Новый материал заставляет окна выборочно блокировать свет и/или тепло
Окна в зданиях могут пропускать и свет и тепло, но не всегда нужно и то, и другое одновременно. Теперь инженеры Университета NCSU разработали новый материал, который позволяет окнам легко переключаться между тремя режимами.
Новые динамические окна смогут переключаться между обычным прозрачным режимом, который пропускает свет и тепло, режимом, который блокирует тепло, но остается прозрачным для света, и тонированным режимом, который блокирует часть света, но не тепло. Это должно обеспечить потребности пользователей в любое время года.
Ключом ко всему этому является материал под названием оксид вольфрама, который часто появляется в динамических окнах, работающих по принципу электрохромизма (явление, при котором материал демонстрирует изменения цвета или непрозрачности в ответ на электрический стимул).
Обычно прозрачный оксид вольфрама темнеет и блокирует свет при подаче электрического сигнала, что делает его удобным для окон, которые тонируются по требованию.
Но в новом исследовании ученые NCSU обнаружили совершенно новую возможность. Добавление воды превращает материал в гидрат оксида вольфрама, а когда он используется в электрохромных окнах, это придает ему дополнительную прочность.
В выключенном состоянии он остается прозрачным для света и тепла — идеально подходит для зимних дней, когда нужно как можно больше и того, и другого.
Когда некоторые электроны и ионы лития вводятся в материал, он сначала проходит этап, когда он блокирует инфракрасный свет (ощущаемый как тепло), оставаясь при этом прозрачным для видимых длин волн света.
И, наконец, по мере того, как все больше электронов проникают в материал, он переходит в темную фазу, блокируя как видимый, так и инфракрасный свет, что идеально подходит для лета.
Почему именно гидрат оксида вольфрама действует таким образом, остается неясным, но у ученых есть гипотеза.
«Присутствие воды в кристаллической структуре делает структуру менее плотной, поэтому материал становится более устойчивым к деформации при введении в него ионов лития и электронов», — говорит Дженель Фортунато, первый автор исследования.
«Наша гипотеза состоит в том, что, поскольку гидрат оксида вольфрама перед деформацией может вместить больше ионов лития, чем обычный оксид вольфрама, возникают два режима. Есть «холодный» режим – когда инжекция ионов и электронов лития влияет на оптические свойства, но структурные изменения еще не произошли – который поглощает инфракрасный свет. А затем, после того, как происходят структурные изменения, появляется «темный» режим, который блокирует как видимый, так и инфракрасный свет».
«Открытие двухдиапазонного (инфракрасного и видимого) управления светом в одном материале, который уже хорошо известен, может ускорить разработку коммерческих продуктов с расширенными функциями», — сказала Делия Миллирон, соавтор работы.
Исследование было опубликовано в журнале ACS Photonics.