Окна — это основная необходимость в здании, позволяющая пропускать свет и рассеивать тепло, но не всегда хочется иметь обе функции одновременно. Теперь инженеры Университета штата Северная Каролина (NCSU) разработали новый материал, который позволяет окнам легко переключаться между тремя режимами.
Это новое динамическое окно может переключаться между обычным прозрачным режимом (который пропускает свет и тепло), режимом, который блокирует тепло, но остается прозрачным, и тонированным режимом (блокирует часть света, но не тепло). Таким образом, пользователи могут наслаждаться солнцезащитным эффектом круглый год.
Ключом ко всему этому является небольшой материал под названием оксид вольфрама, который часто встречается в динамических стеклянных окнах, работающих по электрохромному принципу. Обычно оксид вольфрама прозрачен, а при подаче электрического сигнала он темнеет и блокирует свет, что делает его очень удобным для тонирования окон по требованию.
Но в новом исследовании исследователи UNC обнаружили совершенно новый скрытый навык: при добавлении воды она превращается в гидратированный оксид вольфрама, который имеет дополнительные настройки при использовании в электрохромных окнах.
В закрытом состоянии он остается прозрачным для света и тепла, что идеально подходит для тех монотонных зимних дней, когда людям нужно как можно больше света и тепла. Когда некоторые электроны и ионы лития вводятся в материал, он сначала проходит этап, когда он блокирует инфракрасный свет (который воспринимает тепло), оставаясь при этом прозрачным для длин волн видимого света. Наконец, когда в материал попадает больше электронов, он переходит в темную фазу, в которой блокируется как видимый, так и инфракрасный свет, что делает его идеальным для использования летом.
Почему именно гидрат оксида вольфрама действует именно так, до сих пор неясно, но у ученых из Университета Северной Каролины есть гипотеза.
«Присутствие воды в кристаллической структуре делает структуру менее плотной, поэтому она менее подвержена деформации при введении ионов лития и электронов в материал», — сказала Дженель Фортунато, первый автор исследования. «Наша гипотеза заключается в том, что, поскольку гидрат оксида вольфрама может вместить больше ионов лития, чем обычный оксид вольфрама перед деформацией, создаются два режима. Один из них — «холодный» режим, при котором инжекция ионов лития и электронов влияет на оптические свойства, но структура еще не изменилась, и этот режим поглощает инфракрасный свет. Затем, после изменения структуры, появляется «темный» режим, который блокирует как видимый, так и инфракрасный свет».
Хотя на рынке нет недостатка в динамических конструкторах окон, такое количество режимов обычно недоступно в одной системе. Даже если это так, обычно требуется более громоздкое устройство. В этом случае, поскольку требуется только один материал, толщина стекла и требования к энергопотреблению примерно такие же, как у обычных окон из оксида вольфрама.
Делия Миллирон, соавтор исследования, сказала: «Открытие технологии управления двухдиапазонным (инфракрасным и видимым) светом в одном материале, уже хорошо известном сообществу умных окон, может ускорить разработку коммерческих продуктов с расширенной функциональностью».
Исследование было опубликовано в журнале ACS Photonics.