Динамические окна — ценная технология, которая может помочь уменьшить углеродный след зданий. Динамические окна — это класс окон с регулируемой прозрачностью, которые позволяют пользователям лучше контролировать поток света и тепла, проходящего через них.
Исследователи из Стэнфордского университета и Университета Колорадо-Боулдер (UC Boulder) недавно создали новые динамические окна размером > 900 см 2 . Эти окна, представленные в статье, опубликованной в Nature Energy , были изготовлены с использованием полимерных ингибиторов для обратимого осаждения металлических пленок с контролируемой морфологией в динамических окнах.
«Мотивом для нашей работы над динамическими окнами было создание продукта, который экономит энергию и в то же время улучшает жизнь людей», — сказал TechXplore Майкл Странд, соучредитель Tynt Technologies и ведущий исследователь исследования. «Наша основная идея заключалась в том, чтобы продемонстрировать, что разработанная нами основная технология — обратимое электроосаждение металла (RME) — позволяет достичь этой цели».
В своей статье Стрэнд и его коллеги сосредоточились на увеличении размера динамических окон, которые они создали в рамках своего предыдущего исследования. Это в конечном итоге позволило им создать самые большие динамические окна в своем роде, продемонстрированные на сегодняшний день.
Кроме того, исследователи обозначили ключевые преимущества технологии RME по сравнению с существующими решениями для динамических окон, созданными в прошлом. Эти преимущества включают нейтральный цвет, исключительную контрастность и возможность более низкой стоимости.
Инженеры уже некоторое время экспериментируют с использованием полимерных ингибиторов для улучшения традиционных процессов гальваники. Хотя прошлые исследования показали, что полимерные ингибиторы могут способствовать росту гладких и плотных металлических пленок, до сих пор никто никогда не демонстрировал их использование в системах RME.
«Мы полагали, что если мы сможем выбрать подходящий полимер для наших динамических окон, он решит многие из оставшихся проблем, связанных с масштабированием, производительностью и долговечностью», — сказал Стрэнд TechXplore. «Мы чувствуем, что последствия этой работы выходят далеко за рамки многочисленных преимуществ наших динамических окон».
Чтобы определить наиболее многообещающий материал для своих динамических окон, Стрэнд и его коллеги проверили и оценили несколько различных полимеров. Они добавили каждый из этих полимеров в слой электролита своих динамических окон, а затем измерили их характеристики, сосредоточив внимание на таких ключевых показателях, как скорость тонирования, оптические свойства и электрическая эффективность. В ходе этого первоначального процесса проверки исследователи обнаружили, что поливиниловый спирт (ПВА) был наиболее многообещающим материалом для их окон.
«Хотя мы начали проект с некоторой интуицией, что полимерные ингибиторы улучшат наши динамические окна, результаты действительно превзошли наши ожидания», — сказал Стрэнд. «Простое добавление PVA к нашему электролиту (которое не добавляет сложности или стоимости) улучшило почти все рабочие параметры наших динамических окон (в некоторых случаях на порядки)».
Было обнаружено, что динамические окна, созданные Стрэндом и его коллегами, превосходят ранее предложенные решения по нескольким параметрам. Помимо большего размера (> 900 см 2 ), их окна имели более длительный ожидаемый срок службы (т. е. тысячи циклов тонирования и превосходный срок хранения) и обеспечивали улучшенную модуляцию солнечного излучения для экономии энергии (т. е. больший оптический диапазон, чем любые существующие технологии на сегодняшний день).
«Наша работа показывает, что обратимое электроосаждение металла может создавать динамические окна с комбинацией цвета, темноты и стоимости, которую люди давно хотели», — сказал TechXplore другой исследователь, проводивший исследование, Майк МакГихи. «Я никогда раньше не видел, чтобы кто-нибудь делал электронное устройство размером 900 квадратных сантиметров в университетской лаборатории. Тот факт, что Майкл Стрэнд и Тайлер Эрнандес смогли это сделать, сулит хорошие перспективы для коммерциализации».
Хотя динамические окна имеют много преимуществ, до сих пор они редко использовались в зданиях, в первую очередь из-за ограничений, связанных с их стоимостью, скоростью и эффективностью. Новые динамические окна, созданные Стрэндом, МакГихи и их коллегами, в конечном итоге могут помочь преодолеть эти ограничения, позволяя архитекторам уменьшить углеродный след зданий, а также повысить комфорт их обитателей.
Недавнее исследование этой группы исследователей показывает, что добавление полимеров или небольших молекул в слой электролита динамических окон может повлиять почти на все аспекты работы устройств. Таким образом, их результаты могут помочь в разработке больших динамических окон и других подобных технологий с настраиваемыми цветами и оптическими характеристиками.
«Наши динамические окна также очень похожи на современные батареи с металлическим анодом (технология QuantumScape), которым уделяется много внимания», — сказал Стрэнд. «Наш прогресс в понимании роли полимеров в управлении металлическим гальваническим покрытием может также помочь исследователям аккумуляторов совершить прорыв, необходимый для создания крупномасштабного хранилища, необходимого для поддержки революции в области устойчивой энергетики».
Strand, McGehee и их коллеги теперь планируют продолжить изучение технологии RME и оценку ее актуальности для широкого спектра приложений, от создания теплиц до разработки спутников. Кроме того, исследователи основали компанию Tynt с целью коммерциализации созданных ими динамических окон .
«Основная миссия Tynt — внедрить технологии в дома людей, чтобы создавать красивые и удобные внутренние пространства с дополнительным преимуществом экономии энергии», — сказал Странд. «Мы верим, что эти окна сделают дома более здоровыми и на планете станет здоровее».
Дополнительная информация: Полимерные ингибиторы создают динамические окна размером> 900 см 2 на основе обратимого электроосаждения металла с высокой модуляцией солнечного излучения. Энергия природы (2021 г.). DOI: 10.1038 / s41560-021-00816-7
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК