Термин «умное стекло» уже не раз фигурировал на страницах нашего сайта, как описание активного компонента «умного окна», которое может переключаться из прозрачного в непрозрачное состояние, включать или отключать блокировку теплового излучения и т.п. Но то, что было создано недавно учеными-химиками из университета Людвига-Максимилиана (Ludwig-Maximilians Universitat, LMU), Мюнхен, относится к совершенно иному классу, созданный ими вариант «умного стекла» способен изменять свой цвет под воздействием электричества. При этом, изменение цвета происходит за рекордно короткое время на сегодняшний день.

Представьте себе, что вы находитесь за рулем автомобиля в ночное время и, как это бывает достаточно часто, вас ослепляют фары идущего сзади автомобиля. Для таких случаев было бы удобным иметь зеркала заднего вида, способные тускнеть и изменять коэффициент отражения света в соответствии с сигналами от светочувствительного датчика. И для того, чтобы обеспечить защиту глаз водителя от ослепления, материал зеркала должен быть способным реагировать на изменения сигнала от фотодатчика за максимально короткое время.

Материалы, способные изменять свои оптические свойства под воздействием электричества, называют электрохромными материалами. До последнего времени ученым было известно достаточно большое количество видов таких материалов, подавляющее большинство которых имело неорганическую природу. Однако, в последнее время были найдены новые типы электрохромных материалов на основе так называемых ковалентных органических структур (Covalent Organic Frameworks, COF), состоящих из типовых органических «стандартных блоков» и формирующих упорядоченные кристаллические нанопористые структуры. Изменение цвета материалов на базе COF-структур происходит под воздействием электрического напряжения, которое вызывает оксидирование или сокращение структуры материала.

«Мы использовали принципы модульного конструирования и разработали COF-материалы на базе сложных органических молекул тиеноизоиндиго (thienoisoindigo)» — пишут исследователи, — «Полученные на основе этого электрохромные материалы перекрывают достаточно широкий диапазон, начиная от коротковолнового ультрафиолетового света, до света видимого и близкого инфракрасного диапазона».

В отличие от неорганических соединений, органические COF-структуры более чувствительны к процессу электрохимического оксидирования. Даже приложенное низкое напряжение вызывает изменение цвета материала, более того, этот процесс является полностью обратимым. Также процесс электрохимического оксидирования происходит очень быстро, процесс полного изменения цвета производится за 0.38 секунды, а процесс обратного восстановления — за 0.2 секунды. Такая скорость делает новый материал самым быстрым и самым эффективным электрохромным материалом на сегодняшний день. Кроме этого, материал продемонстрировал высокую стабильность и долговечность — он сохранил свои свойства и способности даже после 200 окислительно-восстановительных циклов.

И в заключение следует отметить, что работа химиков из Мюнхена открывает путь к разработке высокоэффективных электрохромных покрытий нового класса, которые будут применяться в технологиях «умных стекол». А эти «умные стекла», в свою очередь, будут обеспечивать управляемую защиту фасадов зданий от прямых солнечных лучей, защиту тайны частной жизни людей и т.п.