इलेक्ट्रोक्रोमिक ग्लास का मुख्य कार्य सिद्धांत यह है कि एक छोटे वोल्टेज को लागू करके, ग्लास के अंदर आयनों को स्थानांतरित करने के लिए प्रेरित किया जाता है, जिससे सामग्री के ऑप्टिकल गुणों (रंग और पारदर्शिता) में प्रतिवर्ती और स्थिर परिवर्तन होते हैं।
विस्तृत कार्य सिद्धांत (चरण-दर-चरण विश्लेषण)।
आप इसकी कल्पना एक बहुत पतली और पारदर्शी "बैटरी" के रूप में कर सकते हैं जो चार्ज होने पर रंग बदल लेती है और डिस्चार्ज होने पर फिर से पारदर्शी हो जाती है।
1. कोर संरचना (सैंडविच संरचना
एक विशिष्ट इलेक्ट्रोक्रोमिक ग्लास कार्यात्मक फिल्मों की पांच परतों से बना होता है, जो दो ग्लास सब्सट्रेट्स के बीच रेत से ढकी होती हैं:
बाहरी कांच: सब्सट्रेट।
पारदर्शी प्रवाहकीय परत (टीसीओ): आमतौर पर इंडियम टिन ऑक्साइड (आईटीओ), वोल्टेज लगाने के लिए इलेक्ट्रोड के रूप में कार्य करता है।
इलेक्ट्रोक्रोमिक परत (ईसी परत): कोर परत, जिसमें इलेक्ट्रोक्रोमिक सामग्री (जैसे टंगस्टन ट्राइऑक्साइड WO₃) होती है। जब आयनों और इलेक्ट्रॉनों को इंजेक्ट किया जाता है, तो यह रंग बदलता है (आमतौर पर नीला हो जाता है)।
आयनिक कंडक्टर परत (इलेक्ट्रोलाइट परत) : यह आयनों (जैसे ली⁺) को संग्रहीत करता है और आयनों को विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत गुजरने की अनुमति देता है, लेकिन इलेक्ट्रॉनों को इन्सुलेट करता है।
आयन भंडारण परत (काउंटर इलेक्ट्रोड परत) : जब इलेक्ट्रोक्रोमिक परत रंग बदलती है, तो उसे चार्ज संतुलन बनाए रखने के लिए आयन प्रदान करने या प्राप्त करने की आवश्यकता होती है, और आमतौर पर पूरक रंग बदलने वाले गुण होते हैं।
पारदर्शी प्रवाहकीय परत (टीसीओ): दूसरी तरफ इलेक्ट्रोड।
बाहरी कांच: सब्सट्रेट।
संरचना को इस प्रकार सरल बनाया गया है: ग्लास, प्रवाहकीय परत, इलेक्ट्रोक्रोमिक परत, आयन कंडक्टर परत, आयन भंडारण परत, प्रवाहकीय परत और ग्लास
2. कार्य प्रक्रिया (उदाहरण के रूप में टंगस्टन ट्राइऑक्साइड WO₃ और लिथियम आयन Li⁺ लेना)
एक। रंगाई - जब वोल्टेज लगाया जाता है
जब एक DC वोल्टेज (आमतौर पर बहुत कम, 1-5V) दोनों तरफ पारदर्शी प्रवाहकीय परतों पर लगाया जाता है:
विद्युत क्षेत्र ड्राइव: विद्युत क्षेत्र आयनिक कंडक्टर परत में लिथियम आयनों (Li⁺) को इलेक्ट्रोक्रोमिक परत (WO₃) की ओर ले जाता है।
आयन और इलेक्ट्रॉन इंजेक्शन: इस बीच, इलेक्ट्रॉनों (ई⁻) को भी एक बाहरी सर्किट के माध्यम से इलेक्ट्रोक्रोमिक परत में इंजेक्ट किया जाता है।
रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं: इलेक्ट्रोक्रोमिक परत में, आयन और इलेक्ट्रॉन सामग्री के साथ कमी प्रतिक्रियाओं (इंटरकलेशन) से गुजरते हैं।
WO₃ (पारदर्शी) + xLi⁺ + xe⁻ ⇌ LixWO₃ (नीला)
मलिनकिरण: उत्पाद LixWO₃ एक गहरे नीले रंग का यौगिक है जो दृश्य प्रकाश को अवशोषित करता है, जिससे कांच का रंग गहरा हो जाता है और इसकी पारदर्शिता कम हो जाती है। इस बीच, आयन भंडारण परत ऑक्सीकृत हो जाती है और पूरे सिस्टम के चार्ज संतुलन को बनाए रखने के लिए आयन खो देती है।
बी। वोल्टेज उलटने या डिस्कनेक्ट होने पर फीका पड़ना (ब्लीचिंग) -
जब वोल्टेज उल्टा या शॉर्ट सर्किट होता है:
प्रक्रिया उत्क्रमण: विद्युत क्षेत्र की दिशा बदल जाती है या गायब हो जाती है, और आयन और इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रोक्रोमिक परत से निकाले जाते हैं और आयन कंडक्टर परत और आयन भंडारण परत पर लौट आते हैं।
विपरीत प्रतिक्रिया होती है: उपरोक्त रासायनिक प्रतिक्रिया बाईं ओर आगे बढ़ती है, जिसमें LixWO₃ वापस पारदर्शी WO₃ में विघटित हो जाता है और Li⁺ और e⁻ जारी करता है।
पारदर्शिता बहाल करें: ग्लास उच्च पारदर्शिता की स्थिति में लौट आता है।
सी। स्मृति प्रभाव
इलेक्ट्रोक्रोमिक ग्लास का एक प्रमुख लाभ यह है कि इसमें बिस्टेबल गुण होते हैं। एक बार जब रंग फीका या फीका पड़ जाता है, तो इसे लंबे समय तक (कई घंटों या दिनों तक) बनाए रखा जा सकता है, भले ही बिजली पूरी तरह से काट दी जाए। क्योंकि ऊपर उल्लिखित रासायनिक प्रतिक्रिया किसी बाहरी विद्युत क्षेत्र द्वारा संचालित न होने पर स्थिर अवस्था में होती है। यह केवल तभी बिजली की खपत करता है जब इसे अपनी स्थिति बदलने की आवश्यकता होती है, जो इसे बहुत ऊर्जा कुशल बनाता है।
