El vidrio inteligente puede cambiar su color rápidamente a través de la electricidad. Un nuevo material desarrollado por químicos de LMU ahora ha establecido un récord de velocidad para tal cambio.

Conduces por la carretera de noche. Llueve y los faros brillantes del coche detrás de ti te ciegan. Qué conveniente tener un espejo retrovisor con atenuación automática en tal caso. Técnicamente, este útil se basa en materiales electrocrómicos. Cuando se aplica un voltaje, su absorción de luz y su color cambian. Controlado por un sensor de luz, el espejo retrovisor puede filtrar una luz intensamente deslumbrante.

Recientemente, los expertos descubrieron que, además de los materiales electrocrómicos inorgánicos establecidos, también se puede equipar una nueva generación de estructuras de celosía altamente ordenadas con esta capacidad: los llamados marcos orgánicos covalentes, COF para abreviar (vidrio inteligente). Consisten en bloques de construcción orgánicos producidos sintéticamente que, en combinaciones adecuadas, forman redes cristalinas y nanoporosas. Aquí, el cambio de color puede ser provocado por una tensión eléctrica aplicada que provoca una oxidación o reducción del material.

Principio de construcción modular

El equipo LMU dirigido por Thomas Bein(Química Física, LMU Munich, orador del grupo de conversión electrónica de excelencia) ahora ha desarrollado estructuras COF cuyas velocidades de conmutación y eficiencias de coloración son muchas veces más altas que las de los compuestos inorgánicos. Los COF son atractivos porque las propiedades de sus materiales se pueden ajustar en un amplio rango modificando sus bloques de construcción moleculares. Los científicos de LMU Munich y la Universidad de Cambridge se beneficiaron de ello para diseñar COF que eran ideales para sus propósitos. “Hemos hecho uso del principio de construcción modular de los COF y hemos diseñado el bloque de construcción ideal para nuestros propósitos con una molécula de tienoisoíndigo específica”, dice Derya Bessinger, primera autora y estudiante de doctorado en el grupo de Thomas Bein. Incorporado en un COF, el nuevo componente demuestra cuán fuertemente puede mejorar las propiedades del COF. «Por ejemplo,

Al mismo tiempo, las nuevas estructuras de COF son mucho más sensibles a la oxidación electroquímica. Esto significa que incluso un voltaje bajo aplicado es suficiente para activar un cambio de color de los COF, que también es completamente reversible. Además, esto ocurre a una velocidad muy alta: el tiempo de respuesta para un cambio de color completo y distinto por oxidación es de alrededor de 0,38 segundos, mientras que la reducción al estado inicial toma solo alrededor de 0,2 segundos. Esto hace que los marcos orgánicos electrocrómicos del equipo de conversión electrónica se encuentren entre los más rápidos y eficientes del mundo.

Estabilidad muy alta en pruebas de larga duración

Dos cosas en particular son responsables de la alta velocidad: la estructura del marco conductor de los COF permite el transporte rápido de electrones en la red. Y gracias a un tamaño de poro optimizado, la solución de electrolito circundante puede llegar rápidamente a todos los rincones. Esto es esencial porque la carga positiva generada en la estructura de COF oxidada debe compensarse rápidamente con iones electrolíticos negativos. Por último, pero no menos importante, el producto de los científicos de Munich que forman parte del grupo de excelencia de conversión electrónica tiene una estabilidad muy alta. Las pruebas a largo plazo demostraron que el material pudo mantener su rendimiento incluso después de 200 ciclos de oxidación-reducción.

Con estos hallazgos fundamentales, la publicación avanza en el desarrollo de una nueva clase de recubrimientos electrocrómicos de alto rendimiento. La demanda obvia de esto se muestra en las aplicaciones actuales de «vidrio inteligente» como las ventanas de protección solar conmutables y de protección de privacidad para fachadas de edificios completos.

Imágen: LMU