پنجره های هوشمند، باهوشتر میشوند!

محققان آزمایشگاه ملی لارنس برکلی ماده جدید را برای ساخت پنجره های هوشمند طراحی کردند که عملکرد آنها را بهبود می بخشد. این ماده در واقع یک پوشش نازک از شیشه حاوی نانوکریستال ها است که می تواند به شکل پویایی نور خورشید عبوری از درون پنجره را تغییر دهد. علی رغم سایر فناوری های موجود این پوشش امکان یک کنترل انتخابی فراتر از نور مریی و یا نور ایجاد کننده گرما نزدیک به مادون قرمز (NIR) را فراهم میکند. بنابراین پنجره هوشمند ساخته شده از این پوشش می تواند ضمن کنترل مصرف انرژی و صرفه جویی در آن آسایش و راحتی ساکنین را در شرایط مختلف جوی ممکن سازد.
به گفته دلیا میلیرون سرگروه این تیم تحقیقاتی نزدیک به یک چهارم از کلی انرژی مصرفی در آمریکا به روشنایی، گرمایش وسرمایش ساختمان ها اختصاص داده می شود. استفاده از این پوشش جدید در ساخت پنجره ها می تواند تاثیر بسزایی بر روی بازده انرژی مصرفی داشته باشد.
نتایج حاصل از این تحقیقات در مجله Nature با عنوان” پراکنش تنظیم پذیر نور نزدیک به مادون قرمز و نور مریی در کامپوزیت نانوکریستال در شیشه” به چاپ شده است.
این گروه تحقیقاتی در حال حاضر به خوبی برای فن آوری ساخته پنجره هوشمند خود که قابلیت مسدود کردن نورهای NIR بدون مسدود کردن نور مریی را دارد شناخته شده اند. این تکنولوژی در واقع منوط به اثر الکتروکرومیک است. یعنی جایی که در آن کوچکترین نوسان در جریان برق ممکن است حالت مواد را از حالت پراکنش نور های NIR به مسدود کردن آن ها تغییر دهد.
این کار امکان ایجاد رویکرد جدید برای ساخت مواد جدیدتری با امکان کنترل مستقل برای نورهای NIR و نور های مریی فراهم می سازد. این نوآوری قبلا توسط ۲۰۱۳ R&D 100 Award به رسمیت شناخته شده بود و در مراحل اولیه تجاری سازی فناوری خود بود.
کنترل مستقل نور برای نورهای NIR به این معناست که ساکنین اتاق می توانند روشنایی طبیعی در داخل اتاق را بدون افزایش حرارت ناخواسته و یا نیاز به سیستم های تهویه و یا چراغ های مصنوعی داشته باشند. این پنجره های قابل کنترل می توانند بر روی حالت های مختلف از جمله حالت تاریک مسدود کردن نور و گرما و یا حالت کاملا شفاف و درخشان تنظیم شوند .
لوردس یکی از همکاران این پروژه بیان کرد : در این تحقیق هدف ما ساخت ایجاد یک ترکیبی با عملکرد نوری منحصر به فرد و کم هزینه و سازگار با محیط زیست است. این هدف چیزی است که می تواند این پنجره هوشمند جهانی را به یک تکنولوژی رقابت پذیر در جهان تبدیل کند.
در قلب این فن آوری یک طراح الکتروکرومیک ساخته شده از نانوکریستال های ایندیوم قلع اکساید در بستر نیوبیوم اکساید شیشه ای وجود دارد. این کامپوزیت امکان ایجاد عملکرد دو گانه را فراهم می کند. یکی برای کنترل نور مریی و دیگری برای نور NIR . در ساختار این کامپوزیت محققان پی به ایجاد یک تعامل هم افزا بردند که در ناحیه کوچک از بستر شیشه ای در تماس با نانوکریستال ها ایجاد می شود و توانایی اثر الکتروکرومیک را افزایش می دهد که باعث می شود حتی پوشش های نازک آن هم بدون کاهش بازده عملکرد مناسبی داشته باشند. در واقع شکلی که اتم ها در محل اتصال نانو کریستال ها و شیشه با هم اتصال برقرار میکنند باعث بازآرایی ساختاری در ماتریس شیشه ای می شود.
تعامل ایجاد شده ضمن باز کردن فضای داخل شیشه اجازه می دهد که بارالکتریکی در داخل و خارج به آسانی به حرکت در آید. جدای از ایجاد پنجره های الکتروکرومیک این اکتشاف فرصت جدیدی برای تهیه مواد باتری که در آن انتقال یون ها در بین الکترود ها با مشکل رو به رو است را ایجاد می کند.
میلیرون همچنین بیان کرد : از منظر طراحی مواد، در این پروژه نشان داده شد که می توان مواد بسیار متفاوتی را از طریق قرار دادن نانوکریستال ها در شیشه برای رسیدن به یک ساختار جدید با خواص جدید ترکیب کرد که در حالت تک فاز و همگن یا کاملا آمورف و کریستال امکان پذیر نیست.
او همچنین افزود : تمامی مراحل این پروژه از سنتز مواد جدید و درک تمامی جزییات و در نهایت یافتن عملکرد کلی که تاثیر ویژه ای بر فناوری دارد برای ما هیجان انگیز بود. تمامی مراحل فرایند طراحی و توسعه یک پروژه در حوزه مواد بسیار مهم و قابل توجه است. این چیزی است که تنها در جایی مانند آزمایشگاه برکلی محقق می شود که در آن نه تنها به امکانات علمی مناسب بلکه به افرادی که در این مورد صاحب نظر هستند دسترسی داریم.