Revista de Investigación y Desarrollo
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abstracto

Graphene 2018: Stretchable and hydrophobic electrochromic devices using wrinkled graphene and PEDOT PSS

Hossein Sojoudi

Presentamos un dispositivo electrocrómico (ECD) fabricado con PEDOT:PSS y grafeno como películas de electrodo conductoras activas y un sustrato de poliuretano flexible con aditivo de 1-etil-3-metilimidazolio bis(trifluorometilsulfonil)imida (EMI-TSFI), como medio iónico. . Este dispositivo con un sustrato intermedio dócil y elástico junto con una película PEDOT:PSS con control de transparencia proporciona un amplio contraste de color y una velocidad de cambio rápida. Aprovechamos la inestabilidad de las arrugas del grafeno para lograr una naturaleza hidrofóbica sin comprometer la transparencia del ECD. Este enfoque de autoensamblaje mecánico ayuda a controlar la longitud de onda de las arrugas generadas al inducir las condiciones previas al entrenamiento medidas y al regular el contraste del módulo mediante la selección de los materiales subyacentes utilizados, controlando así el grado de transparencia. Se analizó que los tiempos de conmutación de reducción y oxidación para el dispositivo eran 5,76 s y 5,34 s para un cambio de transmitancia del 90 % a un voltaje de CC operativo de 15 ± 0,1 V. Los estudios dependientes de la tensión muestran que el rendimiento fue sólido con el dispositivo conservando los contrastes de conmutación incluso en condiciones de deformación uniaxial del 15%. Nuestro dispositivo también exhibe propiedades antihumectantes superiores con un ángulo promedio de contacto con el agua de 110° ± 2° con un preentrenamiento radial inducido del 30 % en la película de grafeno. Una amplia gama de contraste de color, flexibilidad y naturaleza antihumedad del dispositivo prevén sus usos en ventanas inteligentes, visores y otros equipos portátiles donde estas funcionalidades son de suma importancia para desarrollar una nueva generación de dispositivos interactivos inteligentes. 34 s para un cambio de transmitancia del 90 % a un voltaje de CC operativo de 15 ± 0,1 V. Los estudios dependientes de la tensión muestran que el rendimiento fue sólido con el dispositivo que retiene los contrastes de conmutación incluso en condiciones de tensión uniaxial del 15 %. Nuestro dispositivo también exhibe propiedades antihumectantes superiores con un ángulo promedio de contacto con el agua de 110° ± 2° con un preentrenamiento radial inducido del 30 % en la película de grafeno. Una amplia gama de contraste de color, flexibilidad y naturaleza antihumedad del dispositivo prevén sus usos en ventanas inteligentes, visores y otros equipos portátiles donde estas funcionalidades son de suma importancia para desarrollar una nueva generación de dispositivos interactivos inteligentes. 34 s para un cambio de transmitancia del 90 % a un voltaje de CC operativo de 15 ± 0,1 V. Los estudios dependientes de la tensión muestran que el rendimiento fue sólido con el dispositivo que retuvo los contrastes de conmutación incluso en condiciones de tensión uniaxial del 15 %. Nuestro dispositivo también exhibe propiedades antihumectantes superiores con un ángulo promedio de contacto con el agua de 110° ± 2° con un preentrenamiento radial inducido del 30 % en la película de grafeno. Una amplia gama de contraste de color, flexibilidad y naturaleza antihumedad del dispositivo prevén sus usos en ventanas inteligentes, visores y otros equipos portátiles donde estas funcionalidades son de suma importancia para desarrollar una nueva generación de dispositivos interactivos inteligentes. Nuestro dispositivo también exhibe propiedades antihumectantes superiores con un ángulo promedio de contacto con el agua de 110° ± 2° con un preentrenamiento radial inducido del 30 % en la película de grafeno. Una amplia gama de contraste de color, flexibilidad y naturaleza antihumedad del dispositivo prevén sus usos en ventanas inteligentes, visores y otros equipos portátiles donde estas funcionalidades son de suma importancia para desarrollar una nueva generación de dispositivos interactivos inteligentes. Nuestro dispositivo también exhibe propiedades antihumectantes superiores con un ángulo promedio de contacto con el agua de 110° ± 2° con un preentrenamiento radial inducido del 30 % en la película de grafeno. Una amplia gama de contraste de color, flexibilidad y naturaleza antihumedad del dispositivo prevén sus usos en ventanas inteligentes, visores y otros equipos portátiles donde estas funcionalidades son de suma importancia para desarrollar una nueva generación de dispositivos interactivos inteligentes.

Los dispositivos electromagnéticos han logrado una gran atención durante la última década debido a su diseño sólido, facilidad de fabricación y mecanismos de operación de bajo consumo de energía que ahorran energía. Los materiales habituales, como los metales de transición, como los actínidos y los lantánidos, se han explotado generalmente para exhibir propiedades electrocrómicas en dispositivos. En la actualidad, el óxido de indio y estaño (ITO) es un electrodo conductor transparente ampliamente utilizado en la electrónica y la energía fotovoltaica orgánica (OPV). El precio de fabricación del indio como metal de tierra poco común aumenta siempre con el agotamiento de los recursos. Además, la deposición de ITO sobre sustratos flexibles es difícil, ya que aumenta la densidad de defectos debido a los métodos de deposición a temperatura ambiente y reduce radicalmente la concentración de portadores. Si bien el concepto de conmutación electrocrómica se estableció ya en los años setenta,polímeros que muestran un rendimiento y propiedades similares en comparación con sus contrapartes metálicas, además de ser más viables, sostenibles y respetuosos con el medio ambiente. PEDOT:PSS (poli(3,4-etilendioxitiofeno) poliestireno sulfonato) es un polímero natural de la familiade tiofenos que ha mostrado consecuencias muy prometedoras debido a su mayor conductividad, mayor estabilidad ambiental y electroquímica, y su conformidad como polímero procesable en agua principal de gran interés en la disciplina de la electrónica flexible y como opción a los tradicionales óxidos metálicos basados ​​totalmente electrocrómicos sistemas El contraste electrocrómico es un parámetro esencial en la evaluación general del rendimiento de tales sistemas. PEDOT:PSS proporciona contrastes ópticos excesivos entre sus estados redox, lo que permite que esta transición monocromática entre estados coloreados y blanqueados sea beneficiosa para desarrollar dispositivos de absorción y transmisión, como ventanas y visores inteligentes.

Además, el grafeno tiene residencias mecánicas, ópticas y eléctricas superiores que permiten su uso en dispositivos electrónicos y fotónicos transparentes. Estas propiedades del grafeno lo han convertido en un gran candidato como electrodo conductor transparente. El grafeno sintetizado a través de la deposición química de vapor (CVD) en metales de transición da como resultado la formación de películas a escala gigante con defectos estructurales minimizados, lo que permite sus propósitos a escala industrial. Además, los estudios han demostrado que la geometría de superficie controladade grafeno puede alterar las propiedades humectantes de la película, dando un impulso hacia arriba a las superficies superhidrofóbicas. Aquí, la inestabilidad mecánica del grafeno se aprovecha para desarrollar arrugas en la película aplicando tensión radial al sustrato subyacente blando. Si bien PEDOT:PSS y el grafeno se han utilizado como electrodos conductores en electrónica y fotónica, no se han estudiado las propiedades electrocrómicas e hidrofóbicas incorporadas de estos materiales. Se revela una máquina electrocrómica de trabajo que es flexible y estirable, mientras que exhibe propiedades antihumectantes superiores. En el pasado se han visualizado dispositivos electrocrómicos flexibles basados ​​en grafeno. Sin embargo, los principales desafíos radican en desarrollar una forma de dispositivo resistente que esté libre de electrolitos líquidos que son peligrosos para la salud y el medio ambiente. La fuga de componentes de celdas es altamente indeseable en optoelectrónica, específicamente en dispositivos portátiles. Aquí, incorporamos el electrolito en una base de elastómero estirable que garantiza una conductividad iónica y permite la flexibilidad del dispositivo, al tiempo que mejora la seguridad.

El arrugamiento o pandeo en películas delgadas se produce debido a las tensiones provocadas en los componentes. La inestabilidad surge debido a la compresión de una interfaz que conduce a una deformación que propaga modificaciones en las propiedades de la superficie. Esta deformación fuera del plano del grafeno mejora la energía de adhesión de las películas rígidas a los sustratos compatibles. Se encuentra que la morfología de las arrugas generadas generalmente se establece en la textura del suelo del sustrato subyacente, con mayor rugosidad del suelo contribuyendo a una mayor formación de arrugas. Esta inestabilidad reversible puede aprovecharse para generar diversas características en morfologías superficiales que son de gran importancia en la nanofabricación de dispositivos optoelectrónicos elásticos. Para tal fin, Designamos un elastómero compatible (poliuretano) que contiene líquido iónico como medio dieléctrico y comprende películas de PEDOT: PSS/xilitol como electrodo, que revela la naturaleza electrocrómica al aplicar voltajes, y grafeno, que actúa como contraelectrodo hidrofóbico. Nuestro sistema muestra un precio de blanqueo más ventajoso y una funcionalidad constante a velocidades de deformación variables, lo que prevé su potencial en electrónica flexible. Esta novela de videos estables, transparentes y rutinariamente flexibles brinda un nuevo punto de vista para los dispositivos optoelectrónicos.

El grafeno CVD sobre cobre solía comprarse a ACS fabric y el grabador de cobre a base de cloruro férrico se compraba a Sigma-Aldrich. El grafeno se estampó en un sustrato de PDMS de 2 mm de espesor y se grabó en la respuesta de grabado durante 30 minutos. El grafeno en PDMS se limpió cuidadosamente con agua desionizada y se secó con aire/nitrógeno antes de cambiar al sustrato PU/IL mediante estampado. La morfología de la superficie del grafeno se puede ajustar aún más para mostrar mayores valores de ángulo de contacto con el agua mientras exhibe la conductividad más deseable. Esto, combinado con el propósito de un polímero orgánico como PEDOT:PSS como electrodo conductor transparente y flexible, puede dar como resultado ECD en crecimiento con funcionalidades más fuertes, lo que permite su aplicación en áreas donde hay una exposición continua a condiciones de estiramiento/flexión del agua.