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Jun 20, 2023

Encre électrochromique noire avec une méthode simple utilisant une suspension de nanoparticules d'oxyde de cuivre

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 7774 (2023) Citer cet article 741 Accès 1 Détails Altmetric Metrics Les matériaux électrochromes (EC) pour les fenêtres intelligentes doivent présenter une couleur sombre et

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 7774 (2023) Citer cet article

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Les matériaux électrochromes (EC) pour fenêtres intelligentes doivent présenter une couleur sombre et bloquer la lumière visible (longueur d'onde = 380 à 780 nm) afin de réduire l'impact environnemental. En particulier, les tons noirs sont également souhaités, et de nombreux rapports font état de tentatives visant à créer ces tons sombres à l'aide de matériaux organiques tels que des polymères. Cependant, leurs méthodes de fabrication sont compliquées, coûteuses et peuvent même utiliser des substances dangereuses ; de plus, ils ne sont souvent pas suffisamment durables, par exemple lors d'une exposition à la lumière ultraviolette. Certains cas ont été signalés de matériaux noirs utilisant le système CuO comme matériau inorganique, mais la méthode de synthèse était compliquée et la fonctionnalité n'était pas stable. Nous avons trouvé une méthode pour synthétiser des nanoparticules de CuO en chauffant simplement du carbonate de cuivre basique et en ajustant le pH avec de l'acide citrique pour obtenir facilement une suspension. La formation et la fonctionnalité de films minces de CuO ont également été démontrées à l'aide de la suspension développée. Cette recherche permettra la création de fenêtres intelligentes EC à l'aide de matériaux et de méthodes inorganiques existants, tels que la technologie d'impression, et constitue la première étape vers le développement de matériaux inorganiques sombres respectueux de l'environnement, rentables et fonctionnels.

Les matériaux électrochromes (EC) présentent des propriétés optiques réversibles via des réactions électrochimiques redox, permettant de contrôler la transmission et l'absorption dans les régions proche infrarouge (NIR) et visible1,2. Grâce à cette capacité unique, les matériaux EC peuvent être exploités pour développer des dispositifs électrochromiques (ECD), largement utilisés pour les écrans3, les capteurs4, les dispositifs de stockage d'énergie5 et les fenêtres intelligentes6,7. Les matériaux EC sont principalement classés comme inorganiques ou organiques. Les matériaux inorganiques comprennent les oxydes de métaux de transition (par exemple, l'oxyde de tungstène8, l'oxyde de nickel9) et les complexes inorganiques (par exemple, la charpente organique10). Les matériaux organiques sont constitués de molécules organiques π-conjuguées (par exemple, viologène11), de polymères conducteurs (par exemple, polyimide12, polythiophène13), etc. Les matériaux EC inorganiques offrent plusieurs avantages par rapport aux matériaux organiques, notamment une stabilité et une efficacité chimiques élevées, ainsi qu'un effet mémoire. après avoir supprimé la tension externe, qui sont des facteurs importants régissant les applications ECD1.

Parmi les matériaux EC existants dans les ECD, ceux qui alternent entre les états transparents et bleutés ont déjà été commercialisés14, mais des teintes grises ou noires sont désormais nécessaires pour répondre à la demande récente d'états plus foncés, à la fois pour des raisons de conception et pour réduire l'impact environnemental. Si de tels systèmes de matériaux peuvent être réalisés, ils pourront être utilisés comme matériau de fenêtre dans les véhicules de la prochaine génération, tels que les véhicules électriques et les véhicules à pile à combustible, qui devraient devenir plus populaires à l'avenir. Lorsqu'ils sont appliqués sur les fenêtres, ces matériaux peuvent réduire les coûts d'électricité et augmenter l'autonomie de ces véhicules en réduisant la charge de la climatisation.

À ce jour, plusieurs études ont démontré des matériaux EC noirs. Cependant, bon nombre de ces matériaux signalés restent au stade de la recherche fondamentale car ils sont organiques15,16,17,18, nécessitent une variété de matériaux pour la synthèse, sont complexes et longs à traiter et, dans certains cas, ont un impact environnemental important. . Par conséquent, des systèmes de matériaux EC capables d’exprimer le noir de manière plus simple sont nécessaires.

Notre groupe développe des encres à base de dispersions aqueuses d'oxyde de tungstène (WO3) et de nanoparticules de PB (NP) pour une application dans des procédés humides pour préparer des films minces EC8,10. Parmi les procédés humides, l’impression19 et le revêtement20,21 offrent l’avantage de permettre la fabrication de films minces EC sur des substrats à grande échelle dans un délai court et à faible coût. De plus, ces techniques sont avantageuses pour la préparation de films minces sur des substrats en verre et des substrats flexibles.

Dans cette étude, nous avons développé une méthode simple pour préparer des suspensions dispersées de CuO NP en utilisant du carbonate basique de cuivre (II) comme matière première et de l'acide citrique pour ajuster le pH de l'eau. Bien que les méthodes de production de particules de CuO de taille nanométrique aient été étudiées de manière approfondie22,23,24,25, très peu de recherches ont été menées sur la préparation de suspensions stables et dispersées de CuO NP, qui sont des revêtements en phase liquide essentiels pour la production de films minces26,27. Les applications biomédicales des NP de CuO, par exemple, en tant que matériaux pour capteurs, capteurs de glucose, capteurs de H2O2, capteurs de dopamine et cicatrisation des plaies, sont bien connues28. Les suspensions colloïdales contenant des NP d'oxyde présentent un potentiel d'application important à l'échelle industrielle, car elles sont faciles à appliquer dans des processus de production continus, tels que l'impression et le revêtement de films nanostructurés29. Plusieurs tentatives ont été faites pour préparer des suspensions colloïdales de CuO en utilisant des solutions à base de nitrate et d'acétate26,30,31,32.