Смарт-стекло

редактировать

Смарт-стекло или переключаемое стекло (также смарт-окна или переключаемые окна в этих приложениях) - это стекло или остекление, свойства светопропускания которого изменяются при приложении напряжения, света или тепла. Как правило, стекло изменяется с прозрачного на полупрозрачного и наоборот, переходя от пропускания света к блокированию некоторых (или всех) длин волн света и наоборот.

Технологии умного стекла включают электрохромное, фотохромное, термохромное, взвешенные частицы, микрозатворы и жидкокристаллические устройства с полимерной дисперсией.

При установке в ограждающих конструкциях зданий интеллектуальное стекло создает оболочки зданий, адаптирующиеся к климатическим условиям.

Содержание
  • 1 Умное стекло с электрическим переключением
    • 1.1 Устройства с взвешенными частицами
    • 1.2 Электрохромные устройства
    • 1.3 Жидкокристаллические устройства с полимерным диспергированием
    • 1.4 Микрозатворы
  • 2 Связанные области техники
  • 3 Примеры использования
  • 4 В популярной культуре
  • 5 См. также
  • 6 Ссылки
  • 7 Дополнительная литература
  • 8 Внешние ссылки
Электрически переключаемое смарт-стекло

Устройства с взвешенными частицами

В устройствах с взвешенными частицами (SPD) тонкопленочный ламинат стержневидных наноразмерных частиц суспендируют в жидкости и помещают между двумя кусками стекла или пластика или прикрепляют к одному слою. Когда напряжение не подается, взвешенные частицы организованы случайным образом, блокируя и поглощая свет. Когда подается напряжение, взвешенные частицы выравниваются и пропускают свет. Изменение напряжения пленки изменяет ориентацию взвешенных частиц, тем самым регулируя оттенок стекла и количество проходящего света. УЗИП можно вручную или автоматически «настраивать» для точного управления количеством проходящего света, бликов и тепла.

Электрохромные устройства

Электрохромные устройства изменяют свойства пропускания света в ответ на напряжение и, таким образом, позволяют контролировать количество проходящего света и тепла. В электрохромных окнах электрохромный материал изменяет свою непрозрачность. Для изменения его непрозрачности требуется электрический разряд, но после того, как изменение было произведено, электричество не требуется для поддержания определенного оттенка, который был достигнут.

Электрохромные технологии первого поколения, как правило, имеют желтый оттенок. их ясные состояния и синие оттенки в их окрашенных состояниях. Затемнение происходит по краям, двигаясь внутрь, и представляет собой медленный процесс, от многих секунд до нескольких минут (20–30 минут) в зависимости от размера окна. Новые электрохромные технологии устраняют желтый оттенок в прозрачном состоянии и окрашивают до более нейтральных оттенков серого, окрашивая равномерно, а не снаружи, и ускоряют скорость тонирования до менее трех минут, независимо от размера стекла. Электрохромное стекло обеспечивает видимость даже в затемненном состоянии и, таким образом, сохраняет видимый контакт с окружающей средой.

Недавние достижения в области электрохромных материалов, относящиеся к электрохромности гидридов переходных металлов, привели к развитию отражающих гидридов, которые становятся отражающими, а не поглощающими, и, таким образом, переключают состояния между прозрачным и зеркальным.

Последние достижения в области модифицированных пористых нанокристаллических пленок позволили создать электрохромный дисплей. Структура дисплея с одной подложкой состоит из нескольких уложенных друг на друга пористых слоев, напечатанных друг на друге на подложке, модифицированной прозрачным проводником (например, ITO или PEDOT: PSS ). Каждый печатный слой имеет определенный набор функций. Рабочий электрод состоит из положительного пористого полупроводника, такого как диоксид титана, с адсорбированными хромогенами. Эти хромогены изменяют цвет в результате восстановления или окисления. Пассиватор используется в качестве негатива изображения для улучшения электрических характеристик. Слой изолятора служит для увеличения коэффициента контрастности и электрического отделения рабочего электрода от противоэлектрода. Противоэлектрод обеспечивает высокую емкость для уравновешивания заряда, вводимого / извлекаемого на электроде SEG (и поддерживая общую нейтральность заряда устройства). Углерод является примером пленки резервуара заряда. Проводящий углеродный слой обычно используется в качестве проводящего заднего контакта для противоэлектрода. На последнем этапе печати на пористую монолитную структуру наносится печать жидким или полимерно-гелевым электролитом, сушится, а затем она может быть включена в различные капсулы или корпуса, в зависимости от требований применения. Дисплеи очень тонкие, обычно 30 микрометров, или примерно 1/3 человеческого волоса. Устройство можно включить, приложив электрический потенциал к прозрачной проводящей подложке относительно проводящего углеродного слоя. Это вызывает уменьшение количества молекул виологена (окрашивание) внутри рабочего электрода. Путем изменения приложенного потенциала или обеспечения пути разряда устройство обесцвечивается. Уникальной особенностью электрохромного монолита является относительно низкое напряжение (около 1 В), необходимое для окрашивания или обесцвечивания виологенов. Это можно объяснить небольшими перенапряжениями, необходимыми для электрохимического восстановления адсорбированных на поверхности виологенов / хромогенов.

Жидкокристаллические устройства с полимерным диспергированием

В полимер-диспергированных жидкокристаллических устройствах (PDLC) жидкие кристаллы растворяются или диспергируются в жидком полимере с последующим затвердеванием или отверждение полимера. Во время превращения полимера из жидкого в твердое жидкие кристаллы становятся несовместимыми с твердым полимером и образуют капли по всему твердому полимеру. Условия отверждения влияют на размер капель, что, в свою очередь, влияет на конечные рабочие свойства «умного окна». Обычно жидкая смесь полимера и жидких кристаллов помещается между двумя слоями стекла или пластика, которые включают тонкий слой прозрачного проводящего материала с последующим отверждением полимера, тем самым формируя базовую многослойную структуру интеллектуального окна. Эта структура фактически является конденсатором.

К прозрачным электродам прикреплены электроды от источника питания. Без приложенного напряжения жидкие кристаллы случайным образом располагаются в каплях, что приводит к рассеянию света при его прохождении через узел интеллектуального окна. В результате получается полупрозрачный «молочно-белый» вид. Когда на электроды подается напряжение, электрическое поле, образованное между двумя прозрачными электродами на стекле, заставляет жидкие кристаллы выравниваться, позволяя свету проходить через капли с очень небольшим рассеянием и приводя к прозрачному состоянию. Степень прозрачности можно контролировать с помощью приложенного напряжения. Это возможно, потому что при более низких напряжениях только несколько жидких кристаллов полностью выравниваются в электрическом поле, поэтому проходит только небольшая часть света, в то время как большая часть света рассеивается. По мере увеличения напряжения меньше жидких кристаллов остается не выровненных, что приводит к меньшему рассеянию света. Также можно контролировать количество проходящего света и тепла, когда используются оттенки и специальные внутренние слои.

Микрозатворы

Изображение микрозатушек с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ)

Микрозатворы контролируют количество проходящего света в ответ на приложенное напряжение. Микро-жалюзи представляют собой рулонные тонкие металлические жалюзи на стекле. Они очень маленькие и поэтому практически незаметны для глаза. Металлический слой наносится магнетронным распылением и формируется с помощью лазера или литографии. Стеклянная подложка включает тонкий слой прозрачного проводящего оксида (TCO) . Между слоем прокатанного металла и слоем ППО размещается тонкий изолятор для отключения электричества. При отсутствии напряжения микро-жалюзи закатываются и пропускают свет. Когда существует разность потенциалов между слоем прокатанного металла и прозрачным проводящим слоем, электрическое поле, образованное между двумя электродами, заставляет свернутые микрозатворы растягиваться и тем самым блокировать свет. Микро-жалюзи имеют несколько преимуществ, включая скорость переключения (миллисекунды), стойкость к ультрафиолетовому излучению, индивидуальный внешний вид и прозрачность. Микро-жалюзи разработаны Национальным исследовательским советом (Канада). Микрозатворы для смарт-стекла

Связанные области технологий

Выражение смарт-стекло можно интерпретировать в более широком смысле, включая также остекление, которое изменяет свойства пропускания света в ответ на сигнал окружающей среды, такой как свет или температура.

  • Различные типы остекления могут демонстрировать множество хромовых явлений, то есть на основе фотохимических эффектов остекление меняет свои светопропускные свойства в ответ на сигнал окружающей среды, например свет (фотохромизм ), температура (термохромизм ) или напряжение (электрохромизм ).
  • Жидкие кристаллы, когда они находятся в термотропном состоянии, могут изменяться Свойства светопропускания в зависимости от температуры.
  • Были исследованы различные металлы. Тонкие пленки Mg-Ni имеют низкий коэффициент пропускания видимого света и отражают. Когда они подвергаются воздействию газа H 2 или восстанавливаются за счет щелочного электролита они становятся прозрачными. Этот переход объясняется образованием гидрида никеля магния, Mg 2 NiH 4. Пленки были созданы путем совместного распыления из отдельных мишени из Ni и Mg для облегчения вариаций в составе. В конечном итоге можно использовать магнетронное распыление на постоянном токе с одной мишенью, что будет относительно по сравнению с нанесением электрохромных оксидов, что делает их более доступными. Национальная лаборатория Лоуренса Беркли определила, что новые переходные металлы дешевле и менее реакционноспособны, но имеют те же качества, что еще больше снижает их стоимость.
  • Легированный вольфрамом Диоксид ванадия VO2покрытие отражает инфракрасный свет, когда температура поднимается выше 29 ° C (84 ° F), чтобы блокировать проникновение солнечного света через окна при высоких температурах окружающей среды.

Эти типы остекления нельзя контролировать вручную. Напротив, все интеллектуальные окна с электрическим переключением могут быть автоматически адаптированы к своим свойствам пропускания света в зависимости от температуры или яркости путем интеграции с термометром или фотосенсором соответственно.

Примеры использования поезда
ICE 3 с видом на кабину машиниста Поезд ICE 3 со стеклянной панелью, переведенной в режим «матового»

Eureka Tower в В Мельбурне есть стеклянный куб, который выступает на 3 м (10 футов) из здания с посетителями внутри и подвешен на высоте почти 300 м (984 фута) над землей. Когда кто-то входит, стекло становится непрозрачным, поскольку куб выходит за край здания. После полного выхода за край стекло становится прозрачным.

Boeing 787 Dreamliner имеет электрохромные окна, которые заменили опускающиеся оконные шторы на существующих самолетах.

НАСА изучение возможности использования электрохромики для управления тепловым воздействием новых космических аппаратов Орион и Альтаир.

Умное стекло использовалось в некоторых небольших вагонах, в том числе в высокоскоростных поездах Ferrari 575 M Superamerica.

ICE 3, в которых между пассажирским салоном и кабиной машиниста используются панели из электрохроматического стекла.

В лифтах в монументе Вашингтона используется умное стекло, чтобы пассажиры могли видеть памятные камни внутри памятника.

Городской туалет на площади Museumplein в Амстердаме оснащен интеллектуальным стеклом для облегчения определения статуса занятости пустого киоска, когда дверь закрыта, а затем для уединения, когда оно занято.

Bombardier Transportation имеет интеллектуальные размытые окна в Bombardier Innovia APM 100, работающем на сингапурской линии Bukit Panjang LRT, чтобы пассажиры не могли заглядывать в апартаменты во время поезда. движется и планирует предложить окна с использованием технологии смарт-стекла в своих Flexity 2 легкорельсовых транспортных средствах.

Китайский производитель телефонов OnePlus продемонстрировал телефон, задние камеры которого расположены позади панель из электрохромного стекла.

Общественные туалеты в Токио используют эту технологию, когда дверь занятого туалета заперта.

В массовой культуре
  • Фильм 1982 года Бегущий по лезвию содержит раннее изображение умного стекла в сцене, в которой комната затемнена оттенком, похожим на умное стекло, поэтому Рик Декард, которого играет Харрисон Форд, может провести тест на полиграфе, чтобы определить, является ли Рэйчел, изображаемая Шоном Янгом, органическим роботом, известным как репликант.
  • Фильм 1993 года Ph В iladelphia изображена сцена, в которой большой конференц-зал в центре юридической фирмы имеет стеклянные стены с трех сторон. Джейсон Робардс говорит: «Не могли бы вы ударить по окнам?», И щелкает переключатель, и все окна сразу становятся полупрозрачными, так что никто не может видеть, как они стреляют в персонажа Тома Хэнкса.
  • В 1999 году В игре Dino Crisis есть «пуленепробиваемое стекло, сделанное из жидких кристаллов. Вы не можете видеть сквозь него, потому что в настоящее время оно находится в режиме« дыма »», поскольку главная героиня Регина описывает стеклянную панель в финальной части игры.
  • Умное стекло можно увидеть в фильме 2002 года Сумма всех страхов, в котором Джек Райан, которого играет Бен Аффлек, вводят в секретную комнату в Пентагоне, окна которой белеют, когда дверь закрывается.
  • Умное стекло можно увидеть в третьем сезоне телесериала 24, где Джек Бауэр изменил видимость на матовое стекло, чтобы скрыть вид, когда он вводил героин.
  • Умное стекло упоминается в третьем сезоне, пятом эпизоде ​​CSI: Майами, озаглавленный «Юридический», в котором молодая женщина, работающая под прикрытием, чтобы разоблачить пьянство несовершеннолетних, убита в комнате, защищенной тем, что Райан Вулф называет «интеллектуальным стеклом», где закрытие двери замыкает электрическую цепь, заставляя стекло замерзать и становятся непрозрачными. Эпизод впервые вышел в эфир в 2004 году.
  • Смарт-стекло можно увидеть в телесериале Обмани меня с комнатой для допросов / интервью в офисе Lightman Group, состоящей из того, что составляет комнату размером с комнату. ящик в большой комнате со стеклянными стенами. Стены кажутся белыми и непрозрачными в большинстве случаев, но их можно сделать прозрачными, чтобы увидеть тех, кто наблюдает за объектом снаружи.
  • Умное стекло было показано в видеоигре 2005 года Tom Clancy's Splinter Cell: Теория Хаоса в пятой миссии "Displace International", позволяющая главному герою быстро переключаться между режимами включения и выключения с помощью его пистолета OCP.
  • Смарт-стекло было показано на фильм Железный человек (2008), после того, как репортер Кристин Эверхарт просыпается после ночной встречи с Тони Старком.
  • . Смарт-стекло используется в Белый воротничок сезон 1, серия 8 «Жесткая продажа», когда Нил приходит сказать Дэниелу Риду, что Эйвери планирует его предать. Дэниел щелкает выключателем, и окно его офиса покрывается инеем, не позволяя Эйвери заглядывать внутрь, пока они разговаривают.
  • Умное стекло было показано в фильме о Джеймсе Бонде 2012 года Skyfall, раскрывающем Рауля Сильва - М. после того, как его поймали.
  • Умное стекло использовалось в ванной в Реальный мир: Остин.
  • Умное стекло с затемнением было показано в фильме 2014 года Капитан Америка: Зимний солдат в ЩИТЕ офис в Вашингтоне, округ Колумбия
  • Смарт-стекло было показано в анимационном фильме 2014 года Большой герой 6, который Тадаши Хамада использовал в своем офисе.
  • В пятом сезоне сериала Ангел внутренняя стена офиса Ангела покрыта умным стеклом, и его можно покрыть инеем одним щелчком переключателя под столом Ангела. (Вымышленное безопасное для вампиров "некро-закаленное стекло" обрамляет внешние стены здания.)
  • Электрохромное стекло широко используется в видеоиграх 2016 Deus Ex : Человечество разделено. Стекло EC часто используется для блокировки / разблокировки видимости между комнатами и окружающей средой.
  • В корейской драме 2018 года Что не так с секретарем Ким Ли Ён Чжун обнимал свою секретаршу Ким Ми -Итак, как вдруг трое друзей Ми-со, мистер Юнг, Ким Джи-а и мисс Бонг, наблюдали за ними из окна мистера Ли. Ми-со поняла, что за ними наблюдают, поэтому схватила пульт и активировала электрохомическое стекло, чтобы они не видели, что происходит.
  • В видеоигре 2013 года Grand Theft Auto V, некоторые здания, приобретенные игроком в онлайн-режиме, можно улучшить с помощью «защитного стекла».
См. также
  • Технологический портал
Ссылки
Дополнительная литература
Внешние ссылки
На Wikimedia Commons есть материалы, связанные с Smart Glass.
Последняя правка сделана 2021-06-08 06:34:37
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте