Abstrak
Makalah ini menyajikan pengembangan perangkat termoregulasi emisi variabel yang digerakkan secara elektrokimia yang dirancang untuk manajemen panas radiatif yang efisien di berbagai lingkungan suhu. Dengan memanfaatkan cairan ionik 1-butil-3-metilimidazolium tetrafluoroborat (BMIMBF 4 ), penelitian ini mengeksplorasi stabilitas termal dan elektrokimianya, tekanan uap rendah, dan kinerja yang sangat baik pada rentang suhu operasional yang luas, menjadikannya elektrolit yang ideal. Perangkat ini menggunakan teknologi elektrokromik inframerah-menengah, menggunakan elektroda konduktif transparan pita ultra-lebar dan elektrodeposisi logam reversibel untuk menyesuaikan emisivitas termal secara dinamis antara 0,06 dan 0,89. Kemampuan ini memungkinkan peningkatan yang signifikan dalam manajemen panas, menawarkan solusi yang responsif dan mudah beradaptasi dibandingkan dengan sistem saat ini. Temuan tersebut menunjukkan bahwa bahan dan mekanisme canggih tersebut dapat meningkatkan manajemen energi dalam pesawat ruang angkasa, yang berpotensi meluas ke bidang ruang angkasa lain yang membutuhkan kontrol termal yang tepat.

1 Pendahuluan
Seiring dengan pertumbuhan populasi global dan terus meningkatnya permintaan energi, mitigasi konsumsi energi yang efektif menjadi kebutuhan yang semakin mendesak. [ 1 ] Bangunan dan infrastruktur menyumbang ≈40% dari penggunaan energi global, [ 2 ] dan termoregulasi merupakan mayoritas dari penggunaan ini. Namun, masalah seperti manajemen termal yang tidak efisien dalam infrastruktur ini mengakibatkan pemborosan energi yang signifikan. Penelitian menunjukkan bahwa dua pertiga energi dunia hilang dalam bentuk panas. [ 3 ] Kehilangan energi ini terutama disebabkan oleh sistem pemanas, ventilasi, dan pendingin udara (HVAC) yang sudah ketinggalan zaman, dan isolasi bangunan yang buruk, [ 4 ] yang tidak hanya boros tetapi juga memperburuk masalah lingkungan.

Untuk mengatasi masalah ini, kita dapat menggunakan perpindahan panas radiatif dan menggunakan karakteristik radiasi inframerah-tengah (mid-IR) untuk meningkatkan manajemen termal. Radiasi inframerah-tengah, dengan panjang gelombang berkisar antara 3 hingga 50 mikron, selaras erat dengan panjang gelombang radiasi termal yang dipancarkan oleh sebagian besar objek di lingkungan kita, [ 5 ] membuatnya ideal untuk termoregulasi. Secara khusus, dalam rezim “jendela atmosfer” 8 hingga 14 mikron, penyerapannya minimal, yang memungkinkan radiasi termal terestrial untuk bebas mentransmisikan ke luar angkasa. [ 6 ] Bahan-bahan baru telah dikembangkan untuk memanfaatkan jendela atmosfer, yang dapat digabungkan dengan rekayasa multispektral lainnya untuk memaksimalkan kinerja pemanasan/pendinginan. Di antara mereka, bahan elektrokromik adalah jenis yang sangat menjanjikan, karena mereka dapat memodulasi sifat optik secara dinamis sebagai respons terhadap sinyal listrik, dengan demikian mengendalikan jumlah energi yang diserap atau dipancarkan, yang penting untuk beradaptasi dengan lingkungan yang terus berubah dan tuntutan pemanasan/pendinginan. [ 7 – 11 ] Kemajuan terbaru dalam teknologi elektrokromik telah menghasilkan bahan dan perangkat baru dengan kinerja dan daya tahan yang lebih baik. [ 12 – 16 ]

Studi ini menyajikan teknologi termoregulasi emisi variabel yang digerakkan secara elektrokimia, yang menunjukkan kemampuannya untuk mengatur suhu dengan memodulasi radiasi mid-IR sebagai respons terhadap keluaran listrik. Kami berhasil membuktikan bahwa teknologi kami dapat mencapai penyetelan emisivitas (ε) antara 0,06 dan 0,89 (Δε = 0,83), yang berpotensi untuk selubung bangunan yang cerdas dan adaptif yang dapat mengurangi konsumsi energi HVAC. Selain itu, kami menggunakan cairan ionik sebagai pelarut, yang memungkinkan kinerja yang efisien dan andal pada rentang suhu yang luas karena volatilitasnya yang rendah dan stabilitas termal yang tinggi. Kemampuan termal sangat penting dalam aplikasi bangunan di mana kondisi suhu ekstrem sering terjadi, dari dinginnya musim dingin hingga teriknya musim panas. Dalam kasus yang lebih ekstrem, seperti aplikasi pesawat ruang angkasa, kekokohan cairan ionik sangat diperlukan.

2 Struktur Perangkat
Gambar 1a mengilustrasikan bagaimana perangkat emisi variabel yang digerakkan secara elektrokimia yang mengatur suhu (Thermo-EVED) memungkinkan bangunan untuk mengelola stabilitas termal dengan menerapkan bias listrik. Peralatan elektrokromik mid-IR, seperti yang digambarkan pada Gambar 1b , terdiri dari elektroda konduktif transparan pita ultra lebar (UWB-TCE), lapisan perak sebagai elektroda lawan, dan larutan AgBF4 , BMIMBF4 sebagai elektrolit. UWB-TCE adalah graphene monolayer yang dimodifikasi Pt dengan mikrogrid emas, di mana strukturnya dioptimalkan untuk mencapai transmisivitas mid-IR yang tinggi dan konduktivitas listrik jarak pendek dan jarak jauh. [ 11 , 17 ] Transmisivitas tinggi dari UWB-TCE memungkinkan elektrolit penyerap IR tinggi yang mendasarinya (Gambar S1 , Informasi Pendukung) untuk menunjukkan emisivitas tinggi pada keadaan terlucuti (tanpa logam), yang sesuai dengan keadaan pendinginan dengan pertukaran panas radiatif yang ditingkatkan. Di sini, kami menerapkan Hukum Kirchhoff, yang menyatakan bahwa, pada kesetimbangan termodinamika, emisivitas harus sama dengan absorptivitas (ε = α). [ 18 ] Saat perak secara bertahap mengendap pada elektroda transparan, nanopartikel Ag melapisi secara elektrik pada graphene yang dimodifikasi Pt, menciptakan lapisan logam yang lebih tebal dan padat, yang meningkatkan reflektivitas IR dan berkontribusi pada keadaan pemanasan ε rendah, mengurangi kehilangan panas radiasi.

Gambar 1
Buka di penampil gambar
Kekuatan Gambar
Konsep dan keuntungan sistem modulasi inframerah-tengah elektrokromik dengan elektrolit cairan ionik. a) Konsep visual termoregulasi radiatif b) Demonstrasi grafis sistem elektrokromik. Seluruh teknologi dapat disetel secara elektrokimia antara mode pemanasan (diendapkan Ag) dan mode pendinginan (dilepas Ag). UWB-TCE adalah singkatan dari elektroda konduksi transparan pita lebar ultra. c) Uji stabilitas termal cairan ionik 1-Butil-3-metilimidazolium tetrafluoroborat (BMIMBF 4 ), DMSO, dan Air. Hanya BMIMBF 4 yang tetap tidak berubah pada suhu ekstrem ini. d) Perubahan massa BMIMBF 4 , DMSO, dan air dalam ruang hampa pada suhu 25 °C. e) Voltammogram siklik pada ITO dengan BMIMBF 4 , air, dan DMSO. Percobaan dilakukan pada suhu kamar dan elektroda referensi air, DMSO, dan BMIMBF 4 masing-masing adalah elektroda Ag/AgCl komersial (larutan KCl jenuh), elektroda Ag/Ag + (0,01 m AgNO 3 dalam DMSO), dan kawat Pt. Laju pemindaian adalah 50 mV s −1 .
3 Sistem Elektrolit Cairan Ionik
Untuk memungkinkan teknologi berfungsi dengan baik pada rentang suhu yang luas, elektrolit harus memiliki stabilitas termal yang sangat baik. Dibandingkan dengan elektrolit konvensional seperti DMSO dan air, cairan ionik telah mendapatkan perhatian yang cukup besar sebagai kelas pelarut hijau yang berkelanjutan karena sifat fisikokimianya yang unik. Di antara cairan ionik, BMIMBF 4 menunjukkan sifat yang baik pada i) stabilitas termal, [ 19 – 21 ] ii) stabilitas elektrokimia, [ 22 , 23 ] dan iii) tekanan uap rendah, [ 19 , 21 , 24 ] yang menjadikannya pelarut serbaguna untuk berbagai aplikasi. BMIMBF 4 dapat beroperasi pada rentang suhu yang luas, mempertahankan daya tahan dari −71 °C hingga 300 °C. [ 25 ] Kami melakukan percobaan dengan memanaskan volume yang sama dari BMIMBF 4 , air, dan DMSO hingga 190, 100, dan 190 °C, masing-masing, selama 20 menit dan kemudian didinginkan hingga 25 °C. Hasilnya menunjukkan bahwa BMIMBF 4 mengalami perubahan minimal setelah uji pemanasan, menunjukkan stabilitas termalnya yang penting, sementara DMSO dan air keduanya mengalami kehilangan massa penguapan yang signifikan (Gambar 1c ). Pada suhu rendah −30 °C, BMIMBF 4 mempertahankan keadaan cairnya, yang penting untuk transpor ion cepat; namun, air dan DMSO membeku pada suhu ini. Selain itu, tekanan uap rendah dari BMIMBF 4 adalah sifat penting lainnya yang meminimalkan kehilangan pelarut karena penguapan dan memastikan keawetan elektrolit dalam jangka waktu lama. [ 26 ] Ini juga dapat menjadi manfaat utama untuk aplikasi luar angkasa. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1d , jumlah yang sama dari DMSO, air, dan BMIMBF 4 ditempatkan ke dalam ruang vakum pada suhu 26 °C, dan massa mereka dicatat setiap hari. Terlihat bahwa baik DMSO maupun air mengalami penurunan berat, sedangkan BMIMBF 4 mempertahankan massa aslinya untuk durasi yang lebih lama. Gambar 1e selanjutnya membandingkan stabilitas elektrokimia BMIMBF 4 dengan air dan DMSO. Plot menunjukkan bahwa baik BMIMBF 4 maupun DMSO menunjukkan kerapatan arus elektrokimia minimal dari -1 hingga 1 V versus kawat Ag dan Pt, masing-masing, yang menunjukkan kekekalan elektrokimia yang baik. Sebaliknya, air memiliki reaksi evolusi hidrogen (HER), yang berkontribusi pada kemiringan ke bawah pada potensial katoda. [ 27 ] Secara keseluruhan, sifat fisikokimia unik dari BMIMBF4 menjadikannya pelarut yang sangat baik untuk berbagai aplikasi, terutama yang memerlukan stabilitas termal, vakum, dan elektrokimia.

4 Metode Pengukuran Emisivitas dan Hasil
Kami selanjutnya menyelidiki kinerja penyetelan emisivitas instrumen. Pertama-tama kami merancang dan mencetak 3D sebuah peralatan untuk menyegel sel elektrokimia. Bahan pencetakan 3D adalah asam polilaktat. Peralatan tersebut terdiri dari bagian atas dan bawah dengan cincin-O dan sekrup, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2a . Seluruh proses perakitan dilakukan di dalam kotak sarung tangan yang diisi dengan argon, di mana kadar air dan oksigen dijaga di bawah 1 ppm. Penyertaan cincin-O menyegel seluruh perangkat, meminimalkan pengaruh atmosfer ketika Thermo-EVED diukur di luar kotak sarung tangan. Sel elektrokimia adalah sistem dua elektroda, dengan lapisan perak sebagai elektroda lawan. Lapisan perak ditempelkan dengan menggunakan epoksi, memastikan sambungan yang stabil. Elektrolit diisi dengan hati-hati ke dalam sel, diikuti oleh elektroda kerja yang ditempatkan di atas. Dudukan sel dan casing atas kemudian digabungkan dan disekrup bersama. Kami kemudian menggunakan voltametri siklik (CV) untuk mengidentifikasi air dan oksigen dalam sistem. Plot CV dalam kondisi bebas air dan oksigen ditunjukkan pada Gambar 3a , dan kurva CV dalam lingkungan atmosfer ditunjukkan pada Gambar S2 (Informasi Pendukung) sebagai perbandingan. Kami mengukur reflektivitas dan menggunakan hukum Kirchhoff untuk menghitung emisivitas (Gambar 2b ). Rinciannya ada di Informasi Pendukung .

Gambar 2
Buka di penampil gambar
Kekuatan Gambar
Alat ukur emisivitas dan hasilnya. a) Thermo-EVED untuk pengukuran emisivitas. (1)–(4) merupakan prosedur perakitan. b) Konfigurasi pengukuran reflektivitas dengan bola emas difusi terpadu dalam spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR). c) Spektrum emisivitas sebagai fungsi kapasitas muatan yang diendapkan secara elektrode. d) Emisivitas rata-rata tertimbang pada kondisi pendinginan dan pemanasan versus siklus peralihan.

Gambar 3
Buka di penampil gambar
Kekuatan Gambar
Mekanisme penyetelan emisivitas dan analisis karakterisasi. a) Voltammogram siklik elektrolit BMIMBF 4 menggunakan Ag sebagai elektroda referensi semu. Laju pemindaian adalah 50 mV s −1 dengan lapisan perak sebagai elektroda lawan dan UWB-TCE sebagai elektroda kerja. b) Analisis XRD dan c) XPS dari film yang diendapkan secara elektrode. d) Gambar SEM dan pemetaan EDS dari film Ag yang diendapkan. e) Gambar SEM pada kapasitas pengisian yang berbeda.
Gambar 2c mengilustrasikan bagaimana kapasitas muatan yang diendapkan secara elektro mempengaruhi emisivitas Thermo-EVED. Saat arus katoda mengalir ke elektroda kerja, ion perak berkurang, yang menghasilkan lapisan perak pada elektroda, [ 28 , 29 ] yang menyebabkan peningkatan reflektivitasnya dan oleh karena itu penurunan emisivitas. Khususnya, sistem elektrokromik dapat beroperasi pada berbagai tingkat emisivitas, menyediakan termoregulasi radiatif yang terus-menerus dan halus. Gambar 2c menunjukkan bahwa emisivitas rata-rata panjang gelombang Thermo-EVED dapat dipertahankan pada level 0,9, 0,35, dan 0,1 dengan menyesuaikan kapasitas muatan yang diendapkan secara elektro menjadi 0 (kurva biru), 12,5 (biru muda), dan 100 (merah) mC cm −2 , berturut-turut.

Selama proses elektroplating, partikel perak yang diendapkan pada elektroda kerja awalnya jarang dan terpisah. Karena semakin banyak perak yang direduksi dan diendapkan secara elektro, inti perak mulai mencapai ambang perkolasi, [ 30 ] partikel-partikel individual bergabung menjadi jaring logam yang saling berhubungan, yang mengakibatkan penurunan emisivitas secara tiba-tiba. Ini menjelaskan mengapa penurunan emisivitas diamati ketika kerapatan muatan mencapai 12,5 mC cm −2 . Namun, saat elektroplating berlanjut dan lapisan perak menjadi lebih tebal, emisivitas menjadi stabil dan sedikit berubah. Oleh karena itu, antara kerapatan muatan 12,5 hingga 50 mC cm −2 , masih ada penurunan emisivitas, tetapi relatif kecil.

Kami selanjutnya menguji siklus hidup Thermo-EVED, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2d . Kontras emisivitas dimulai pada lebih dari 80% dan menurun hingga ≈60% setelah 100 siklus. Penting untuk dicatat bahwa keadaan pemanasan (ε rendah) menurun lebih cepat daripada keadaan pendinginan (ε tinggi). Hal ini dapat disebabkan oleh efek korosif ion bromida pada kisi emas, yang menyebabkannya pecah dan meningkatkan resistansi elektroda kerja seiring waktu, seperti yang ditunjukkan pada Gambar S3 (Informasi Pendukung). [ 31 ] Akibatnya, proses pengendapan perak menjadi lebih menantang, dan lapisan perak pada elektroda kerja menjadi kurang padat, yang menyebabkan penurunan emisivitas. Untuk menilai stabilitas jangka panjang lapisan perak yang diendapkan dalam keadaan pemanasan, kami melakukan uji siklus yang diperpanjang dan memantau evolusi emisivitas selama 350 siklus, seperti yang ditunjukkan pada Gambar S4 (Informasi Pendukung). Untuk meningkatkan ketahanan elektroda dan mengurangi korosi yang disebabkan oleh bromida, kami meningkatkan ketebalan mikrogrid emas dari 200 menjadi 600 nm dan menerapkan lapisan Pt 6 nm ke permukaan. Lapisan emas yang lebih tebal memberikan stabilitas struktural yang lebih baik, sedangkan lapisan Pt meningkatkan ketahanan terhadap korosi. Meskipun ada peningkatan ini, emisivitas dalam keadaan pemanasan secara bertahap meningkat seiring waktu. Sebaliknya, keadaan pendinginan tetap stabil, yang menunjukkan pengupasan yang efektif. Di sisi lain, emisivitas keadaan pendinginan tetap relatif tidak berubah karena ion bromida dapat mengikis perak, [ 31 ] dan sisa perak pada elektroda dapat terkikis oleh bromida dalam elektrolit.

5 Karakterisasi Elemen dan Analisis Tunabilitas Mid-IR
Voltametri siklik (CV) digunakan untuk menganalisis reaksi selama elektrodeposisi untuk menyelidiki lebih lanjut mekanisme penyetelan emisivitas. Mikroskop elektron pemindaian (SEM), spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS), difraksi sinar-X (XRD), dan spektroskopi sinar-X dispersif energi (EDS) digunakan untuk mengkarakterisasi morfologi permukaan dan komposisi unsur dari film logam yang diendapkan secara elektrode. Sifat elektrokimia elektrolit, yang terdiri dari cairan ionik BMIMBF 4 , AgBF 4 , dan tetrabutilamonium bromida (TBAB), diselidiki di dalam kotak sarung tangan. CV tiga elektroda diterapkan untuk menyelidiki potensi elektrokimia pengendapan dan pelarutan logam. UWB-TCE digunakan sebagai elektroda kerja, foil Ag digunakan sebagai elektroda lawan, dan kawat perak digunakan sebagai elektroda referensi. Seperti yang digambarkan pada Gambar 3a , cairan ionik menampilkan jendela elektrokimia minimal 3 V, berkisar dari −1,5 hingga +1,5 V versus referensi Ag. Peningkatan arus anoda pada potensial ≈−0,1 V dikaitkan dengan oksidasi perak yang ada pada elektroda kerja, sedangkan penurunan arus katoda pada potensial ≈0 V sesuai dengan reduksi perak. Mekanisme reaksi redoks elektrokimia untuk elektrodeposisi dan dealloying ion Ag dalam elektrolit berlangsung sebagai berikut:

Pembentukan dan pelarutan cermin perak dapat dijelaskan melalui proses reduksi dan oksidasi elektrokimia ion Ag dalam larutan elektrolit. Ketika ion kompleks Ag + (
) direduksi secara elektrokimia menjadi perak, membentuk lapisan cermin terang dengan emisivitas rendah. [ 32 ] Lapisan ini kemudian mengalami oksidasi saat polaritas tegangan dibalik. Keberadaan Br − dalam larutan elektrolit sangat penting untuk memediasi pengendapan oksidatif Ag karena potensial oksidasi yang diasosiasikan dengan 3Br − menjadi Br 3− , yang sebesar 1,5 V, [ 32 ] lebih tinggi daripada potensial oksidasi logam Ag yang dilapisi listrik menjadi Ag + . Hal ini memungkinkan Ag yang diendapkan teroksidasi sepenuhnya menjadi Ag + melalui mediasi Br − , sehingga meningkatkan transmitansi spektral. Kami membandingkan dua elektrolit yang berbeda dan menunjukkan gambar pada Gambar S5 (Informasi Pendukung).

Komposisi film logam yang diendapkan secara elektrokimia dikarakterisasi dengan spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) dan difraksi sinar-X (XRD). Analisis XRD mengungkapkan puncak pada 38,19°, 46,18°, 67,44°, dan 77,70° pada elektrode transparan pita ultra lebar, yang dapat dikaitkan dengan Ag (111), Ag (200), Ag (220), dan Ag (311), [ 33 ] seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3b . Pada Gambar 3c , puncak pada 368,12 dan 374,18 eV pada pemindaian Ag 3d mengonfirmasi keberadaan Ag metalik (0). [ 34 ] Gambar 3d menunjukkan morfologi dan pemetaan unsur dengan SEM dan EDS, yang menunjukkan pelapisan perak yang padat dan seragam. Gambar 3e menunjukkan evolusi temporal permukaan elektrode kerja seiring dengan peningkatan kapasitas muatan. Dapat dilihat bahwa saat kapasitas muatan meningkat, partikel perak pada permukaan UWB-TCE menjadi lebih besar dan lebih padat. Gambar SEM juga secara efektif menggambarkan dampak suhu pada elektrodeposisi perak, seperti yang ditunjukkan pada Gambar S6 (Informasi Pendukung). Pada suhu -2 °C, pengendapan menghasilkan partikel perak yang besar dan jarang terdistribusi, yang menunjukkan nukleasi dan pertumbuhan yang lambat karena mobilitas ion yang berkurang. Pada suhu kamar, distribusi partikel yang lebih kecil yang lebih seragam dan padat diamati, yang menunjukkan keseimbangan optimal antara nukleasi dan pertumbuhan. Sebaliknya, elektrodeposisi suhu tinggi menghasilkan kepadatan partikel yang meningkat secara signifikan dengan gugus yang lebih kecil dan saling berhubungan, yang menyoroti peningkatan laju nukleasi dan kinetika pengendapan yang cepat. Temuan ini secara visual menunjukkan bagaimana suhu memengaruhi morfologi dan distribusi partikel perak, menjadikannya faktor penting dalam mengendalikan hasil elektrodeposisi.

6 Kinerja Perangkat Elektrokromik pada Suhu dan Sifat Mekanik yang Berbeda
Sifat unik cairan ionik memungkinkan kita untuk mempelajari lebih lanjut kemampuannya untuk beroperasi dalam rentang suhu yang luas. Gambar 4a menunjukkan uji siklus hidup Thermo-EVED dalam kondisi sekitar yang berbeda. Keadaan awal Thermo-EVED menunjukkan emisivitas yang setara dalam keadaan pemanasan dan pendinginan pada 75, 25, dan −2 °C. Setelah 100 siklus, emisivitas keadaan pemanasan pada 75 °C tetap yang terendah di antara ketiga suhu kerja. Selama pengujian suhu rendah, diamati bahwa proses elektroplating menjadi jauh lebih sulit karena konduktivitas elektrolit yang rendah, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4b . Akibatnya, pada siklus ke-100 dari uji siklus hidup, aliran arus rendah menghambat proses elektrodeposisi, dan lapisan perak yang padat tidak dapat terbentuk secara memadai, yang mengarah ke emisivitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan kondisi suhu sekitar.

Gambar 4
Buka di penampil gambar
Kekuatan Gambar
Uji perangkat pada suhu dan sifat mekanis yang berbeda. a) Emisivitas rata-rata tertimbang pada kondisi pendinginan dan pemanasan versus siklus pada 75, 25, dan −2 °C. b) Kepadatan arus dalam uji siklus hidup pada 75, 25, dan −2°C, yang menggambarkan korelasi positif antara aktivitas elektrokimia dan suhu. c) Gambar termal perangkat elektrokromik pada emisivitas dan suhu pelat panas yang berbeda. Perhatikan emisivitas termodulasi berarti Thermo-EVED dikontrol secara aktif untuk menstabilkan kehilangan panas radiatif. d) Suhu nyata rata-rata yang diukur oleh kamera termal. e) Gambar konfigurasi uji tekukan. f) Uji tekukan siklik dengan radius tekukan 0,67 cm. g) Gambar uji tekukan perangkat. h) Gambar termal perangkat elektrokromik pada kondisi tekukan.
Bahasa Indonesia: Untuk secara eksperimental menunjukkan kemampuan termoregulasi teknologi kami, kami melakukan pencitraan termal pada prototipe emitansi variabel kami dan sampel kontrol lainnya pada berbagai suhu. Elektroplating digunakan untuk menyesuaikan emisivitas, seperti yang digambarkan pada Gambar 4c . Tiga set parameter material yang berbeda diuji: material ε tinggi, material ε rendah, dan Thermo-EVED kami dengan emisivitas yang dapat disetel. Sepanjang percobaan, kami mengendalikan proses pengendapan untuk mempertahankan suhu IR-tampak pada 38 °C. Saat suhu pelat panas aktual meningkat, kami mengamati peningkatan suhu secara bertahap untuk kedua status ε tinggi dan ε rendah. Khususnya, dalam status ε termodulasi, suhu memang tetap konstan, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 4d . Hasil ini menunjukkan kemampuan perangkat untuk mengatur reflektansi material untuk mempertahankan fluks panas radiatif, sehingga menstabilkan keseimbangan panas sistem. Dengan memodulasi emisivitas secara efektif, teknologi kami menawarkan aplikasi potensial dalam sistem manajemen dan kontrol termal. Akhirnya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4e kombinasi pilihan material memberikan UWB-TCE fleksibilitas mekanis. Resistansi lembaran tetap stabil selama 500 siklus pembengkokan pada radius 0,67 cm seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4f . Kinerja pembengkokan tersebut bermanfaat untuk ikatan konformal dengan resistansi antarmuka termal minimal. Uji pembengkokan dilakukan pada perangkat elektrokromik, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4g , yang menunjukkan integritas strukturalnya pada radius pembengkokan 0,4 cm dan mengonfirmasi fleksibilitas mekanisnya. Pencitraan termal inframerah yang ditunjukkan pada Gambar 4h selanjutnya mengungkapkan bahwa perangkat mempertahankan keadaan pendinginan dan pemanasannya bahkan saat mengalami deformasi.

7 Prospek dan Prospek Masa Depan
Berdasarkan sifat unik elektrolit cair ionik, perangkat kami menawarkan aplikasi yang menjanjikan untuk stasiun ruang angkasa yang sangat membutuhkan manajemen suhu yang tepat. Suhu di luar angkasa menunjukkan fluktuasi yang dramatis, sangat dipengaruhi oleh lokasi dan paparan sinar matahari. [ 35 – 37 ] Dengan demikian, kontrol termal merupakan aspek penting dari desain pesawat ruang angkasa. Akan tetapi, sistem kontrol termal saat ini di stasiun ruang angkasa memiliki keterbatasan dalam kemampuannya untuk merespons dengan cepat kondisi suhu yang berubah. Sistem ini juga memiliki masalah seperti konsumsi daya yang signifikan dan bobot yang berat.

Terdapat tiga mekanisme perpindahan panas fundamental: konduksi, konveksi, dan radiasi. [ 40 ] Karena ruang angkasa pada dasarnya adalah ruang hampa, yang tidak memiliki media untuk konduksi dan konveksi, radiasi menjadi satu-satunya metode perpindahan panas. Studi kami memperkenalkan prototipe pengatur suhu emisi variabel yang digerakkan secara elektrokimia yang beroperasi secara efektif pada rentang suhu yang luas. Teknologi ini dapat menyesuaikan emisivitasnya dari 0,06 hingga 0,89 (Δε = 0,83), yang menunjukkan janji signifikan untuk integrasi ke dalam sistem kendali termal pesawat ruang angkasa, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5 . Teknologi ini menawarkan peningkatan yang nyata dalam responsivitas dan kemampuan beradaptasi dibandingkan metode yang ada, yang dapat digunakan dalam pesawat ruang angkasa.

Gambar 5
Buka di penampil gambar
Kekuatan Gambar
Skema konseptual termoregulasi radiatif di ruang angkasa.
Penelitian ini menggunakan BMIMBF 4 , elektrolit cair ionik, untuk menunjukkan termoregulator radiatif untuk kondisi ekstrem. Stabilitas termal yang luar biasa, stabilitas elektrokimia, dan tekanan uap rendah dari BMIMBF 4 membuatnya sangat cocok untuk aplikasi ini. Selama proses elektroplating, penyetelan deposisi Ag ditunjukkan, memamerkan kontras emisivitas termal 0,83 dan daya tahan jangka panjang. Lebih jauh, morfologi logam yang diendapkan secara elektrode pada elektroda dikarakterisasi menggunakan analisis XRD, SEM, dan XPS. Studi ini menunjukkan kinerja teknologi elektrokromik pada suhu berkisar dari −2 hingga 75 °C sambil mempertahankan kontras emisivitas termal 0,83. Dengan memvariasikan emisivitas, fluks panas radiatif dapat dipertahankan, sehingga menstabilkan lingkungan termal perangkat yang diinginkan. Temuan ini memiliki implikasi untuk desain probe dan instrumen yang ditujukan untuk aplikasi luar angkasa dan berkontribusi pada pemahaman yang lebih dalam tentang elektrodeposisi logam dalam elektrolit cair ionik.

8 Bagian Eksperimen
Bahan kimia
1-Butil-3-metilimidazolium tetrafluoroborat (BMIMBF 4 ), perak tetrafluoroborat (AgBF 4 ), tetrabutilamonium bromida (TBA-Br) dibeli dari Aldrich dan digunakan tanpa pemurnian lebih lanjut. Kawat perak dan film perak diperoleh dari perusahaan BASi.

Sintesis Elektroda
Untuk mensintesis lapisan tipis optik, fotoresist dilapisi dengan spin pada foil tembaga-grafen selama 3000 RPM dalam 30 detik dan ditumbuhkan pada pelat silikon. Setelah diputar, sampel dipanggang pada suhu 90 °C selama 1 menit pada hotplate. Sampel dimasukkan ke dalam MA6 Mask Aligner dan disinari sinar UV selama 13,5 detik. Kemudian, sampel dicuci dan dipanaskan pada suhu 90 °C selama 2 menit dalam oven. E-beam & Thermal Metal Evaporator (Kurt Lesker PVD 75) digunakan untuk menguapkan Au dan Cr dengan ketebalan masing-masing 20 dan 2 nm. Akhirnya, grafen dipindahkan dari foil tembaga ke film PE melalui mesin pengepres panas, dan tembaga dikikis oleh besi (III) klorida.

Persiapan Elektrolit
Elektrolit dibuat dengan mengaduk 1-Butil-3-metilimidazolium tetrafluoroborat (10,0 mL) dengan perak tetrafluoroborat (50,0 mm ) pada suhu 25 °C selama 3 jam. Tetrabutilamonium bromida (TBA-Br) (60,0 mmol) kemudian ditambahkan ke dalam campuran dan pengadukan dilanjutkan selama 4 jam pada suhu 65 °C.

Elektrokimia
Uji kinerja elektrokromik dilakukan melalui VMP3 (BioLogic Inc.). Untuk proses elektrodeposisi potensial konstan, potensial adalah -0,5 V (vs kawat Ag) untuk sistem 3-elektroda. Untuk proses pelepasan potensial konstan, potensial adalah +0,5 V untuk sel 3-elektroda (vs kawat Ag). Uji voltametri siklik dipindai pada laju 50 mV s -1 .

Karakterisasi
Spektrum inframerah transformasi Fourier (FT-IR) diperoleh pada spektrometer model Specode 75 dalam kisaran 400−4000 cm −1 . Morfologi nanopartikel Ag pada elektroda diamati dengan mikroskop elektron pemindaian (Apreo S oleh ThermoFisher Scientific). Pengukuran arus-tegangan dilakukan pada stasiun kerja elektrokimia Autolab PGSTAT 302N.