دریافت نور بیشتر بدون افزایش دما با نسل جدید پنجره‌های هوشمند

محققان آزمایشگاه ملی لارنس برکلی متعلق به سازمان انرژی ایالات متحده، ماده جدیدی را برای هوشمندتر کردن پنجره‌ها طراحی کرده‌اند. ماده ابداعی پوشش نازکی از نانوکریستال‌های تعبیه‌شده در شیشه است که می‌تواند به طور پویایی نورخورشید را هنگام عبور از خلال پنجره اصلاح کند.

برخلاف فناوری‌های موجود، این پوشش کنترل گزینشی را بر روی نور مرئی و نور مادون‌قرمز نزدیک (NIR) تولیدکننده گرما ارائه می‌دهد، به طوری که پنجره‌ها می‌توانند صرفه‌جویی‌ انرژی و آسایش ساکنان را در طیف وسیعی از شرایط آب‌وهوایی به حداکثر برسانند.

هنگام استفاده از این پوشش پنجره، ماده جدید می‌تواند اثر بزرگی را بر روی کارایی انرژی ساختمان داشته باشد.

تیم تحقیقاتی پیش‌تر پنجره هوشمندی را طراحی کرده‌ بود که نور مادون‌قرمز نزدیک را بدون مسدودکردن نور مرئی، مسدود می‌کند.

این فناوری بر اثر الکتروکرومیک تکیه می‌کرد که در آن تکان کوچک الکتریسته، ماده بین وضعیت‌ مسدودکننده NIR و وضعیت انتقال‌دهنده NIR را سوئیچ می‌کند.

پنجره‌های جدید این رویکرد را با ارائه کنترل مستقل بر روی نور مرئی و نور مادون‌قرمز نزدیک، یک گام فراتر می‌برند.

کنترل مستقل نور مادون قرمز نزدیک به این معنا است که ساکنان می‌توانند نور طبیعی را در داخل ساختمان بدون داشتن گرمای ناخواسته داشته باشند و این امر نیاز به نوردهی مصنوعی و تهویه هوا را کاهش دهد.

در این حالت پنجره می‌تواند به وضعیت تاریک سوئیچ شود و نور و گرما را مسدود کند یا این که به وضعیت کاملا شفاف سوئیچ شود.

در قلب فناوری جدید ماده الکتروکرومیک “طراحی‌کننده” وجود دارد که از نانوکریستال‌های اکسید ایندیوم-قلع ساخته شده است. این نانوکریستال‌ها در ماتریکسی شیشه‌ای از اکسید نیوبیوم تعبیه شده‌اند.

ماده ترکیبی حاصل دو کارکرد مجزا را ترکیب می‌کند (کارکرد ارائه‌دهنده کنترل نور مرئی و کنترل نور مادون قرمز نزدیک) اما این ماده بیش از مجموعه این اجزا گزارش شده است.

محققان تعامل هم‌نیروزادی را در ناحیه ریزی یافتند که در آن ماتریکس شیشه‌ای به نانوکریستالی متصل می‌شود که قدرت اثر الکتروکرومیک را افزایش می‌دهد. این بدین معناست که می‌توان از پوشش‌های نازک‌تر بدون کاهش عملکرد استفاده کرد.

کلید رویکرد جدید این است که شیوه‌ای که اتم‌ها در عرض رابط شیشه-نانوکریستال به یکدیگر متصل می‌شوند، موجب بازآرایش در ماتریکس شیشه‌ای می‌شود.

تعامل، فضا را در داخل شیشه باز می‌کند و امکان حرکت آسان‌تر بار به داخل و خارج را می‌دهد.

فراتر از پنجره‌های الکتروکرومیک، این کشف فرصت‌های جدیدی را برای مواد باتری ارائه می‌دهد که در آن، انتقال یون‌ها از خلال الکترودها یک چالش به شمار می‌آید.

از دیدگاه طراحی مواد، دانشمندان حاضر در این پروژه نشان داده‌اند که می‌توان مواد بسیار نامتشابه را با داشتن نانوکریستال‌ها و تعبیه‌کردن آن‌ها در مواد، برای ایجاد ویژگی‌های نوینی که در مواد فاز منفرد همگون (آمورف یا کریستالی) قابل‌دسترسی نیستند، ترکیب کرد.

نوآوری جدید اخیرا جایزه 2013 R&D 100 را از آن خود کرد و محققان در مراحل اولیه تجاری‌سازی آن هستند.

جزئیات این مطالعه در Nature منتشر شد.

منبع: مجله بسپار