московский государственный университет имени

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ
М.В. ЛОМОНОСОВА
ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра физики полимеров и кристаллов
РЕФЕРАТ
Рудова Андрея Андреевича
на тему:
" Электрохромные органические и неорганические
материалы "
Москва 2008
Оглавление.
 Введение:………………………………………………………………..3
 Применение:……………………………………………………………4
 Классификация:………………………………………………………...4
 Переходные оксиды металлов…………………………………4
 Берлинская лазурь……………………………………………….5
 Виологены………………………………………………………...6
 Проводящие полимеры………………………………………….7
 Вывод:……………………………………………………………………7
 Список терминов:……………………………………………………...8
 Список литературы:…………………………………………………..8
Москва 2008
2
Введение:
Огромное
количество
химических
материалов
демонстрируют
окислительно-восстановительные состояния с определенным электронным
спектром
поглощения.
Те
материалы,
в
которых
при
изменении
окислительно-восстановительного состояния рождаются новые видимые
области в спектре, называются - электрохромными. Иными словами
электрохромы - материалы, которые изменяют свой цвет при восстановлении
(присоединяя электроны) или окислении (отдавая электроны) под действием
соответствующего внешнего напряжения.
Вообще, существуют различные внешние физические и химические
стимулы
вызывающие
изменение
цвета
и
пропускной
способности
материалов. В соответствии с этим все материалы делятся на четыре
больших
класса:
электрохромных,
фотохромных,
термохромных
и
газохромных веществ.
Электрохромные материалы делятся на три основных типа. В данном
растворе электролита материалы первого типа растворимы как в окисленном,
так и в восстановленном состояниях. Например, метил виологен. Материалы
второго типа растворимы лишь в одном из состояний и образуют твердую
пленку на поверхности электрода, осуществляющего электронный обмен.
Например, гептил виологен. Материалы третьего типа, такие как проводящие
полимеры, в обоих окислительно-восстановительных состояниях являются
твердыми. Их наносят на поверхность электрода и изучают. Два последних
типа материалов обладают так называемой «оптической памятью». Т.е. для
поддержания того состояния, в котором они находятся, не требуется
диффузия заряда, что не характерно для первого типа. Те материалы, где
доступно более двух окислительно-восстановительных состояний, могут
окрашиваться в несколько различных, необычных цветов.
Москва 2008
3
Применение:
Существуют как органические, так и неорганические электрохромные
полимеры. Органические электрохромные технологии имеют огромный
потенциал
применения
на
различных
рынках,
по
сравнению
с
неорганическими. На сегодняшний день она лидирует по:
а) оптическим характеристикам
б) сбережению энергии
в) простоте
г) безопасности
д) надежности
е) долговечности и т.д.
Полимеры, обладающие электрохромными свойствами, применяются в
различных
коммерческих
отраслях.
Например,
производятся
такие
устройства как анти бликовые лобовые окна для автомобилей, солнечные
очки,
индикаторы,
«умные»
окна
(меняют
свою
пропускную
или
отражательную способность). Они применяются в остеклении домов, офисов,
космических кораблей и т.д.
Классификация электрохромных материалов:
Огромное
число
химических
видов
материалов
проявляет
электрохимические свойства. Переходные оксиды металлов, берлинская
лазурь,
виологены,
проводящие
полимеры(полипирол,
политиофен,
полианилин), металлополимеры.
Переходные оксиды металлов:
Хорошим примером данного класса является триоксид вольфрама. С
тех пор, как его электрохромные свойства были найдены в 1969 году, он был
широко изучен различными группами ученых. В окисленном состоянии он
Москва 2008
4
является
прозрачной
тонкой
пленкой.
При
электрохимическом
восстановлении проявляется электрохромный эффект. Несмотря на то, что
все еще идут споры по поводу точных деталей механизма, принято, что
внедрение и удаление электронов и металл катионов, играет ключевую роль.
В случае катионов Li+ реакция может быть записана:
При небольших x пленка окрашена в синий цвет, а при больших x она
имеет либо красный, либо золотистый оттенок. Эти явления связаны с тем,
что во-первых, вольфрам частично восстанавливается до степени окисления
+5, а во-вторых, происходит присоединение катиона Li+ всё это приводит к
изменениям ширины запрещенной зоны и как следствие, светопропускной
способности полимера.
Покрытия на основе триоксида вольфрама, производятся различными
способами,
включающими
термическое
осаждение
в
вакууме,
электрохимическое окисление вольфрама и другие.
Берлинская лазурь:
Этот класс веществ имеет общую формулу M’k[M’’(CN)6]l , где M’ и М”переходные металлы с различной степенью окисления. Первые отчеты об их
свойствах
вызвали
бурные
в
этом
исследования
направлении.
пленок
Для
получения
берлинской
лазури
пользуются электрохимическим
восстановлением
содержащих железо
растворов,
и ионы
гексаноферрата. Восстановление
желто-коричневого
растворимого
комплекса
БЛ
Москва 2008
5
происходит за счет електронно-трансферного процесса:
Спектр БЛ представлен на рисунке. Интенсивно синий цвет в БЛ возникает
благодаря межвалентному трансферу зарядов. Эта область в спектре
находится при 690нм. При увеличении напряжения от 0,5В Основной пик БЛ
смещается в сторону больших длин волн.
Виологены:
Все виологены имеют три окислителоновосстановительных
состояния.
И
наиболее
стабильным является- дикатион. Электрохромизм
появляется в следствии того, что радикал катионы
имеют нелокализованный положительный заряд,
цвет возникает из-за молекулярного электронного
обмена. Подходящий выбор заместителей азота,
(для достижения нужных орбитальных уровней
энергии) может давать различные окраски радикал катиона. Простая
алкильная группа, например, обеспечивает сине-фиолетовую окраску, в то
время как ароматическая (арильная) группа придает зеленый оттенок радикал
катиону. Они не очень подходят для производства дисплеев, т.к. способность
электрохромных устройств, использующих короткую алкильную цепь
виологенов в водном растворе, обесцвечиваться и закрашиваться была бы
ниже, т.к. оба дикатионное и радикальное состояния очень растворимы.
Улучшения в электрохромных устройствах, основанных на виологенах,
можно создать путем замедления скорости, при которой радикально
катионный продукт электронного обмена диффундирует прочь от электрода
в толщу раствора либо путем притягивания дикатиона к поверхности
электрода,
либо
сосредотачивая
виологенную
группу
в
пределах
полутвердого электролита.
Москва 2008
6
Проводящие полимеры:
Химическое или электрохимическое
окисление
многочисленных
резонансно-стабильных ароматических молекул, включающих пиррол,
тиофен, анилин, фуран и др., создает
новые
электронные
проводящие
полимеры. Такие полимеры в окисленной форме – допированы противоанионами и
обладают
делокализованной
𝜋 − электронной зонной
структурой. Ширина запрещенной зоны между валентной областью и зоной
проводимости определяет оптические свойства этих материалов. За процесс
окисления отвечают поляроны, которые являются основными переносчиками
заряда. Восстановление проводящих полимеров с сопутствующим выходом
противоаниона снимает сопряжение и образует электрически непроводящее
вещество.
Вывод:
В этих статьях было показано, что существует огромное число
электрохромных материалов, с различными свойствами и характеристиками.
Многие из них нашли свое применение в промышленности. В скором
времени умные технологии войдут в нашу жизнь и станут неотъемлемой ее
частью.
Умные технологии сделают вашу жизнь ярче!!!
Москва 2008
7
Список терминов:
 give rise
- возникать
 gane
- присоединять
 promote
- побуждать, стимулировать; активизировать,
 impart
- давать, придавать (какое-л. качество)
 hue
- краска, оттенок
 retard
- замедлять, задерживать
 bulk
- толща, масса
 possess [pǝ’zes] - обладать
 carrier [‘kǣriǝ] - переносчик
 concurrent
- сопутствующий, действующий взаимосвязано

Список литературы:
1) Roger J. Mortimer, Electrochromic materials
Department of Chemistry, Loughborough University, Loughborough, Leicestershire, UKLEI
2) Roger J. Mortimer*, Aubrey L. Dyer, John R. Reynolds Electrochromic organic and
polymeric materials for display applications, University of Florida, Gainesville, FL, USA
Москва 2008
8