关闭电源,状态也会保留。此外,当施加相反的电压时,颜色沿相反方向变化,即使颜色变化超过10,000次也没有观察到劣化(图5)。目前,各种颜色的电致变色器件的开发正在取得进展。

10cm见方的调光玻璃原型照片
脱色状态 有色状态
图5 10cm见方控光玻璃原型 左图:脱色状态 右图:着色状态

 本研究针对的应用示例如图 6 所示。在窗户和壁挂式镜子前面安装调光玻璃。当通电并着色时,玻璃会转变为阻挡光线的图案窗帘。此外,壁挂式镜子还可以变成挂在墙上的画。

本发明的预期应用示例(透明状态)图像   本发明的预期应用示例(着色状态)图像图像
图6本发明预期应用的示例左图:透明状态右图:彩色状态

未来计划

 未来,我们希望进行基础技术的研究和开发,以实现更加多样化的颜色和图案,并稳定地运行可用于家庭和汽车的尺寸的调光玻璃,目标是在不久的将来发货样品。



术语解释

◆复杂
配体(原子、原子团、分子或离子)与金属元素或类金属元素的原子或离子键合的化合物。普鲁士蓝是最著名的复杂化合物之一。[返回来源]
◆电致变色(电致变色)
由于电化学氧化或还原而导致物质颜色发生变化的现象。[返回来源]
◆过渡金属
元素周期表中第 3 族至第 11 族的金属元素。与分子结合并形成复合物。[返回来源]
◆旋涂法
将溶液滴在基板上并高速旋转基板以除去溶剂并形成薄膜的方法。[返回来源]
◆光刻法
一种处理基板的方法,其方法是在基板上涂敷物理性质在曝光时发生变化的光致抗蚀剂(感光树脂),并通过部分透射光的掩模用光照射该基板。[返回来源]


相关文章


联系我们

查询表