Регулируют свет и тепло: учёные нашли материал для умных окон

Российские учёные из Института автоматики и процессов управления ДВО РАН совместно с коллегами из китайского Харбинского политехнического университета изобрели новый способ создания умных окон на основе соединения диоксида ванадия. Исследователи выяснили, что регулировать свойства материала можно за счёт нанесения на него нанорешётки лазерными импульсами.

Под воздействием высокой температуры такое стекло перестаёт пропускать тепловое излучение, оставаясь при этом прозрачным. Умные окна из диоксида ванадия позволят снизить затраты на охлаждение помещений в жаркую погоду.

Российские учёные из Института автоматики и процессов управления ДВО РАН совместно с коллегами из Харбинского политехнического университета нашли простой и дешёвый способ получения материала для умных окон. Такие окна смогут сами регулировать свет и тепло в помещении без дополнительных энергозатрат. Об этом RT сообщили в пресс-службе Российского научного фонда. Исследование поддержано фондом. Результаты опубликованы в The Journal of Physical Chemistry Letters.

Умные окна, или смарт-окна, — это окна, созданные с применением особых технологий, которые позволяют регулировать прохождение света и тепла через стёкла. Здания с такими окнами обладают повышенной энергоэффективностью: смарт-окна помогают снизить температуру помещения в жару и сохранить тепло в холодную погоду. Технология всё ещё находится на стадии активной разработки, и инженеры ищут способы для создания смарт-окон из более эффективных и доступных материалов.

Диоксид ванадия является достаточно перспективным материалом для этой цели. Он обладает особыми оптическими свойствами и способен менять свою прозрачность в зависимости от температуры окружающей среды. Однако на практике диоксид ванадия пока не использовался, поскольку он недостаточно прозрачен для оконного стекла. Материал имеет зеленовато-жёлтый оттенок, из-за чего окна могут выглядеть не совсем эстетично.

Учёные из Владивостока и Китая нашли решение этой проблемы. Идея заключается в нанесении невидимой невооружённым глазом лазерной решётки на поверхность материала. Учёные обработали образец диоксида ванадия сверхкороткими лазерными импульсами, которые образовали на его поверхности «рисунок» в виде гребней и впадин.

В ходе исследования было подтверждено, что обработанные образцы стали гораздо прозрачнее, при этом сохранив чувствительность к внешним изменениям температуры. Выяснилось, что при +30 °С материал затемняется на 18%, при ещё большем повышении температуры его прозрачность снижается ещё на 70%. В основном блокируется инфракрасное, то есть тепловое излучение. Таким образом умные окна из диоксида ванадия позволят снизить затраты на охлаждение помещений в жаркую погоду.

«Это открывает большие возможности для создания не только умных окон, но и высокочувствительных датчиков температуры оптических фильтров или экранов, которые нужны для защиты глаз или дорогостоящего оптического оборудования от мощного лазерного излучения. Такое есть, например, на некоторых производствах», — пояснил RT научный сотрудник лаборатории синхротронных методов изучения свойств новых функциональных наноматериалов оптоэлектроники, нанофотоники и тераностики Института автоматики и процессов управления ДВО РАН Дмитрий Павлов.