Fenster sind in einem Gebäude eine Grundvoraussetzung, um Licht hereinzulassen und Wärme abzuleiten. Sie möchten jedoch nicht immer beide Funktionen gleichzeitig haben. Jetzt haben Ingenieure der North Carolina State University (NCSU) ein neues Material entwickelt, mit dem Fenster problemlos zwischen drei Modi wechseln können.
Dieses neue dynamische Fenster kann zwischen einem normalen Klarmodus (der Licht und Wärme hereinlässt), einem Modus, der Wärme blockiert, aber transparent bleibt, und einem getönten Modus (der etwas Licht, aber keine Wärme blockiert) umschalten. Auf diese Weise können Anwender das ganze Jahr über die Sonnenschutzwirkung genießen.
Der Schlüssel dazu liegt in einem kleinen Material namens Wolframoxid, das häufig in dynamischen Glasfenstern zu finden ist, die auf dem elektrochromen Prinzip basieren. Normalerweise ist Wolframoxid transparent und wenn Sie ein elektrisches Signal anlegen, verdunkelt es sich und blockiert das Licht, was es sehr praktisch zum Tönen von Fenstern nach Bedarf macht.
Aber in neuen Forschungen haben UNC-Forscher eine ganz neue verborgene Fähigkeit entdeckt: Wenn Wasser hinzugefügt wird, verwandelt es sich in hydratisiertes Wolframoxid, das bei der Verwendung in elektrochromen Fenstern zusätzliche Eigenschaften aufweist.
Im geschlossenen Zustand bleibt es transparent für Licht und Wärme, perfekt für die eintönigen Wintertage, an denen die Menschen möglichst viel Licht und Wärme benötigen. Wenn einige Elektronen und Lithiumionen in das Material injiziert werden, durchläuft es zunächst eine Phase, in der es Infrarotlicht (das Wärme wahrnimmt) blockiert, während es für sichtbare Lichtwellenlängen transparent bleibt. Wenn schließlich mehr Elektronen in das Material eindringen, geht es in eine dunkle Phase über, in der es sowohl sichtbares als auch infrarotes Licht blockiert, was es perfekt für den Sommergebrauch macht.
Warum genau Wolframoxidhydrat so wirkt, ist noch ungewiss, aber Wissenschaftler der University of North Carolina haben eine Hypothese.
„Das Vorhandensein von Wasser in der Kristallstruktur macht die Struktur weniger dicht, sodass sie weniger anfällig für Verformungen ist, wenn Lithiumionen und Elektronen in das Material injiziert werden“, sagte Jenelle Fortunato, Erstautorin der Studie. „Unsere Hypothese ist, dass, weil Wolframoxidhydrat vor der Verformung mehr Lithiumionen aufnehmen kann als gewöhnliches Wolframoxid, zwei Modi entstehen. Der eine ist ein „kalter“ Modus, bei dem die Injektion von Lithiumionen und Elektronen die optischen Eigenschaften beeinflusst, die Struktur sich aber noch nicht verändert hat, und dieser Modus absorbiert Infrarotlicht. Nachdem sich die Struktur geändert hat, entsteht ein „dunkler“ Modus, der sowohl sichtbares als auch infrarotes Licht blockiert.“
Obwohl es auf dem Markt keinen Mangel an dynamischen Fensterdesignern gibt, sind so viele Modi normalerweise nicht in einem System verfügbar. Selbst wenn dies der Fall ist, ist normalerweise ein sperrigeres Gerät erforderlich. Da in diesem Fall nur ein Material erforderlich ist, entsprechen die Glasdicke und der Energiebedarf in etwa denen normaler Wolframoxidfenster.
Delia Milliron, Mitautorin der Studie, sagte: „Die Entdeckung der Dualband-Lichtsteuerungstechnologie (Infrarot und sichtbares Licht) in einem einzigen Material, das der Smart-Window-Community bereits gut bekannt ist, könnte die Entwicklung kommerzieller Produkte mit verbesserter Funktionalität beschleunigen.“
Die Forschung wurde in der Zeitschrift ACS Photonics veröffentlicht.