В инженерной и архитектурной сфере давно известно о таком явлении, как электрохроматическое стекло – композит, который изменяет свои оптические свойства – из непроницаемого становится прозрачным - при воздействии электрического тока. Структура такого стеклопакета состоит из двух стекол, между которыми находится электропроводящий синтетический состав. Полимеризуясь, данный состав обеспечивает конструкцию особыми оптико-электрическими свойствами и придает дополнительную прочность. Подобные свойства электрохроматического стекла позволили создать новые улучшенные окна, дающие владельцам домов возможность экономить: такая технология, будучи интегрированной в инженерные системы дома, помогают уменьшить расходы на освещение на 20% и на кондиционирование на 25% в пиковое время.
Но не так давно ученые из Техасского университета совместно с исследователями из Национальной лаборатории им. Лоуренса нашли способ улучшить свойства этих стекол, разработав наноструктурированный композит на основе нанокристаллов сложного соединения, включающего, в том числе, и титан. Такой материал помогает оптимизировать использование солнечного света и является оптимальной основой для изготовления смарт-окон различных типов из двухдиапазонного электрохроматического композита.
Наноструктура дает возможность стеклу "выключать" прозрачность, задерживая либо инфракрасное излучение до 90%, либо диапазон видимого света до 80%. Если другим видам "умных" стекол для переключения потребуется нескольких часов, то у стекол с нанокомпозитом это происходит за несколько минут. Такая скорость переключения стала возможной благодаря созданию пористой сети (сети каналов), где происходят ионные и электронные изменения композита.
Стекла работают по такой схеме: если на материал подается электрический потенциал определенной величины, нанокристаллы занимают положение, при котором пропускается диапазон световых волн, видимых для человеческого глаза, но задерживается тепловое излучение. Если изменяется мощность воздействующего электрического сигнала, активируются кристаллы второго композита – тогда задерживаются световые волны видимого диапазона и пропускаются инфракрасные волны. Такой режим помогает увеличить температуру внутри здания в холодное время года, но при солнечной погоде.
Специалисты из этой области утверждают, что использование электрохромных окон в здании в будущем сможет снизить использование электроэнергии в дневное время до 50%, и общее снижение – до 30%. Но в настоящее время такие окна не пользуются спросом из-за высокой стоимости. По словам разработчиков, следующим этапом работы является поиск однокомпозитного материала, который по функциям будет повторят двухкомпозитный. Именно это поможет сделать данные стеклопакеты доступными потребителю и удешевить производство.