Rychle měnit průchodnost světelných paprsků

Na obrázku je vidět nový díl, elektrochromní iris. Má tři nastavitelné clony. Na obrázku je zapnuta pouze prostřední clona (černý kruh). Na rozdíl od běžných mechanických clon může být prostřední clona nastavena nezávisle na ostatních. Pomocí svorek jsou připojeny napětí, která umožňují elektrické ovládání každé clony. Černá část na obrázku (kromě kruhu) je strukturovaná vrstva zlaté elektrody. (Fotografie: Koziel/TUK)

Profesor Dr. Egbert Oesterschulze (re.) a jeho doktorand Carsten Kortz vyvinuli nový filtr s partnery. (Foto: Koziel/TUK)

Pořízení dobré fotografie na poledním slunci je i pro zkušené fotografy výzvou. Pomoci může zde elektricky ovládaný filtr, který vyvinuli fyzikové z Kaiserslauternu ve spolupráci s partnery. Množství propuštěného světla se při tom nastavuje změnou stupně zabarvení. Používají se elektrochromní (EC) molekuly na nanopartikulách, které mění své optické vlastnosti během méně než jedné sekundy, když je na ně přivedeno elektrické napětí. U EC filtrů je právě tento prvek nejkontrastnější a nejrychlejší. Je zajímavý například pro mikrooptiku v chytrých telefonech. Výzkumníci představují svou práci v odborném časopise Nature Communications.

Termín transmission popisuje propustnost materiálu pro optické světelné vlny. Fyzikové kolem profesora Dr. Egberta Oesterschulze, Carstena Kortze a Alexandra Heina z Technické univerzity Kaiserslautern (TUK) vyvinuli nový filtr, který dokáže tuto propustnost změnit během méně než jedné sekundy.

„U naší technologie používáme dvě sladěné elektrody, které co nejlépe posilují své zabarvení,“ říká profesor Oesterschulze, který na TUK vede katedru fyziky a technologie nanostruktur. To, co je na tom zvláštní: na elektrodách jsou nanopartikulové vrstvy s speciálně upravenými molekulami. Ty mají velmi zvláštní vlastnosti: jsou elektrochromní. To znamená, že mění své optické vlastnosti, když je na elektrody přivedeno napětí nebo když se toto napětí změní. „Na jedné elektrodě dochází k oxidaci, zatímco na druhé současně k redukci,“ říká fyzik z Kaiserslauternu. „Elektrony se při tom pohybují z jedné elektrody na druhou.“ V důsledku toho se molekuly na nanopartikulách zabarvují. Tento stav zabarvení zůstává bez dalšího přísunu energie a může být opět úplně odstraněn změnou polarity napětí.

Výzkumníkům se v jejich filtru podařilo tento elektrochemický proces u těchto materiálů urychlit a současně dosáhnout velmi dobrého kontrastu zabarvení. „Trvá to méně než sekundu,“ pokračuje. „To je zatím nejrychlejší dosažené v této kategorii součástek.“

Tato zařízení či použité materiály nejsou zajímavé jen pro fotoaparáty a kamery v chytrých telefonech; daly by se také využít v oblasti stmívatelných oken. Přitom lze nejen filtrovat viditelné světlo, ale i podle materiálu závisle i infračervené záření, které v létě zvlášť ohřívá vnitřní prostory budov. Navíc by představené filtry mohly najít uplatnění i v kamerách používaných v bezpečnostních aplikacích, například při monitorování pozemků. Přebytečné osvětlení slunečním zářením by tak mohlo být zabráněno.

Fyzikové z Kaiserslauternu vyvinuli tento systém společně se svými kolegy Dr. Mariusem Ciobanuem a profesorem Dr. Lorenzem Walderem z Univerzity v Osnabrücku. Financování práce bylo zajištěno Německou výzkumnou společností.

Studie byla publikována v prestižním odborném časopise Nature Communications: „Complementary hybrid electrodes for high contrast electrochromic devices with fast response“. Navíc byla redakcí časopisu označena jako „Editors` Highlight“: https://www.nature.com/collections/dmmhtcypsc/content/jacilynn-brant

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-019-12617-4

Odpovědi na otázky:
Prof. Dr. Egbert Oesterschulze
Fyzika a technologie nanostruktur
Tel.: 0631 205-2680
E-mail: oester[at]physik.uni-kl.de