Электрохромные и электрофорезные индикаторы

Индикаторы данного типа подобно ЖКИ являются пассивными и, возможно, в будущем составят им серьезную конкуренцию. Их отличают простота конструкции, наличие "памяти", четкое цветное изображение. Но вместе с тем они характеризуются некоторыми недостатками, в частности повышенной инерционностью и более значительным потреблением энергии, чем ЖКИ.

Электрохромные индикаторы на основе трехокиси вольфрама

Принцип действия электрохромных индикаторов основан на окрашивании и обесцвечивании пленки трохокиси вольфрама. Химические процессы, происходящие в индикаторе, описываются уравнением:

WO₃ +e^- +Н⁺ ↔ Н₂ (WO₃)

Трехокись вольфрама WO₃ бесцветна при нанесении ее тонким слоем на стеклянную подложку. "Вольфрамовая бронза" H₂(WO₃) имеет яркий синий цвет. Реакция обратима, то есть пленка может становиться бесцветной, либо окрашенной в зависимости от направления реакции. Для окрашивания пленки, то есть сдвига реакции вправо, достаточно приложить к электроду индикатора отрицательное постоянное напряжение I - 2 В, для обесцвечивания - такое же положительное напряжение. Эти процессы происходят за время приблизительно 0,5 с, то есть индикаторы получаются довольно инерционными.

Конструкция злектрохромного индикатора в разрезе показана на рис. 55. Активный слой WO₃ вместе с прозрачным электродом 4 нанесен на стеклянную пластинку I. На подложку 6 нанесен непрозрачный электрод 5. Электродам придана форма отображаемых символов. Между подложкой и стеклянной пластиной I находится тонкий слой электролита - раствор серной кислоты в воде или гли­церине. Подложка может быть окрашена в белый цвет, так что в отраженном свете со стороны стекла индикатор кажется белым. При приложении к прозрачному верхнему электроду отрицательного напряжения ионы Н⁺ из электролита взаимодействуют с пленкой WO₃и окрашивают ее в синий цвет. На белом фоне появляется символ синего цвета.

Кроме трехокиси вольфрама, в электрохромных индикаторах используются сложные органические вещества, а также пленки окиси иридия и других неорганических веществ, способных резко изменять свой цвет в процессе окислительно-восстановительных реакций,

Рис.55. Конструкция электрохромного индикатора: I - отекло; 2 - электролит; 3 - слой WO₃; 4 - проз­рачный электрод;5 - слой графита; 6 - подложка.

вызываемых протеканием электрического тока. Для различных ма­териалов контраст изображения составляет от 3:1 до 1000:1, при этом зрительное восприятие существенно улучшается благодаря смене цветов, например, зеленый - красный цвет в пленке диф-талоцианина лютеция. В обычных ЖКИ при той же контрастности изображение воспринимается наблюдателем хуже из-за отсутствия окраски. К тому же изображение электрохромных индикаторов хорошо видно под любым углом. Дополнительное преимущество заключается в эффекте памяти, то есть изображение электрохромных индикаторов сохраняется в течение десятков минут или даже нескольких часов после отключения управляющего напряжения.

Широкое применение электрохромных индикаторов сдерживается пока рядом недостатков: значительной инерционностью появления и особенно стирания изображения; довольно большим расходом энергии по сравнению с ЖИ и деградацией во времени. Большое потребление тока объясняется тем, что между электродами находится слой электролита и сам принцип работы основан на затрате электрической энергии.

В настоящее время ведутся исследовательские работы, которые, как предполагают, приведут к замене ЖК новыми высококонтрастными и цветными пассивными индикаторами; наилучшие результаты ожидают от органических пленок.