Naukowcy opracowali nowoczesny materiał mogący ulepszyć działanie szyb elektrochromowych, ściemniających się pod wpływem przyłożonego napięcia. Materiał jest produkowany w postaci cienkiej warstwy z nanokryształów osadzonych w szkle. W przeciwieństwie do istniejących technologii powłoka zapewnia wybiórcza selekcję blokowania promieni z zakresu bliskiej podczerwieni (NIR) i światła widzialnego.
“W Stanach Zjednoczonych, 1/4 energii wykorzystywana jest na oświetlenie, ogrzewanie i chłodzenie budynków” – powiedziała dr Deria Milliron, chemik z Berkeley Lab’s Molecular Foundry.
Powłoka na szybach może wpłynąć na zwiększenie oszczędności w ogrzewaniu i klimatyzacji budynków. Zwiększenie efektywności energetycznej, można uzyskać dzięki blokowaniu promieniowania NIR, odpowiedzialnego za nagrzewanie wnętrza pomieszczenia, przy jednoczesnym wpuszczaniu tylko światło widzialnego.
Elektrochromizm to zdolność do odwracalnych zmian optycznych, pod wpływem przepływu elektronów. Zmiany optyczne polegają na widzialnej zmianie koloru. Zmiany mogą zachodzić w materiale, który jest utleniony (ma niedobór elektronów) lub zredukowany (nadmiar elektronów).
Warstwa nowego materiału elektrochormowego składa się z nanokryształów tlenku indowo-cynowego (ITO) osadzonych w szklanej matrycy z tlenku niobu.
Tlenek indowo-cynowy naparowywany na szkło lub folię jest szeroko stosowany w wielu urządzeniach optoelektronicznych, takich jak ogniwa słoneczne, czy polimerowe ogniwa emitujące światło. W ostatnich latach ITO jest również jednym z najczęściej używanych materiałów na anodę do produkcji struktur organicznych diod LED. Charakteryzuje się on niską rezystancją powierzchniową, wysoką pracą wyjścia, dobrą przeźroczystością (wyższą niż 90% przy 550 nm) oraz wysoką stabilnością chemiczną.
Otrzymany materiał kompozytowy nie tylko daje kontrolę nad promieniowaniem NIR i widzialnym — badacze odkryli także synergię pomiędzy tymi dwoma związkami, zwiększającą intensywność efektu elektrochromowego. Oznacza to możliwość użycia cieńszych powłok, bez obniżenia wydajności. Mały wstrząs energii elektrycznej (w zakresie 2,5 woltów) działa jak przełącznik pomiędzy transmisją i blokowaniem NIR.
Niezależna kontrola NIR oznacza, że użytkownicy mogą mieć naturalne oświetlenie bez niepożądanego efektu cieplnego, redukując potrzebę klimatyzacji i oświetlenia sztucznego. To samo okno może być przełączone na tryb ciemny, blokując zarówno światło i ciepło lub na tryb w pełni jasny i przejrzysty.
Naukowcy z Berkeley wykazali, że szkło NBOx z powłoką ITO ma lepsze właściwości, pięciokrotnie zwiększony optyczny kontrast i doskonałą stabilność elektrochemiczną (96% naładowania po 2000 cyklach).
Źródło:
[1] Tunable near-infrared and visible-light transmittance in nanocrystal-in-glass composites”. Anna Llordés, Guillermo Garcia, Jaume Gazquez & Delia J. Milliron. Nature 500, 323–326 (15 August 2013)
[2] http://newscenter.lbl.gov/news-releases/2013/08/14/raising-the-iq-of-smart-windows/ | 15.08.2013
[3] http://en.wikipedia.org/wiki/Smart_glass | 15.08.2013
[4] ANA Boeing 787-8 JA801A window by Spaceaero2, Wikimedia Commons, CC-BY-SA-3.0