Термохромные материалы — это «умные» материалы, которые меняют свой цвет в зависимости от температуры окружающей среды. Недавно сингапурская исследовательская группа представила жидкость, которая становилась намного темнее по мере нагревания. Их изобретение может оказаться полезным в смарт-окнах и других приложениях, которые реагируют на изменения температуры.
В отличие от более ранних прототипов, которые полагались на красители или жидкие кристаллы, чтобы изменить цвет, термохромная жидкость использовала крошечные провода. Испытания показали, что она сохраняла свою способность менять свой цвет, несмотря на то, что прошла сотни циклов «нагрев-охлаждение».
Новый материал был разработан исследователями из Агентства по науке, технологии и исследованиям (A*STAR) и их коллегами из Национального университета Сингапура (NUS). Они опубликовали свои выводы в научном журнале Advanced Materials.
Они предложили несколько возможных применений термохромной жидкости, такие как смарт-окна и одноразовые датчики температуры, сделанные из бумаги.
Органические красители или жидкие кристаллы позволяют изменять цвет термохромных материалов более раннего поколения. В то время как было возможно производить материалы на основе красителя или на основе кристаллов в больших масштабах, они обои страдали недостатками.
Биологическое происхождение органических красителей означало, что длительное воздействие света разрушит их со временем. Для жидких кристаллов их слабость заключалась в воздействии воздуха — им требовались защитные капсулы.
Новая термохромная жидкость становится темнее, когда температура повышается
Институт исследования и разработки материалов A*STAR разработал термохромную жидкость, которая устраняет уязвимость к свету и воздуху своих предшественников. Вэнь-Я Ву руководил командой исследователей, которые придумали новый умный материал.
Ву заменил традиционные красители и жидкие кристаллы полупроводниковыми нанокристаллами. Эти электропроводящие частицы поглощали широкий диапазон световых частот и оставались стабильными, несмотря на сильное воздействие фотонов.
При помещении в правильный растворитель полупроводниковые кристаллы рассеиваются через среду в виде коллоидной суспензии.
«Исследуя синтез наночастиц коллоидного селенида сурьмы (Sb2Se3), мы случайно обнаружили, что они образуют кристаллические нанопровода при нагревании и растворяются в молекулярных предшественниках при охлаждении в определенной смеси растворителей», объяснил Ву в интервью.
Для полупроводниковых кристаллов они выбрали триселенид сурьмы (Sb2Se3). При отсутствии нагревания молекулярные предшественники соединения обычно прозрачны.
Как только температура поднималась, молекулы образовали триселенид сурьмы в форме проводов. Химическое соединение поглощало широкий спектр света.
Новый материал, изменяющий цвет может найти применение в самонастраиваемых окнах
Исследовательская группа провела тестирование термохромной жидкости, чтобы измерить прочность и долговечность ее способности изменять цвет. Когда они оставляли раствор в течение двух лет, раствор оставался стабильным, несмотря на воздействие окружающей среды.
Кроме того, они провели сотни циклов нагрева и охлаждения. Термохромная жидкость сохраняла тот же уровень эффективности изменения цвета.
Исследователи обнаружили, что можно регулировать температуру перехода от 95 F (35 C) до 284 F (140 C). Они сделали это, добавив к раствору небольшое количество хлорида олова.
Хлорид олова взаимодействовал с предшественником селена полупроводниковых кристаллов. Чем больше количество хлорида олова, тем ниже температура, необходимая для запуска образования нанопроводов триселенида сурьмы, которые меняют цвет жидкости.
Команда Ву нанесла слой термохромного раствора на фильтровальную бумагу. Их тесты показали, что временный датчик по-разному реагировал на более горячие и более холодные части неравномерно нагретой поверхности.
«Наша термохромная система на жидкой основе потенциально позволяет наносить покрытие на самые разные поверхности», поделился Ву.
