پنجره‌های پویای جدید می‌توانند بین حالت شفاف معمولی و حالت رنگی تغییر کنند. حالت شفاف معمولی نور و گرما را وارد می‌کند، حالتی که گرما را مسدود می‌کند اما در برابر نور شفاف باقی می‌ماند و حالت رنگی که مقداری نور را مسدود می‌کند اما جلوی گرما را نمی‌گیرد. این باید کاربران را در تمام فصول تحت پوشش قرار دهد.

کلید همه چیز، ماده کوچکی به‌نام اکسید تنگستن است که اغلب در پنجره‌های پویایی که بر اساس اصل الکتروکرومیسم کار می‌کنند، ظاهر می‌شود. هنگامی که سیگنال الکتریکی را اعمال می‌کنید، اکسید تنگستن که به‌طور معمول شفاف است، تیره‌تر می‌شود و نور را مسدود می‌کند و آن را برای پنجره‌هایی که در صورت نیاز رنگ می‌شوند، مفید می‌کند.

لازم به ذکر است که الکتروکرومیسم پدیده‌ای است که در آن یک ماده تغییراتی در رنگ یا کدری در پاسخ به یک محرک الکتریکی نشان می‌دهد. به این ترتیب، یک پنجره هوشمند ساخته شده از یک ماده الکتروکرومیک می‌تواند طول موج‌های خاصی از نور ماوراء بنفش، مرئی یا (نزدیک) مادون قرمز را مسدود کند.

در تحقیق جدید، محققان ترفند جدیدی را کشف کردند که برگ برنده‌ای در آن وجود داشت. افزودن آب، آن را به هیدرات‌اکسیدتنگستن تبدیل می‌کند و هنگامی که از آن در پنجره‌های الکتروکرومیک استفاده می‌شود، تنظیمات اضافی به آن می‌دهد.

وقتی سیگنال الکتریکی قطع می‌شود، پنجره نسبت به نور و گرما شفاف باقی می‌ماند؛ ایده‌آل برای روزهای سرد زمستانی که تا حد امکان به هر دو نیاز دارید. هنگامی که مقداری الکترون و یون لیتیوم به ماده تزریق می‌شود، ابتدا از مرحله‌ای عبور می‌کند که در آن نور مادون قرمز (که به‌صورت گرما احساس می‌شود) را مسدود می‌کند در حالی که برای طول موج‌های نور قابل مشاهده، شفاف باقی می‌ماند. در نهایت، با عبور الکترون‌های بیشتری به ماده، به مرحله‌ای تاریک منتقل می‌شود که در آن نور مرئی و مادون قرمز را مسدود می‌کند که برای تابستان مناسب است.

اینکه به‌طور دقیق چرا هیدرات‌اکسید تنگستن اینگونه عمل می‌کند نامشخص است اما دانشمندان یک فرضیه دارند؛ جنل فورتوناتو، محقق اول این تحقیق می‌گوید: وجود آب در ساختار کریستالی باعث می‌شود که ساختار چگالی کمتری داشته باشد، بنابراین ساختار در برابر تغییر شکل هنگام تزریق یون‌های لیتیوم و الکترون‌ها به مواد، مقاوم‌تر است.

فرضیه ما این است که چون هیدرات‌اکسید تنگستن می‌تواند یون‌های لیتیوم بیشتری نسبت به اکسید تنگستن معمولی قبل از تغییر شکل در خود جای دهد، دو حالت دریافت می‌کنید. یک حالت «خنک» وجود دارد؛ زمانی که تزریق یون‌های لیتیوم و الکترون‌ها بر خواص نوری تأثیر می‌گذارد اما تغییر ساختاری هنوز رخ نداده است که نور مادون قرمز را جذب می‌کند. سپس، بعد از ایجاد تغییر ساختاری، یک حالت تاریک وجود دارد که نور مرئی و مادون قرمز را مسدود می‌کند.

در حالی که هیچ کمبودی برای توسعه پنجره‌های پویا وجود ندارد، شما اغلب این تعداد حالت را در یک سیستم دریافت نمی‌کنید. وقتی این کار را انجام می‌دهید، این حالت‌ها به‌طور معمول به تنظیمات حجیم‌تر نیاز دارند. در این مورد، از آنجایی که فقط یک ماده مورد نیاز است، باید ضخامت شیشه و انرژی مورد نیاز را کم‌وبیش مانند پنجره‌های معمولی اکسید تنگستن قدیمی نگه دارد.

محققان دریافتند که با استفاده از مواد خاصی که طول موج‌های خاصی از نور را مسدود می‌کنند، پنجره‌ها با آب‌وهوا یا راحتی شخصی افراد سازگار می‌شوند. هوا خیلی گرم است؟ پنجره‌ها می‌توانند رنگی شوند تا نور را مسدود کنند و اتاق‌ها را خنک‌تر نگه دارند. بیش از حد سرد است؟ رنگ ناپدید می‌شود و اجازه می‌دهد نور طبیعی گرم فضای شما را گرم کند. کمی حریم خصوصی می‌خواهید؟ برخی از شیشه‌ها می‌توانند با تکان دادن یک سوئیچ کدر شوند.

دلیا میلیرون، محقق همکار این تحقیق گفت: کشف کنترل نور دو بانده (مادون قرمز و مرئی) در یک ماده واحد که پیش از این برای همه پنجره‌های هوشمند شناخته شده است، ممکن است توسعه محصولات تجاری با ویژگی‌های پیشرفته را تسریع کند.

یافته‌های این تحقیق در مجله ACS Photonics منتشر شد.

منابع

www.smithsonianmag.com

techxplore.com

newatlas.com

انتهای پیام