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.
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 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.
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 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
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.
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.
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.
На Wikimedia Commons есть материалы, связанные с Smart Glass. |