A fény sugarainak átengedése másodpercek alatt változtatni

A képen az új alkatrész látható, egy elektrokróm iris. Három blendeszinttel rendelkezik. A képen csak a középső szint van bekapcsolva (fekete kör). A normál mechanikus blendékkel ellentétben a középső blendét ki lehet kapcsolni anélkül, hogy a többit befolyásolná. A csatlakozókon keresztül feszültségeket lehet alkalmazni, hogy minden blendet elektromosan lehessen kapcsolni. A képen a fekete rész (a körön kívül) egy strukturált arany elektródszerkezet. (Fotó: Koziel/TUK)

Professor Dr. Egbert Oesterschulze (re.) és PhD-hallgatója, Carsten Kortz, együtt fejlesztették ki az új szűrőt partnereikkel. (Fotó: Koziel/TUK)

Ebédidőben jó fotót készíteni még gyakorlott fényképészek számára is kihívás. Segíthet ebben egy elektromosan vezérelhető szűrő, amelyet a kaiserslauterni fizikusok partnerükkel fejlesztettek ki. A átengedett fény mennyiségét a szűrő színárnyalatának beállításával lehet szabályozni. Elektrokróm (EC) molekulák kerülnek alkalmazásra nanopartikulumokon, amelyek optikai tulajdonságaikat kevesebb mint egy másodperc alatt megváltoztatják, ha elektromos feszültséget alkalmaznak rájuk. Az EC-szűrőknél ez a legkontrasztosabb és leggyorsabb építőelem. Érdekes lehet például mikrooptikákhoz okostelefonokban. A kutatók a munkát a Nature Communications szaklapban mutatják be.

A transmission fogalmával írjuk le egy anyag optikai fényhullámokra való áteresztőképességét. A fizikusok, Prof. Dr. Egbert Oesterschulze, Carsten Kortz és Alexander Hein a Kaiserslautern Műszaki Egyetemről (TUK) kifejlesztettek egy új típusú szűrőt, amely kevesebb mint egy másodperc alatt képes megváltoztatni ezt az áteresztőképességet.

„Technikánkban két összehangolt elektródát alkalmazunk, amelyek a színváltozásukat a lehető legjobban fokozzák,” mondja Oesterschulze professzor, aki a TUK-nál a Nanostruktúrák Fizikája és Technológiája tanszék vezetője. A különlegesség ebben: az elektródákon nanopartikuláris rétegek találhatók speciálisan igazított molekulákkal. Ezek különleges tulajdonságokkal rendelkeznek: elektrokrómok. Ez azt jelenti, hogy optikai tulajdonságaikat változtatják, amikor feszültséget alkalmaznak az elektródákra vagy azok változtatásával. „Az egyik elektródán oxidáció történik, a másikon pedig egyidejűleg redukció,” mondja a kaiserslauterni professzor. „Elektronok vándorolnak egyik elektródáról a másikra.” Ennek eredményeként a molekulák nanopartikulumokon színt kapnak. Ez az állapot energia nélkül megmarad, és a feszültség megfordításával teljesen visszafordítható a színváltozás.

A kutatóknak sikerült gyorsan végrehajtani ezt az elektrokémiai folyamatot ezeknél az anyagoknál, miközben kiváló kontrasztot értek el a színezésben. „Kevesebb mint egy másodpercig tart,” folytatja. „Ez eddig a leggyorsabb, amit el lehetett érni ezen alkatrészek körében.”

Ez az alkatrész vagy az alkalmazott anyagok nemcsak fényképezőgépekhez és okostelefonos kamerákhoz érdekesek; alkalmazhatók például sötétíthető ablaküvegekben is. Ezzel nemcsak látható fényt lehet szűrni, hanem anyagtól függően infravörös sugárzást is, amely különösen nyáron felmelegíti egy épület belső tereit. Emellett a bemutatott szűrők kamerákban is felhasználhatók lehetnek, például biztonsági alkalmazásokban, például területek megfigyelésére. Megelőzhető a túlzott expozíció a napfény által.

A kaiserslauterni fizikusok a rendszert kollégáikkal, Dr. Marius Ciobanu-val és Prof. Dr. Lorenz Walder-rel az Osnabrücki Egyetemről közösen fejlesztették ki. A munka finanszírozását a Német Kutatási Közösség támogatta.

A tanulmány a rangos szaklapban, a Nature Communications-ben jelent meg: „Complementary hybrid electrodes for high contrast electrochromic devices with fast response”. Emellett a szerkesztőség „Editors’ Highlight” díjat is odaítélte neki: https://www.nature.com/collections/dmmhtcypsc/content/jacilynn-brant

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

Kérdéseket a következő elérhetőségen lehet feltenni:
Prof. Dr. Egbert Oesterschulze
Nanostruktúrák fizika és technológia
Telefon: 0631 205-2680
E-mail: oester[at]physik.uni-kl.de