Turun yliopistossa on kehitetty materiaaleja, jotka kykenevät sekä vaihtamaan väriä että varastoimaan sähköenergiaa. Teknologiaa voidaan tulevaisuudessa hyödyntää esimerkiksi älyikkunoissa.
Uudenlaiset ohuet, porfyriineihin perustuvat polymeerikalvot rakensi tutkija Sachin Kochrekar väitöstyössään.
Porfyriinit ovat luonnossa laajasti esiintyviä molekyyleja, joita on muun muassa klorofyllissä ja hemoglobiinissa.
Klorofyllissä esiintyvän porfyriinirakenteen ansiosta kasvi pystyy ottamaan talteen energiaa auringonvalosta fotosynteesin avulla.
”Tämän luonnollisen molekyylin kyky siirtää elektroneja ja muuttaa tilaansa hallitusti on kiinnostava lähtökohta myös meille materiaalitutkijoille”, Kochrekar sanoo.
Hyvä kontrasti ja säilyvä värimuutos
Kochrekar kehitti kalvorakenteita kahdella eri tavalla: hybridinä yhdessä sähköä johtavan materiaalin kanssa ja menetelmällä, jossa porfyriinit liitettiin toisiinsa siltamolekyylin avulla ilman ylimääräistä sähköä johtavaa rakennetta.
Hän tarkasteli myös metallin vaikutusta materiaalin ominaisuuksiin sijoittamalla porfyriinien keskelle joko nikkeliä tai sinkkiä tai jättämällä ne ilman metallia.
Pienillä rakenteellisilla muutoksilla oli merkittävä vaikutus materiaalien toimintaan. Nikkelipohjainen kalvo pystyi vaihtelemaan kolmen värin kesken, kun taas sinkkipohjainen ja metalliton kalvo vaihtoivat väriään kahden tilan välillä.
Kaikki materiaalit reagoivat alle kahdessa sekunnissa, näyttivät selkeän visuaalisen kontrastin ja säilyttivät värimuutoksen myös virran katkaisun jälkeen.
Käyttöä monenlaisissa sovelluksissa
Energian varastointiin kalvoja testattiin vesipohjaisessa elektrolyytissä, joka on yleisesti käytettyjä vaihtoehtoja turvallisempi ja ekologisempi.
Tutkimus on tiettävästi ensimmäinen, jossa porfyriinipohjaisia polymeerikalvoja käytettiin sähkökromisina superkondensaattoreina vesipohjaisessa elektrolyyttijärjestelmässä.
Kaikki kolme materiaalia osoittivat hyviä energian varastointiominaisuuksia.
”Materiaalit ovat edullisia valmistaa, helppoja käsitellä ja hyvin muokattavissa ja integroitavissa monenlaisiin sovelluksiin, myös joustaviin ja venyviin alustoihin”, Kochrekar kertoo.
”Esimerkiksi uudenlaiset älyikkunat voisivat samaan aikaan varastoida aurinkoenergiaa ja tummua kirkkaassa auringossa, mikä vähentäisi rakennuksen jäähdytystarvetta.”
Materiaaleja voidaan hyödyntää myös muun muassa anturiteknologiassa, taipuisassa elektroniikassa ja älyvaatteissa.
M.Sc. Sachin Kochrekarin väitöskirja Porphyrin-Based Electroactive copolymers: From Electropolymerization to Energy and Environmental Applications tarkastetaan Turun yliopistossa 4.6.2026.
Tilaa Kemiamedian uutiskirje!
Tilaajana saat sähköpostiisi kerran viikossa kiinnostavimmat uutiset ja tiedot alan tapahtumista ja työpaikoista. Osallistut samalla arvontaan!
