Обычная тонировка под воздействием солнечного света нагревается. Новое стекло решает эту задачу совершенно иным способом — с применением серебра и электричества.
Окна, которые пропускают солнечный свет, могут превращать помещение в парник. Тонировка защищает от интенсивных лучей, но сама при этом поглощает солнечную энергию и нагревается. Ученые предложили решение: умное стекло, способное создавать на своей поверхности тонкий серебряный экран.
Разработку представили специалисты Китайской академии наук, Северо-Восточного лесного университета и других научных учреждений. Результаты их работы опубликованы в журнале Nano Letters.
Серебро появляется по команде
В основе технологии лежит многослойная структура. Даже когда стекло остается прозрачным, его ультратонкие слои отражают значительную долю ближнего инфракрасного излучения (NIR) — именно оно приносит дополнительное тепло, не позволяя проходить видимому свету.
Снаружи на стекло нанесено силиконовое покрытие, которое помогает выводить накопленное тепло в атмосферу в виде инфракрасного излучения с большей длиной волны, чем у солнечного.
Но самое интересное происходит внутри. При подаче небольшого электрического напряжения серебро из специального геля осаждается на внутренней поверхности стекла. Формируется тонкий отражающий слой: окно становится непрозрачным, лучше защищает от солнечных лучей и обеспечивает приватность. При изменении полярности напряжения серебро возвращается обратно в гель, восстанавливая прозрачность стекла.
В одном из протестированных вариантов светопропускание при переключении снижалось примерно с 44% до менее чем 5%. При этом отражение ближнего инфракрасного излучения увеличивалось с 54% до 83%.
Не только прозрачное или матовое: стекло умеет менять цвет
У этой разработки есть еще одна уникальная особенность — цвет. Он появляется благодаря взаимодействию световых волн с тонкими слоями материала: одни длины волн усиливают друг друга, другие гасятся.
Изменяя толщину слоев в процессе изготовления, ученые получили образцы светло-желтого, бледно-голубого, серо-фиолетового и розово-красного оттенков. Переключение серебряного покрытия также изменяет отраженный цвет. Однако это не означает, что пользователь сможет выбрать любой оттенок нажатием кнопки: цвет задается конструкцией конкретного образца раз и навсегда.
В эксперименте внутри было прохладнее на 7 градусов
Прототип испытали на открытом воздухе в Шанхае. Ученые накрывали небольшие экспериментальные конструкции различными образцами стекла и измеряли температуру воздуха внутри.
В дневное время сооружение с новой разработкой оказалось на 3,4°C прохладнее конструкции с кварцевым стеклом. Максимальная разница достигала примерно 7°C. В непрозрачном режиме охлаждение усиливалось.В отдельном эксперименте с моделью дома при имитации солнечного освещения разница с кварцевым стеклом составила 4,3°C в прозрачном режиме и 5,9°C — в непрозрачном.
До массового внедрения технологии еще далеко. Испытания проводились на небольших конструкциях, поэтому эффективность в обычных жилых и офисных зданиях пока не подтверждена. После 350 циклов переключения отражающие свойства практически не изменились, но долговечность при многолетней эксплуатации на улице еще предстоит оценить.