blog

Jun 20, 2023

Tinta eletrocrômica preta com método simples usando suspensão de nanopartículas de óxido de cobre

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 7774 (2023) Citar este artigo 741 Acessos 1 Detalhes da Altmetric Metrics Os materiais eletrocrômicos (EC) para janelas inteligentes devem apresentar cor escura e

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 7774 (2023) Citar este artigo

741 Acessos

1 Altmétrico

Detalhes das métricas

Os materiais eletrocrômicos (EC) para janelas inteligentes devem apresentar uma cor escura e bloquear a luz visível (comprimento de onda = 380–780 nm) para reduzir o impacto ambiental. Em particular, os tons pretos também são desejados, e há muitos relatos de tentativas de criar estes tons escuros utilizando materiais orgânicos, como polímeros. No entanto, os seus métodos de fabricação são complicados, caros e podem até utilizar substâncias perigosas; além disso, muitas vezes não são suficientemente duráveis, como quando expostos à luz ultravioleta. Existem alguns casos relatados de materiais pretos utilizando o sistema CuO como material inorgânico, mas o método de síntese era complicado e a funcionalidade não era estável. Descobrimos um método para sintetizar nanopartículas de CuO simplesmente aquecendo carbonato de cobre básico e ajustando o pH com ácido cítrico para obter facilmente uma suspensão. A formação e funcionalidade de filmes finos de CuO também foram demonstradas utilizando a suspensão desenvolvida. Esta investigação permitirá a criação de janelas inteligentes da CE utilizando materiais e métodos inorgânicos existentes, como a tecnologia de impressão, e é o primeiro passo para o desenvolvimento de materiais inorgânicos escuros ecológicos, económicos e funcionais.

Os materiais eletrocrômicos (EC) apresentam propriedades ópticas reversíveis por meio de reações redox eletroquímicas, possibilitando o controle da transmitância e absorção nas regiões do infravermelho próximo (NIR) e visível . Devido a esta capacidade única, os materiais EC podem ser explorados para desenvolver dispositivos eletrocrômicos (ECDs), que são amplamente utilizados para displays3, sensores4, dispositivos de armazenamento de energia5 e janelas inteligentes6,7. Os materiais CE são categorizados principalmente como inorgânicos ou orgânicos. Os materiais inorgânicos incluem óxidos de metais de transição (por exemplo, óxido de tungstênio8, óxido de níquel9) e complexos inorgânicos (por exemplo, estrutura orgânica10). Os materiais orgânicos consistem em moléculas orgânicas conjugadas com π (por exemplo, viologen11), polímeros condutores (por exemplo, poliimida12, politiofeno13), etc. Os materiais EC inorgânicos oferecem diversas vantagens sobre os orgânicos, incluindo alta estabilidade química e eficiência, bem como um efeito de memória após a remoção da tensão externa, que são fatores significativos que regem as aplicações de ECD1.

Entre os materiais CE existentes nos DPI, já foram comercializados aqueles que alternam entre estados transparentes e azuis14, mas são agora necessários tons cinzentos ou pretos para satisfazer a recente procura de estados mais escuros, tanto por razões de design como para reduzir o impacto ambiental. Se tais sistemas de materiais puderem ser realizados, eles poderão ser usados ​​como material de janela em veículos da próxima geração, como veículos elétricos e veículos com célula de combustível, que deverão se tornar mais populares no futuro. Quando aplicados em janelas, esses materiais podem diminuir os custos de energia elétrica e aumentar a autonomia desses veículos, reduzindo a carga de ar condicionado.

Até o momento, vários estudos demonstraram materiais EC pretos. No entanto, muitos desses materiais relatados permanecem na fase de pesquisa básica porque são orgânicos15,16,17,18, requerem uma variedade de materiais para síntese, são complexos e demorados para processar e, em alguns casos, têm um grande impacto ambiental. . Portanto, são necessários sistemas de materiais EC que possam expressar o preto de uma forma mais simples.

Nosso grupo vem desenvolvendo tintas à base de dispersões aquosas de óxido de tungstênio (WO3) e nanopartículas de PB (NPs) para aplicação em processos úmidos para preparação de filmes finos de EC8,10. Entre os processos úmidos, a impressão19 e o revestimento20,21 oferecem a vantagem de permitir a fabricação de filmes finos EC em substratos em larga escala, em pouco tempo e com baixo custo. Além disso, estas técnicas são vantajosas para a preparação de filmes finos em substratos de vidro e substratos flexíveis.

Neste estudo, desenvolvemos um método simples para preparar suspensões dispersas de NPs de CuO utilizando carbonato de cobre (II) básico como material de partida e ácido cítrico para ajustar o pH da água. Embora os métodos para a produção de partículas nanométricas de CuO tenham sido extensivamente investigados , tem havido muito pouca pesquisa sobre a preparação de suspensões estáveis ​​e dispersas de CuO NP, que são revestimentos de fase líquida essenciais para a produção de filmes finos . Aplicações biomédicas de NPs de CuO, por exemplo, como materiais sensores, sensores de glicose, sensores de H2O2, sensores de dopamina e cicatrização de feridas são bem relatadas . Suspensões coloidais contendo NPs de óxidos apresentam potencial significativo para aplicação em escala industrial, pois são de fácil aplicação em processos de produção contínua, como impressão e revestimento de filmes nanoestruturados29. Várias tentativas foram feitas para preparar suspensões coloidais de CuO utilizando soluções à base de nitrato e acetato26,30,31,32.