Умное окно научилось выращивать серебряный щит против солнечного перегрева

Концепция многослойного смарт-стекла с переключаемым отражающим слоем на основе серебра.

Окна, которые пропускают дневной свет, нередко превращают помещение в настоящий парник. Тонировка спасает от ярких лучей, но сама поглощает солнечную энергию и нагревается. Исследователи предложили решение: умное стекло, способное буквально выращивать на своей поверхности тонкий серебряный экран.

Разработку представили ученые Китайской академии наук, Северо-Восточного лесного университета и сотрудничающих с ними научных учреждений. Результаты исследования опубликованы в журнале Nano Letters.

Серебро появляется по команде

В основе технологии лежит многослойная конструкция. Даже когда стекло остается прозрачным, его ультратонкие слои отражают значительную часть ближнего инфракрасного излучения (NIR) — именно оно приносит дополнительное тепло, не давая видимого света.

Снаружи на стекло нанесено силиконовое покрытие. Оно помогает выводить накопленное тепло в атмосферу в виде инфракрасного излучения с большей, чем у солнечного, длиной волны.

Но самое интересное происходит внутри. Если подать небольшое электрическое напряжение, серебро из специального геля осаждается на внутренней поверхности стекла. Возникает тонкий отражающий слой: окно становится непрозрачным, лучше защищает от солнечных лучей и обеспечивает приватность. При изменении полярности напряжения серебро удаляется обратно в гель, возвращая стеклу прозрачность.

В одном из испытанных 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 разработки есть еще одна особенность — цвет. Он возникает благодаря взаимодействию световых волн с тонкими слоями материала: одни длины волн усиливают друг друга, другие гасятся.

Изменяя толщину слоев на этапе изготовления, ученые получили образцы светло-желтого, бледно-голубого, серо-фиолетового и розово-красного оттенков. Переключение серебряного покрытия также меняет отраженный цвет. Правда, это не означает, что пользователь сможет выбирать любой оттенок нажатием кнопки: цвет задается конструкцией конкретного образца раз и навсегда.

В эксперименте внутри было прохладнее на 7 градусов

Прототип проверили на открытом воздухе в Шанхае. Исследователи накрывали небольшие экспериментальные конструкции разными образцами стекла и измеряли температуру воздуха внутри.

В дневное время сооружение с новой разработкой в среднем 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 применения технологии еще далеко. Испытания проводились на небольших конструкциях, поэтому эффективность в обычных жилых и офисных зданиях пока не доказана. После 350 циклов переключения отражающие свойства практически не изменились, но долговечность при многолетней эксплуатации на улице еще предстоит проверить.

Пока есть и архитектурное ограничение: теплоотводящее покрытие изначально рассчитано на поверхности, обращенные к небу. Поэтому наиболее очевидный вариант применения — светопрозрачные крыши. Для вертикальных окон поверхность придется адаптировать.

Об уникальном российском смарт-стекле читайте здесь.