Многослойный графен является явным кандидатом для дисплеев

Электрохромные устройства, которые позволяют корректировать пропускание света путем подачи напряжения, выступают как сильный конкурент жидкокристаллическим дисплеям. Тем не менее, несмотря на их предлагаемые преимущества низкой стоимости и механической гибкости, хрупкость материалов и плохое сочетание с электродами до сих пор затрудняло использование этих новичков в дисплейных технологиях. Теперь полностью графеновое электрохромное устройство продемонстрировало модуляцию 55%, а также широкий спектральный отклик, что делает его явным кандидатом для умных окон и дисплеев.

«В нашей системе электроды изготовлены из графена, и изменение цвета выполняется в графене - это все углерод, - объясняет Эмре Полат (Emre Polat), аспирант Университета Билкент (Анкара). - Имеется множество работ об использовании графена для электрохромных устройств, но только в качестве электрода, а не как электрохромного материала».

Электрохромные устройства, как правило, склонны к компромиссу между высокой контрастностью, что требует сильного оптического поглощения, и широким спектральным откликом. Тем не менее, устройство команды показывает высокий процент оптической модуляции и оптической настройки в диапазоне от УФ до ИК. Полностью графеновая система также устраняет несоответствие материалов, имеет хорошую электропроводность и механическую гибкость.

Исследователи ранее продемонстрировали примерно 2-3% оптической модуляции в однослойном графене на стеклянных и кварцевых подложках, но она ограничивалась оптическим поглощением графена и не приводила к достаточно высокой контрастности в реальных приложениях. Попытки усилить эффект с помощью дополнительных слоев графена сталкивались со сложностью, поскольку в процессе осаждения на твердые субстраты многослойный графен повреждался и терялись его электрохромные свойства.

В своей последней работе исследователи перешли на производство многослойного графена на никелевой и медной фольге, а затем ламинирования ПВХ при 120 °С, что является более мягким процессом изготовления. Они поместили жидкий электролит между двумя пленками графена на ПВХ и добились модуляции до 55%. «Мы не ожидали такого большого изменения, мы думали, что результаты будут похожи на те, которые мы получили при использовании кварцевых и стеклянных подложек», - сказал Полат.

Полат придумал полностью графеновое электрохромное устройство вместе с руководителем группы Coskun Kocabas и Osman Balci из Университета Билкент. Ранее команда думала, что за электрохромные эффекты отвечает химическое окисление. Однако это приводило бы к увеличению сопротивления после приложения напряжения, в то время как эксперименты показали, что оно уменьшается.

Исследователи знали из предыдущей работы, что присадка могла бы заблокировать межзонные переходы в однослойном графене. Однако, хотя ионы электролитов могли легировать поверхность многослойной графена, это не объясняло высокие уровни оптической модуляции по всему материалу. В действительности, рамановские исследования показали, что выше определенного порогового напряжения легирующие вещества из электролита вставлялись между каждым из слоев графена, регулируя оптические свойства каждого слоя. «Каждый слой поглощает 2-3%, так что 10 слоев обеспечивают модуляцию 20%, и мы можем управлять начальным поглощением по толщине графена», - сказал Полат.

Чтобы показать возможности идеи, команда сделала отражающие устройства и приложила напряжение. «Графен становится прозрачным, проявляя свою перспективность, и это может быть использовано для перестраиваемых зеркал или умных окон» - отметил Полат.

Система относительно проста и может легко расширяться. Переключение устройства 100 раз не вызывало какого-либо ухудшения, хотя переключения с высокой частотой или длительное бездействие приводило к некоторому ухудшению производительности.

Исследователи в настоящее время преследуют цель производить аналогичные устройства с твердым электролитом, чтобы сделать систему более компактной.

Графеновые электрохромные устройства