Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel des Vorhabens war die Entwicklung neuer elektrisch schaltbarer Polymerer auf der Basis von Polypyrrol- und Polythiophen-Derivaten f\u00fcr die Anwendung in intelligenten elektrochromen Fenstern zur automatischen Steuerung des Licht- und W\u00e4rmedurchgangs. Die umweltrelevante Wirkung der Geb\u00e4udeverglasung betrifft die energetischen Aufwendungen f\u00fcr Heizw\u00e4rme, K\u00fchlung und k\u00fcnstliche Beleuchtung. Durch den Einsatz derart adaptiv schaltbarer Verglasungen ist der Energieverbrauch von Geb\u00e4uden mit gro\u00dffl\u00e4chig verglasten Fassaden um mehr als 50% reduzierbar. Die bisher in die Verglasungstechnik eingef\u00fchrten permanent get\u00f6nten Scheiben k\u00f6nnen weder die jahreszeitlichen noch Tagesschwankungen der Einstrahlung von Sonnenenergie ber\u00fccksichtigen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDer Arbeitsplan des Projektes umfasste den Aufbau neuer polymerisationsf\u00e4higer Pyrrol- und Thiophen-Derivate beim Kooperationspartner IDM, sowie seitens GESIMAT deren gro\u00dffl\u00e4chige elektrochemische Abscheidung auf leitf\u00e4hig beschichtetem Glas aus w\u00e4ssriger L\u00f6sung und die Verarbeitung der beschichteten Gl\u00e4ser zu neuen innovativen Modellen intelligenter elektrochromer Fenster. Der Kooperationspart-ner orientierte die Synthesearbeiten auf kosteng\u00fcnstige Verfahren mit guten Ausbeuten an Monomeren sowie auf deren hinreichende Wasserl\u00f6slichkeit. Beim Antragsteller erfolgte dann die Untersuchung der Abscheidbarkeit d\u00fcnner Schichten elektrisch leitf\u00e4higer Polymerer auf mit ITO-beschichtetem Glas durch Elektropolymerisation. Die elektrochromen Eigenschaften dieser Schichten wurden hinsichtlich Schaltge-schwindigkeit, Ver\u00e4nderungen der Transmissionsspektren f\u00fcr elektromagnetische Strahlung im Wellenl\u00e4ngenbereich zwischen 380 und 1100 nm (sichtbares Licht und naher Infrarotbereich), elektrische Spannung, Ladung und Energie sowie Reversibilit\u00e4t der Schaltvorg\u00e4nge untersucht. Geeignete Kombinationen anodisch und katodisch elektrochromer Schichten auf ITO\/Glas waren dann auf Laminierbarkeit mit leitf\u00e4hig modifiziertem Polyvinylbutyral zu elektrochromen Verbundsicherheitsglas (VSG) zu untersuchen. Die Eigenschaften derartiger Modelle f\u00fcr elektrochromes VSG-Glas waren zu charakterisieren, wobei neben den prinzipiellen Schalteigenschaften auch die Langzeitstabilit\u00e4t unter verschiedenen Bewitterungseinfl\u00fcssen gew\u00e4hrleistet werden muss (Stabilit\u00e4t gegen UV-Einfl\u00fcsse, extreme Temperaturwechsel, Feuchtigkeit). F\u00fcr diese Bedingungen waren Materialien f\u00fcr die Abdichtung der elektrochromen VSG-Gl\u00e4ser auszuw\u00e4hlen. F\u00fcr geeignete Modelle elektrochromer VSG-Gl\u00e4ser war die Ma\u00dfstabsvergr\u00f6\u00dferung zwecks gro\u00dffl\u00e4chiger Fertigung derselben durch Elektropolymerisation und Laminierung im Autoklaven- oder Vakuumverfahren zu erarbeiten.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Es wurden 11 verschiedene Monomere auf Thiophen- und Pyrrolbasis synthetisiert. Von 7 Substanzen wurden jeweils durch Elektropolymerisation schaltbare elektrochrome Filme erzeugt. 3 Monomere wur-den noch nicht untersucht. Ein Monomer (EDOP) war aufgrund seiner Instabilit\u00e4t nicht weiter verwertbar. Die 7 elektropolymerisierten Substanzen wurden sowohl direkt untersucht, als auch in Kombination mit anderen Partnersubstanzen zu elektrochromen Elementen verarbeitet, welche auf ihre elektrochromen Eigenschaften hin untersucht wurden.
\nEs zeigte sich, dass sich diese Eigenschaften z. T. stark unterscheiden. EDOP-Derivate sind zwar elektrochrom, stellten sich als nicht geeignet f\u00fcr den Einsatz in schaltbaren Verglasungen heraus, da sie einen zu geringen F\u00e4rbungswirkungsgrad und Schalthub sowie keinen entf\u00e4rbten Zustand aufweisen.
\nDas Thiophen-Derivat Poly-DMProDOT ist dagegen von seinen elektrochromen Parametern her f\u00fcr schaltbare Verglasungen im Wesentlichen geeignet. Insbesondere hat es in geeigneter Kombination in einem elektrochromen Element einen F\u00e4rbungswirkungsgrad, der um den Faktor 8,5 \u00fcber den jetzt bei Gesimat verwendeten anorganischen Materialkombinationen liegt.
\nDieses Material wurde daher weiter bearbeitet in Hinsicht auf Optimierung der Abscheidungsbedingungen, Hochskalierung der Abscheidung und Verbesserung der Laminierung elektrochromer Elemente. Auch Untersuchungen zur Stabilit\u00e4t und Kontrolle eines stufenlosen Schaltregimes wurden durchgef\u00fchrt.
\nEs konnten sehr gut schaltende elektrochrome Elemente bis zum Format 10 cm x 20 cm und zufriedenstellend schaltende Muster bis zum Format 30 cm x 50 hergestellt werden. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass die Schichtabscheidung bis zum Format 120 cm x 80 cm m\u00f6glich ist. Allerdings war die erreichte Qualit\u00e4t noch nicht zufriedenstellend, so dass von diesem Format keine vorzeigbaren schaltbaren elektrochromen Elemente hergestellt werden konnten.
\nObwohl das Poly-DM-ProDOT schon sehr gute elektrochrome Eigenschaften aufweist, sind einige seiner Parameter noch nicht optimal. Das betrifft z. B. die violette Farbe des get\u00f6nten Zustands, welche sicher nicht f\u00fcr jede Anwendung in schaltbaren Geb\u00e4udeverglasungen ideal ist. Au\u00dferdem hat der entf\u00e4rbte Zu-stand einen leichten Blauton. Wenn man die Poly-DM-ProDOT-Schicht so d\u00fcnn macht, dass dieser Blauton nicht mehr sichtbar ist, ist die erreichbare Farbtiefe im gef\u00e4rbten Zustand etwas zu gering. Macht man die Polymerschicht so dick, dass ein elektrochromes Element im gef\u00e4rbten Zustand sehr tief eingef\u00e4rbt ist, erkennt man eine deutliche hellblaue F\u00e4rbung im hellen Zustand des elektrochromen Elementes. – An dieser Stelle gibt also f\u00fcr zuk\u00fcnftige Entwicklungen weiteren Optimierungsbedarf.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Teilergebnisse des Projektes wurden bisher auf einer Tagung (Polydays 4.-6.10.2006 in Berlin) und in ei-nem wissenschaftlichen Fachartikel unter dem Titel Electrodeposition and electrochromic properties of N-ethyl substituted poly(3,4,-ethylenedioxypyrrol) in der Zeitschrift Electrochimica Acta 52 (2007) 5856-5862 ver\u00f6ffentlicht. Die Ver\u00f6ffentlichung weiterer Resultate ist in naher Zukunft geplant.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Im Rahmen des Projektes wurden zahlreiche leitf\u00e4hige Polymere hergestellt und auf ihre Einsetzbarkeit in elektrochromen Verglasungen hin untersucht. Eine Substanz wurde identifiziert, die vergleichsweise sehr gute elektrochrome Eigenschaften aufweist, insbesondere hinsichtlich ihres F\u00e4rbungswirkungsgrades. Mit diesem Material erfolgten weitere technologische Schritte, wie Ma\u00dfstabst\u00fcbertragung von Monomersynthese in den 100 g-Bereich und elektrochemischer Abscheidung in den qm-Ma\u00dfstab, sowie der Bau und Test einer Vielzahl elektrochromer Elemente<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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