В основе разработки докторанта Университета Турку Сачина Кочрекара лежат порфирины — молекулы, широко распространенные в природе. Они входят в состав хлорофилла растений и гемоглобина крови. Именно порфириновая структура позволяет растениям извлекать энергию из солнечного света при фотосинтезе.
«Способность этой природной молекулы контролируемо переносить электроны и менять свое состояние — интересная отправная точка для нас, материаловедов», — объясняет Кочрекар.
Специалисты создали тонкие полимерные пленки на основе порфиринов двумя способами: в виде гибридной структуры вместе с электропроводящим материалом и более простым методом, соединив порфирины с помощью мостиковых молекул в полимерную мембрану. Ученые также изучили влияние металлов на свойства материала, поместив в центр молекул порфирина никель, цинк или не используя металл вовсе.
Оказалось, что даже небольшие структурные изменения существенно влияют на характеристики. Пленка на основе никеля способна менять цвет между тремя различными состояниями, тогда как материалы на основе цинка и без металла переключаются между двумя цветами. Все материалы реагировали быстро — менее чем за две секунды, показывали четкий визуальный контраст и сохраняли измененный цвет даже после отключения питания.
Важно, что мембраны тестировали для накопления энергии в водном электролите, который безопаснее и экологичнее обычно используемых альтернатив. Это первое исследование, в котором полимерные мембраны на основе порфиринов применяются в качестве электрохромных суперконденсаторов в водной системе. Все три материала продемонстрировали хорошие энергоаккумулирующие свойства.
«Такие материалы недорогие в производстве, просты в управлении и легко адаптируются. Их можно интегрировать в гибкие и растяжимые подложки. В будущем они могут использоваться в сенсорных технологиях, гибкой электронике, умной одежде и солнечных энергетических решениях. Например, умные окна на основе такого материала могли бы одновременно накапливать солнечную энергию и затемняться при ярком солнце, что снизило бы потребность в охлаждении здания», — говорит Кочрекар.
Потенциальные сферы применения включают в себя также антибликовые зеркала заднего вида для автомобилей, дисплеи, линзы для очков и визуальные индикаторы для химических сенсоров, которые могут менять цвет при воздействии определенных газов или биологических маркеров.
Ранее российские ученые разработали новые полимерные материалы для солнечных батарей будущего.
Источник: hi-tech.mail.ru