La tecnología electrocrómica permite que las capas cambien de color o se vuelvan transparentes mediante una corriente eléctrica. En comparación con otras tecnologías que cambian de color, como el fotocromismo y el termocromismo, los dispositivos electrocrómicos pueden controlarse perfectamente para lograr la transparencia deseada en cualquier momento. Aunque la tecnología se descubrió hace casi 50 años, sólo recientemente han surgido aplicaciones comerciales, principalmente en vidrios electrocrómicos para espejos retrovisores de automóviles y ventanas de aviones.
Un gran mercado potencial para los dispositivos electrocrómicos es el de las ventanas inteligentes, en el que prometen ahorrar energía. El sector de la construcción representa más del 50% de los gases de efecto invernadero producidos anualmente, y las operaciones de los edificios, incluidas la calefacción y la refrigeración, suponen cerca del 30% de esta cifra (fuente: 2021 Global Status ABC Report). Gracias a los dispositivos electrocrómicos, es posible aplicar estrategias de control de ahorro de energía que superan a cualquier otro acristalamiento con propiedades ópticas estáticas. Sin embargo, el principal reto que queda para que esta tecnología se generalice es el elevado coste de los módulos electrocrómicos.
Materiales electrocrómicos brillantes
Al ver este reto del mercado, vimos la oportunidad de utilizar nuestros semiconductores orgánicos (OSC) para crear una línea de productos dedicada a los dispositivos electrocrómicos. Como los OSC pueden modificarse, es posible concebirlos para que sean fáciles de formular en tintas, lo que abre una fabricación rentable a partir de sencillas técnicas de impresión en sustratos rígidos (por ejemplo, vidrio) o flexibles (por ejemplo, plástico, tela).
Al estar basados en el carbono y ser fáciles de modificar a nivel molecular, al igual que los tintes y los pigmentos, nuestros productos son sintonizables con el color y pueden crear un vidrio electrocrómico más estético y colorido que cualquier tecnología de la competencia. Como primera línea de productos, creamos cuatro materiales individuales próximos a los colores primarios utilizados en las tintas de impresión CMYK (Cyan, Magenta, Amarillo y Negro). Los materiales se probaron individualmente en dispositivos de ensayo y todos producen un cambio de color cuando se aplica una tensión inferior a 5V. Vea nuestro vídeo de un dispositivo de demostración del material magenta. Todos los dispositivos están completamente libres de humo.
Figura 1: Semiconductores orgánicos CMYK de colores de Brilliant Matters (depositados mediante el recubrimiento por rotación sobre vidrio)
Todos los productos son igualmente solubles en disolventes como el tolueno o el xileno, lo que permite su uso en tintas fluidas compatibles con la mayoría de las técnicas de deposición actuales, incluidas las de troquelado, inyección de tinta o recubrimiento por pulverización. Su naturaleza soluble y sin partículas también garantiza la formación de capas uniformes y sin bruma con un grosor controlable. Por ejemplo, utilizando un solo color, el color cambia de pálido a muy intenso variando el grosor de la película al cambiar los parámetros de deposición de la tinta o la carga de la misma.
Figura 2: Ejemplo de ajuste de color de nuestro color magenta utilizando varios espesores (depositado mediante spin-coating sobre vidrio)
Esta capacidad de fabricar tintas solubles también aporta otra ventaja, ya que es posible ser creativo y hacer otros colores a partir de los originales mezclando los materiales. Hemos probado a mezclar los materiales para crear nuevos colores, por ejemplo, mezclando amarillo y magenta para hacer un dispositivo electrocrómico naranja. Un comportamiento peculiar que surge de esto es que los materiales, incluso incorporados en una sola capa, cambiarán de color por separado a sus respectivos voltajes de conmutación. En este caso, observamos un cambio gradual del naranja al amarillo y al azul claro (estado transmisivo). Esto se debe a que el material magenta cambia de color a un voltaje inferior al amarillo, lo que permite realizar múltiples cambios de color desde un único dispositivo si es necesario, sin añadir ninguna complejidad al proceso de fabricación. (ver vídeo).
Figura 3: Ejemplo de ajuste de color a partir de nuestro color magenta utilizando varios grosores
Y lo que es más importante, esto abre la posibilidad de conseguir una gama muy amplia de colores a partir de un conjunto básico de materiales. Midiendo las propiedades ópticas de los materiales, es decir, sus espectros de absorción de la luz y sus coeficientes de absorción, podemos crear una herramienta de predicción para mezclar los materiales y conseguir el color deseado. Esta capacidad de mezclar los colores de forma predecible, como las tintas normales, es clave para hacer posible los dispositivos electrocrómicos que se imprimen en diseños gráficos complejos, por ejemplo con la impresión de chorro de tinta.
Los materiales muestran una buena robustez en los dispositivos, ya que observamos sólo pequeños cambios en la transmitancia visual del dispositivo a lo largo de 500 ciclos. Sin embargo, los dispositivos que hemos fabricado en esta fase no están optimizados, y la elección del electrolito y los electrodos, así como la gestión de los contaminantes, pueden desempeñar un papel importante en la durabilidad de los dispositivos electrocrómicos. En los desarrollos en curso de nuestra tecnología, y a través de asociaciones estratégicas, creemos que podemos reducir los módulos de coste con nuestros materiales y alcanzar una durabilidad de vanguardia de más de 10000 ciclos de cambio de color, un hito que se suele alcanzar con los dispositivos electrocrómicos orgánicos de I+D.
Tabla 1. Transmitancia visual media de un dispositivo de ensayo electrocrómico magenta no optimizado después de 1 a 500 ensayos de ciclos de tensión
Conclusión y perspectivas
En conclusión, Brilliant Matters ha desarrollado un conjunto único de materiales para producir dispositivos electrocrómicos de colores. Las principales características que demostramos para los productos son:
- Materiales electrocrómicos orgánicos de colores CMYK.
- La mezcla de materiales puede crear nuevos colores predecibles.
- Todos los materiales son procesables en tintas fluidas que forman películas sin bruma.
- Se ha demostrado la posibilidad de pasar del estado coloreado al blanqueado.
- Forma formulaciones de tintas fluidas compatibles con el revestimiento por ranura, por inyección de tinta y por pulverización.
Utilizando esta línea de productos, se puede conseguir una estética mejorada para las ventanas inteligentes, así como para otras aplicaciones como la automoción, las etiquetas inteligentes, el IoT o la publicidad. A partir de esta línea de productos, Brilliant Matters espera crear un conjunto completo de tintas compatibles y listas para usar para hacer módulos totalmente funcionales y robustos utilizando equipos de impresión estándar.
Resumen de la empresa
Brilliant Matters fue creada en 2016 por apasionados científicos de materiales para llevar al mercado una nueva generación de semiconductores que son la base para crear una nueva industria electrónica sostenible. Nuestra empresa opera como una compañía de investigación y fabricación química de materiales electrónicos orgánicos utilizados en la electrónica impresa emergente, que necesita un socio especializado para desarrollar y suministrar de forma fiable materiales clave que impactan críticamente en la competitividad de sus productos en el mercado. Gracias a nuestra plataforma de desarrollo de materiales y a nuestras tecnologías de producción limpia, proporcionamos semiconductores fiables y altamente personalizables desde la I+D hasta la escala piloto para aplicaciones que incluyen células solares impresas, dispositivos electrocrómicos, sensores SWIR, microchips y mucho más.
www.brilliantmatters.com [This is automatically translated from English]