Ученые создали умное окно

Группа специалистов из Национальных лабораторий Лоуренс-Беркли в Калифорнии предложила технологию создания «умных окон». Разработанное учеными покрытие позволяет по желанию владельца заблокировать либо проходящий через окно свет, либо инфракрасное излучение, причем тепловой и оптический экраны работают независимо друг от друга. Подробности приведены в статье на страницах Nature, краткий пересказ и некоторые комментарии сторонних экспертов можно найти в Nature News.

Разработка основана на комбинации двух материалов. Для создания управляемого светопропускающего (или светопоглощающего, в зависимости от режима работы) слоя исследователи применили смесь оксидов ниобия в виде наночастиц. Эксперименты показали, что наночастицы из оксидов ниобия при подаче на пленку электрического напряжения темнеют и поглощают до 70 процентов света. Добавление же наночастиц оксида индия, материала, широко применяющегося в жидкокристаллических дисплеях, позволило аналогичным образом управлять прозрачностью окна для инфракрасных лучей, пусть и с несколько худшим результатом: в режиме непрозрачности материал задерживает половину падающего излучения.

Ученые подчеркивают, что несмотря на схожий принцип работы ИК- и оптические экраны требуют разного напряжения для перехода в непрозрачное состояние. Поэтому управлять ими можно независимо. Если на новую пленку подать небольшое напряжение, то она сначала начнет блокировать тепло, так как оксид индия претерпевает изменения раньше оксидов ниобия. Повысив напряжение, можно без ущерба для инфракрасного экрана включить и оптический экран, сделав окно еще и практически непрозрачным для света.

Стекло, пропускающее 30 процентов света, по прозрачности напоминает стекла автомобилей, покрытые тонировочной пленкой. Причем на лобовое стекло такую пленку клеить в России запрещено: по нормам ГИБДД лобовое стекло обязано пропускать 70 процентов света. Через окна, пропускающие 30 процентов света еще можно рассмотреть сидящих внутри пассажиров, однако для этого надо пристально вглядываться — разработка ученых, таким образом, позволяет превратить любое окно в тонированное путем простого нажатия кнопки.

Ведущий автор исследования, Делия Миллирон, намерена в ближайшее время довести разработку до промышленного производства при помощи компании Heliotrope в Окленде (Калифорния, США). Она подчеркивает, что пленка может получаться путем распыления специального спрея по стеклу (в бытовых или промышленных условиях — не уточняется), поэтому никакие сложные технологии не требуются. Другой эксперт, не связанный с работой Миллирон и ее коллег, Брайн Коргель из университета Техаса, при этом замечает то, что «умное окно» требует отдельного источника питания и это может существенно повысить стоимость. Миллирон, с другой стороны, заявляет о обнадеживающих результатах опытов по замене дорогого оксида индия на наночастицы из оксида цинка, цена которого значительно меньше.

По оценкам министерства энергетики США, порядка четырех процентов всего вырабатываемого в стране электричества тратится на обогрев или охлаждение домов из-за инфракрасного излучения через окна (в ту или иную сторону). Над усовершенствованием окон работают многие группы ученых и инженеров, причем их деятельность не сводится к подбору более эффективных материалов для теплоизоляции. Недавно, летом 2013 года, были изобретены прозрачные солнечные батареи для окон. Кроме того, разрабатываются и новые типы стекла — правда, не только для окон, так как высокая прозрачность нужна и в оптоволоконных линиях связи, и в линзах для оптических приборов.