کنترل گرما و نور با پنجره های مایع

تاسیسات نیوز – صدیقه بهزادپور: پنجره یک نیاز اساسی برای ورود نور و گرما است، اما شما همیشه هر دو را یکجا نمی‌خواهید. اکنون مهندسان دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی (NCSU) ماده جدیدی ساخته اند که به پنجره ها اجازه می دهد به راحتی بین سه حالت جابجا شوند.

پنجره‌های پویا جدید می‌توانند بین حالت شفاف معمولی که 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 گرما را مسدود می‌کند، سوئیچ کند. این باید کاربران را در تمام فصول تحت پوشش قرار دهد.

کلید همه چیز، ماده کوچکی به نام اکسید تنگستن است که اغلب در پنجره های دینامیکی که بر اساس اصل الکتروکرومیسم کار می کنند، ظاهر می شود. اکسید تنگستن که به طور معمول شفاف است، با اعمال سیگنال الکتریکی تیره‌تر می‌شود و نور را مسدود می‌کند و برای پنجره‌هایی که در صورت نیاز رنگ می‌شوند، مفید است.

اما در مطالعه جدید، محققان NCSU ترفند جدیدی را کشف کردند که در آستین آن پنهان شده بود. اضافه کردن آب آن را به هیدرات اکسید تنگستن تبدیل می کند و هنگامی که از آن در پنجره های الکتروکرومیک استفاده می شود تنظیمات اضافی به آن می دهد.

وقتی خاموش است، 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 به صورت گرما احساس می‌شود) را مسدود می‌کند در حالی که برای طول موج‌های نور قابل مشاهده شفاف باقی می‌ماند. و در نهایت، با عبور الکترون‌های بیشتری به ماده، به فاز تاریک تبدیل می‌شود که در آن نور مرئی و فروسرخ را مسدود می‌کند که برای تابستان مناسب است.

اینکه چرا هیدرات اکسید تنگستن به این شکل عمل می کند، نامشخص است، اما دانشمندان NCSU یک فرضیه دارند. جنل فورتوناتو، نویسنده اول این مطالعه می‌گوید: «وجود آب در ساختار کریستالی باعث می‌شود که ساختار چگالی کمتری داشته باشد، بنابراین ساختار در برابر تغییر شکل زمانی که یون‌های لیتیوم و الکترون‌ها به مواد تزریق می‌شوند، مقاوم‌تر است». فرضیه ما این است که، چون هیدرات اکسید تنگستن می‌تواند یون‌های لیتیوم بیشتری نسبت به اکسید تنگستن معمولی قبل از تغییر شکل در خود جای دهد، دو حالت دریافت می‌کنید. 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. و سپس، پس از ایجاد تغییر ساختاری، یک حالت تاریک وجود دارد که نور مرئی و فروسرخ را مسدود می کند.

Delia Milliron، نویسنده همکار این مطالعه گفت: “کشف کنترل نور دو باند (مادون قرمز و مرئی) در یک ماده واحد که در حال حاضر برای پنجره هوشمند شناخته شده است، ممکن است توسعه محصولات تجاری با ویژگی های پیشرفته را تسریع کند.”

این تحقیق در مجله ACS Photonics منتشر شد.