Ученые КНИТУ‑КАИ разработали «умную» пленку, которая может менять цвет под действием электрического сигнала. Пленка способна окрашиваться в синий, зеленый и красный цвета — поочередно или одновременно, а при смешении этих цветов получается полноцветная картинка. Как сообщила пресс-служба Минобрнауки РФ порталу Наука Mail, такое устройство пригодится в строительстве, например, для остекления необычных архитектурных объектов, а также для создания «умных» окон в автомобилях и самолетах.
В основе изобретения — многослойная структура на гибкой прозрачной подложке из ПЭТ или поликарбоната. На нее наносят прозрачный проводящий слой оксида индия‑олова (ITO), который служит электродом. Дальше идут слои, отвечающие за разные цвета: оксид вольфрама (WO3) дает синий, полианилин (PANI) — зеленый, а виологен — красный. Эти слои разделены полимерным электролитом на основе комплекса LiClO4-PMMA, который проводит ионы и помогает цветам меняться.
У предыдущих похожих разработок были серьезные недостатки. Одни устройства работали только с двумя цветами и требовали высокого напряжения (3−5 В), другие переключались между цветами слишком медленно (больше 10 секунд) и быстро изнашивались (не более 500 циклов). Были и монохромные варианты (только синий цвет) с долгим переключением (5−7 секунд), к тому же они использовали стеклянные подложки и жидкие электролиты, что снижало прочность и усложняло герметизацию.
Новое устройство работает при низком напряжении (1,5−2,5 В) и переключается между цветами всего за 1−3 секунды. Благодаря гибкой подложке пленка сохраняет свойства даже при изгибах и деформациях. Она потребляет мало энергии (до нескольких мВт/см²), не протекает (за счет твердого электролита) и выдерживает множество циклов переключения. За управление отвечает специальный контроллер с ШИМ‑модуляцией, который регулирует насыщенность цвета, меняя длительность импульсов.
Изобретение получило патент РФ (RU 2 860 164).
Заведующий кафедрой машиноведения и инженерной графики КНИТУ-КАИ Фаниль Фаргатович Хабибуллин рассказал Наука Mail о нюансах технологии.
— Где технология может появиться раньше всего — архитектурное остекление, автомобили или авиация?
— Несмотря на то, что данная технология была разработана именно для авиации, авиационных судов, квадрокоптеров, она достаточно универсальна. Да, подобное остекление можно использовать для покрытия беспилотных авиационных систем и авиационных судов, так как она дает своеобразный режим «стелса», скрывающего объект в определенном диапазоне. Но также эту технологию можно использовать и в автомобилестроении: она даст возможность не красить автомобиль, а именно через задействование определенных матриц, изменить освещенность машины, «цветной» дизайн. Также и с архитектурным освещением: мы можем использовать это остекление для изменения освещенности или цвета необходимых поверхностей.
— Какие преимущества такая пленка даст авиации по сравнению с традиционными системами затемнения?
— По сравнению с традиционной системой затемнения, данная технология дает возможность не только затемнить, но и менять цвет на необходимый, менять степень освещенности поверхности объектов. Например, включить условный режим «стелса», чтобы объекты были невидимыми. И так как данные технологии используют матрицы из трех базовых цветов, мы можем получить любой диапазон цвета, то есть зеленый, синий, красный, черный, белый — любой, какой необходим для данной местности и для конкретных задач. Матрицы получили возможность, как хамелеон, менять цвет на любой поверхности и степень освещенности.
— Насколько сложно заменить или ремонтировать такую пленку?
— Изначально данная технология была разработана в формате матриц, и эти матрицы могут быть разных размеров, начиная от квадратов 2×2 см, 10×10 см, квадратов 50×50 см — все исходя из области применения. Размер матрицы как раз и будет влиять на режим «стелса»: чем меньше матрица, тем точнее будет отражен свет. Таким образом, если говорить о ремонте, то метод матрицы позволяет менять отдельно каждый фрагмент, который вышел из строя в результате технологических или механических воздействий.
— Насколько дорого потенциальное производство таких пленок?
— В своем патенте мы предложили метод, позволяющий использовать несколько производственных технологий. На сегодняшний день они уже существуют, и они достаточно недорогие, поэтому производство наших матриц будет несущественно дороже матриц, которые используются, например, для технологий рекламы, для создания больших экранов.
— Что оказалось самой сложной инженерной задачей, при создании полноцветного режима?
— Здесь имеет место синтез инженерных технологий, поэтому больше внимания требуется к точности реализации инженерной задачи. Именно от этого будут зависеть и себестоимость, и области применения, и срок службы, и конкурентоспособность, если говорить о производственных масштабах.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что невидимые пленки на окнах могут вырабатывать энергию.
