Cualquiera que tenga un espejo retrovisor que se atenúe automáticamente en azul como reacción a las molestas luces de carretera que deslumbran desde atrás, ha visto una película electrocrómica en acción.

Ahora, Los químicos del Instituto de Tecnología de Georgia han desarrollado un nuevo método para de manera más segura y, por extensión, producir fácilmente estas películas de corte, que cambian de color con la ayuda de una pequeña corriente eléctrica. Esto podría ponerlos a disposición de muchas industrias que no han podido usarlos de manera factible antes.

En la fabricación, Las películas electrocrómicas a menudo se recubren sobre otros materiales, como la superficie de un espejo, como tintas. Suelen estar basados ​​en disolventes que son inflamables y tienen humos tóxicos, haciéndolos inadecuados para muchos entornos de trabajo que dependen de maquinaria de impresión y pulverización para aplicar colores.

Los investigadores de Georgia Tech han desarrollado tintas de película electrocrómicas a base de agua, haciéndolos más seguros para la aplicación difusa en entornos donde los tipos de precauciones de seguridad y equipos de protección que son estándar en el manejo de productos químicos orgánicos volátiles no serían prácticos.

Ambientes cotidianos

"Donde la gente imprime no siempre es en entornos químicamente seguros, "dijo John Reynolds, profesor en las Escuelas de Química y Bioquímica y Ciencia e Ingeniería de Materiales de Georgia Tech. Entonces, Reynolds y el primer autor del estudio, Brian Schmatz, a quien se le ocurrió el método a base de agua, se propuso hacer que las tintas para películas electrocrómicas sean más seguras para los entornos cotidianos.

Hubo algunos obstáculos para lograrlo. El producto terminado tuvo que operar eléctricamente de manera comparable a las películas que se aplican en un solvente orgánico, y también ser resistente al agua a pesar de la producción a base de agua. El método de Schmatz también debía ser realista desde el punto de vista logístico y financiero para que los productores lo implementaran.

Los investigadores publicaron detalles sobre su solución y cómo cumplió con los criterios en la revista. Ciencia Central ACS el 16 de agosto 2017. Si el proceso químico avanza hacia la producción, el futuro puede ver más ventanas, gafas graduadas, o incluso textiles que cambian entre colores y tonos de oscuridad con el clic de un botón o con la ayuda de un interruptor detector de luz.

Así funcionan muchos espejos retrovisores con atenuación automática:las luces altas del automovilista detrás de usted golpean un sensor de luz que aplica un campo eléctrico suave al espejo, y que activa el cambio de color, o electrocrómico, película, que cambia a un tinte más oscuro.

Arco iris electroquímico

Las películas electrocrómicas del laboratorio de Reynolds están fabricadas con polímeros conjugados, moléculas orgánicas coloridas y electroactivas. Fácilmente sueltan algunos de sus electrones menos unidos, y cuando lo hagan, sus colores cambian.

Si las películas coloreadas están sobre una superficie clara, cuando el color se desvanece, la superficie se vuelve clara. La superficie debe ser conductora para que se pueda aplicar un pequeño voltaje (aproximadamente 1 voltio) para eliminar los electrones del polímero conjugado o ayudarlos a volver a saltar.

Los tintes no tienen que ser grises azul, marrón, o de otra manera con cordones rectos. "Podemos hacer cualquier color, "Dijo Reynolds.

'Tóxico, 'cancerígeno'

Debido a los disolventes orgánicos de las tintas anteriores, la aplicación de películas electrocrómicas en el pasado conllevaba importantes requisitos de seguridad. Sus costos podrían volverse prohibitivos si el trabajo es grande, decir, si una empresa quisiera cubrir las ventanas de un edificio de oficinas con una película electrocrómica.

"La mayoría de los laboratorios de investigación utilizan clorobenceno como disolvente. Es bastante tóxico. Es cancerígeno, ligeramente volátil también, "Dijo Schmatz." Entonces, no es algo con lo que la gente quiera trabajar a gran escala ".

También, las personas simplemente pueden encontrar desagradable el olor de una sustancia química orgánica en su lugar de trabajo. Ejemplos de olores de solventes orgánicos que la mayoría de las personas han experimentado son queroseno, gasolina, o alcohol isopropílico.

Orgánico luego acuoso

El agua como disolvente es mucho más segura, pero puede presentar otros desafíos. Los polímeros conjugados se producen en disolventes orgánicos y no se disuelven inherentemente en agua. También, Las películas impresas con tintas a base de agua pueden lavarse con la lluvia o mancharse con mucha humedad.

La invención de Schmatz combina lo mejor de ambos mundos mediante el uso de un disolvente orgánico y un disolvente acuoso en fases.

Primero, el polímero conjugado se produce en un solvente orgánico para asegurar la calidad del material. Eso también está alineado con las prácticas de la industria química.

"Las empresas químicas realmente hacen mucho de este tipo de procesamiento, y es ventajoso mantener esto como está, para que las empresas puedan seguir haciendo lo que están haciendo y agregar este producto más fácilmente, ", Dijo Schmatz.

Pero luego Schmatz altera el polímero conjugado, el ingrediente activo de la tinta, por así decirlo, que normalmente no es soluble en agua, para que efectivamente se disuelva en agua.

"Incorporamos un disparador químico dentro del polímero. Se activa mediante un lavado con agua de pH alto, y que transforma el polímero orgánico soluble en un polielectrolito soluble en agua, ", dijo." La razón por la que queremos hacer todo esto es para poder producir el polímero en un solvente orgánico, pero luego imprima el polímero a partir de una tinta a base de agua ".

Cuchilla ultravioleta

Para asegurarse de que la película no se manche ni se corra después de la impresión y de que funcione bien cuando esté terminada, Schmatz escinde ese disparador químico agregado del polímero conjugado al iluminar la película electrocrómica con luz ultravioleta.

La cadena química soluble en agua se convierte en un simple residuo que se puede limpiar o enjuagar. Lo que queda es un robusto película de polímero conjugado puro, que ya no se puede disolver en agua o disolventes orgánicos.

Reynolds imagina películas electrocrómicas en varios materiales, incluidos algunos que no sean de vidrio o plástico. "Podrías aplicar esto al camuflaje, por ejemplo, con los tejidos adecuados, y tener un sensor conectado a una batería, y haga que cambie los colores para que coincidan con la luminosidad o la oscuridad cambiantes del entorno de un soldado ".

Aparte de la electrocrómica, Estos polímeros conjugados también se están explorando para transistores impresos, células solares, químicos y biosensores, pantallas emisoras de luz y bioelectrónica. El grupo de Reynold tiene acceso a varios métodos de administración para probar la aplicación de polímeros conjugados.

"Georgia Tech es una universidad de ingeniería enfocada y tiene capacidades de aplicación que puede encontrar aquí, ", Dijo Reynolds." Los diversos métodos de impresión o pulverización están aquí:aerógrafo, revestidor de cuchillas, chorro de tinta. Y si no tenemos algo podemos construirlo aquí ".