研究人员用电致变色聚合物制备的颜色样品。这种电致变色材料可用于太阳镜、窗户着色等。（来源：Rob Felt）

艺术家、印刷设计师和室内装饰设计师早已将丰富多样的油漆和油墨颜色应用于他们的工作。如今，研究人员发明了电致变色聚合物，该聚合物通过电流改变颜色。这种材料可以用于太阳镜、窗户着色以及其他方面的应用。

通过开发初级、次级色彩以及它们的组合等的电致变色聚合物材料，研究人员可以将色彩范围覆盖整个色谱－甚至创造了四种色调的棕色，这是非常困难的颜色组合。这种电致变色聚合物材料可以在按下按钮后几秒钟内使太阳镜从有色变为无色。其他应用则包括通过改变低压电流改变窗户颜色、标牌甚至是贺卡的颜色。

“我们可以通过混合这种电致变色聚合物材料来得到我们想要的任何颜色，就像绘画一样。” 来自佐治亚理工学院化学和生物化学学院的研究人员、同时也是该论文的第一作者Anna Österholm说道。“通过一种简单的涂覆方法或者喷墨印刷方法，我们能制备出随着电压改变颜色的薄膜。”

Reynolds课题组开发的颜色包括品红色、青色、黄色、橙色、蓝色和绿色等可溶于常用溶剂的聚合物。除此之外，这些聚合物溶液可通过混合得到特定的颜色。

为了验证这种电致变色聚合物材料的性能，研究人员通过一个五层材料制备了棕色的太阳镜镜片，这种五层材料包括电致变色层，电荷储存层，紫外线固化型电解质层，阴极层和阳极层。

通过施加脉冲电流，这个太阳镜镜片可以在有色和无色之间转换，而且不需要连续供电。为了维持无色状态，脉冲电流大约需要30分钟；然而，有色状态可以持续数天。这种电致变色聚合物材料可以在透光率10%到70%之间转换，而这只需要数秒钟就可以完成。

棕色是通过以青色和黄色为主色调、橙色和蓝色为次色调结合而获得的。

光致变色太阳镜已经问世，但是许多紫外光响应的镜片需要数分钟才能完成转换，而且不受使用者控制。过长的转换时间会对飞行员、司机、保安人员以及其他在明暗环境交替工作的人产生影响。

“相反，通过使用电致变色聚合物材料，我们通过一个按钮可以完成明暗之间的转换。” Österholm说。“它们完全受使用者控制，不论是在室内还是室外，车上或者是飞机上。”

这种电致变色材料依赖于一个氧化还原反应，这个氧化还原反应可以被纽扣电池提供的电势触发：正电势使眼镜变清晰，而负电势使眼镜上着色。“我们仅仅是对装置充电或者放电，从而引起颜色变化。”佐治亚理工学院化学和生物化学学院的博士后 Eric Shen说解释道。

该电致变色材料代表Reynolds实验室在合成聚合物方面多年的工作，其重复单元结构提供所需要的调色板。因为它们能溶解在相同的溶剂中，通过组合特定量的基色和次色，可以得到额外的颜色。

“我们可以对这种材料进行数千次的开关，而且在面对强光照射时并不会引起褪色。” Shen说道。

研究人员使用简单的喷涂和涂层技术，创造了丰富多彩的材料膜。现在他们使用喷墨印刷来得到图案，通过混合聚合物来产生颜色。

“当你想通过这些材料制造图案或非常精细的特色，喷墨是很好的选择。” Shen说。“这些聚合物很容易溶解，因此通过使用很容易扩散的物质即可以使其分散。”

得益于BASF的支持，该研究成果发表在《美国化学学会应用材料与界面》期刊上。该研究完成于John Reynolds的实验室。John Reynolds是佐治亚理工学院化学与生物化学学院和材料科学与工程学院的教授。

该论文的合作者包括佐治亚理工学院的Justin Kerszulis和Rayford Bulloch，来自纽约塔雷城BASF的Michael Kuepfert和乔治亚州莫罗克莱顿州立大学的Aubrey Dyer。

 

新材料在线编译整理—— 翻译：杨超