La technologie électrochrome permet de réaliser des couches qui peuvent changer de couleur ou devenir transparentes grâce à un courant électrique. Par rapport à d'autres technologies de changement de couleur comme le photochromisme et le thermochromisme, les dispositifs électrochromiques peuvent être parfaitement contrôlés pour obtenir la transparence souhaitée à tout moment. Bien que la technologie ait été découverte il y a près de 50 ans, ce n'est que récemment que des applications commerciales sont apparues, principalement dans le verre électrochrome des rétroviseurs automobiles et des fenêtres d'avion.
Un grand marché potentiel pour les dispositifs électrochromes est celui des fenêtres intelligentes, où ils promettent d'économiser de l'énergie. Le secteur du bâtiment est responsable de plus de 50 % des gaz à effet de serre produits chaque année, et les opérations de construction, y compris le chauffage et la climatisation, représentent près de 30 % de ce chiffre (source : 2021 Global Status ABC Report). Grâce aux dispositifs électrochromiques, il est possible de mettre en œuvre des stratégies de contrôle des économies d'énergie qui battent tout autre vitrage aux propriétés optiques statiques. Cependant, le principal obstacle à la généralisation de cette technologie est le coût élevé des modules électrochromes.
Matériaux électrochromiques brillants
Face à ce défi commercial, nous avons vu une opportunité d'utiliser nos semi-conducteurs organiques (OSCs) pour créer une ligne de produits dédiée aux dispositifs électrochromiques. Comme les OSC peuvent être modifiés, il est possible de les concevoir pour qu'ils soient faciles à formuler en encres, ce qui ouvre la voie à une fabrication rentable à partir de techniques d'impression simples sur des substrats rigides (ex : verre) ou souples (ex : plastique, tissu).
Comme ils sont à base de carbone et faciles à modifier au niveau moléculaire, tout comme les colorants et les pigments, nos produits sont réglables en couleur et peuvent créer des verres électrochromiques plus esthétiques et plus colorés que toute autre technologie concurrente. Comme première gamme de produits, nous avons créé quatre matériaux individuels proches des couleurs primaires utilisées dans les encres d'impression CMYK (CMYK, pour Cyan, Magenta, Yellow et Black). Les matériaux ont été testés individuellement dans des appareils de test et tous produisent un changement de couleur lorsqu'une tension inférieure à 5V est appliquée. Voir notre vidéo d'un dispositif de démonstration du matériau magenta. Tous les appareils sont entièrement exempts de substances nocives.
Figure 1 : Semi-conducteurs organiques CMYK colorés de Brilliant Matters (déposés par spin-coating sur du verre)
Tous les produits sont également solubles dans des solvants tels que le toluène ou le xylène, ce qui permet de les utiliser dans des encres fluides compatibles avec la plupart des techniques de dépôt actuelles, y compris la filière à fente, le jet d'encre ou le revêtement par pulvérisation. Leur nature soluble et sans particule garantit également qu'ils forment des couches uniformes et sans trouble, d'une épaisseur contrôlable. Par exemple, en utilisant une seule couleur, la couleur passe de pâle à très intense en faisant varier l'épaisseur du film lors de la modification des paramètres de dépôt ou de la charge d'encre.
Figure 2 : Exemple d'accord de couleur de notre couleur magenta en utilisant différentes épaisseurs (déposées par spin-coating sur du verre)
Cette capacité à fabriquer des encres solubles présente également un autre avantage : il est possible de faire preuve de créativité et de créer d'autres couleurs à partir des originaux en mélangeant les matériaux. Nous avons testé le mélange des matériaux pour créer de nouvelles couleurs, par exemple en mélangeant du jaune et du magenta pour créer un dispositif électrochromique orange. Un comportement particulier en découle : les matériaux, même incorporés dans une seule couche, changent de couleur séparément à leur tension de commutation respective. Dans ce cas, nous observons un passage progressif de l'orange au jaune puis au bleu clair (état transmissif). Cela s'explique par le fait que le matériau magenta change de couleur à une tension plus faible que le matériau jaune, ce qui permet de changer plusieurs couleurs à partir d'un seul dispositif si nécessaire, sans ajouter de complexité au processus de fabrication. (voir la vidéo).
Figure 3 : Exemple d'accord de couleur à partir de notre couleur magenta en utilisant différentes épaisseurs
Plus important encore, cela ouvre la possibilité d'obtenir une très large gamme de couleurs à partir d'un ensemble de matériaux de base. En mesurant les propriétés optiques des matériaux, à savoir leurs spectres d'absorption de la lumière et leurs coefficients d'absorption, nous pouvons créer un outil prédictif permettant de mélanger les matériaux pour obtenir la couleur souhaitée. Cette capacité à mélanger les couleurs de manière prévisible, comme des encres ordinaires, est essentielle pour permettre la réalisation de dispositifs électrochromes imprimés en motifs graphiques complexes, par exemple par impression à jet d'encre.
Les matériaux montrent une bonne robustesse dans les dispositifs, car nous n'avons observé que de faibles changements dans la transmittance visuelle du dispositif sur 500 cycles. Cependant, les dispositifs que nous avons fabriqués à ce stade ne sont pas optimisés, et les choix de l'électrolyte et des électrodes, ainsi que la gestion des contaminants, peuvent jouer un rôle important dans la durabilité des dispositifs électrochromiques. Dans le cadre des développements en cours de notre technologie, et par le biais de partenariats stratégiques, nous pensons pouvoir réduire le coût des modules avec nos matériaux et atteindre une durabilité de pointe de plus de 10 000 cycles de changement de couleur, une étape qui est souvent atteinte avec les dispositifs électrochromiques organiques de la R&D.
Tableau 1. Transmittance visuelle moyenne d'un dispositif d'essai électrochrome magenta non optimisé après 1 à 500 essais de cycles de tension
Conclusion et perspectives
En conclusion, Brilliant Matters a développé un ensemble unique de matériaux pour produire des dispositifs électrochromiques colorés. Les principales caractéristiques que nous démontrons pour les produits sont :
- Matériaux électrochromiques organiques colorés en couleurs CMYK.
- Le mélange des matériaux permet de créer de nouvelles couleurs prévisibles.
- Tous les matériaux sont transformables en encres fluides qui forment des films sans trouble.
- Démonstration du passage réversible de l'état coloré à l'état blanchi.
- Les formulations d'encre fluide sont compatibles avec les matrices à fente, le jet d'encre et le revêtement par pulvérisation.
Grâce à cette gamme de produits, il est possible d'améliorer l'esthétique des fenêtres intelligentes ainsi que d'autres applications, notamment l'automobile, les étiquettes intelligentes, l'IoT ou la publicité. À partir de cette gamme de produits, Brilliant Matters espère créer un ensemble complet d'encres compatibles et prêtes à l'emploi pour fabriquer des modules entièrement fonctionnels et robustes à l'aide d'équipements d'impression standard.
Résumé de l'entreprise
Brilliant Matters a été créée en 2016 par des scientifiques passionnés de matériaux pour mettre sur le marché une nouvelle génération de semi-conducteurs qui sont la base pour créer une nouvelle industrie électronique durable. Notre société opère en tant qu'entreprise de recherche et de fabrication chimique de matériaux électroniques organiques utilisés dans l'électronique imprimée émergente, qui a besoin d'un partenaire spécialisé pour développer et fournir de manière fiable des matériaux clés qui ont un impact critique sur la compétitivité de leur produit sur le marché. Grâce à notre plateforme de développement de matériaux et à nos technologies de production propres, nous fournissons des semi-conducteurs fiables et hautement personnalisables, de la R&D à l'échelle pilote, pour des applications telles que les cellules solaires imprimées, les dispositifs électrochromiques, les capteurs SWIR, les micro-puces, etc.
www.brilliantmatters.com [This is automatically translated from English]