پنجره "هوشمند" از ورود اشعه مادون قرمز جلوگیری می‌کند

به گزارش ساینس‌دیلی، ‌ این ماده جدید برای پنجره‌های الکتروکرومیک که به سادگی کار می‌کند به‌ گونه‌ای طراحی شده که می‌تواند تشعشعات مادون قرمز که بخش عمده نور خورشید را تشکیل می‌دهد و باعث انتقال دما می‌شود مسدود کند.

در این ماده جدید نانوساختارهایی به کار رفته که به طور مخصوص طراحی شده‌اند و در آن از مواد پیشرفته‌ای مثل اکسید تیتانیوم(TiO۲)، تری‌اکسیدتنگستن(WO۳)، نئودیمیم- نیوبیم(Nd-Nb) و دی‌اکسید قلع(SnO۲) استفاده شده است.

این مواد درون صفحات شیشه‌ای پنجره قرار می‌گیرند و با برق فعال می‌شوند. کاربران می‌توانند آن را خاموش و روشن کنند و انتقال تشعشعات مادون قرمز را مسدود یا آزاد کنند.

براساس آزمایش‌های شبیه‌سازی شده، این اختراع که در مجله‌ی "ACS Omega"  منتشر شده است می‌تواند تا ۷۰ درصد از تشعشعات مادون قرمز را بدون از بین بردن امکان دید، مسدود کند زیرا این پنجره امکان عبور ۹۰ درصد از نور مرئی را می‌دهد.

اثر بخشی این ماده در تنظیم دما ۳۰ درصد بیشتر از پنجره‌های الکتروکرومیک موجود در بازار است و از آنجا که دوام بیشتری دارد، تولید آن ارزان‌تر خواهد بود.

پنجره‌های الکتروکرومیک بخشی معمول در ساختمان‌های "سبز" هستند. این پنجره‌ها که تا حدودی رنگ می‌شوند، نور وارد شده به اتاق را کاهش می‌دهند.

پنجره‌های التروکرومیک موجود در بازار به طور معمول لایه‌ای از تری‌اکسیدتنگستن در یک سمت خود دارند. زمانی که پنجره روشن می‌شود، جریان الکتریکی یون‌های لیتیوم را به سمت بخشی که دارای تری‌اکسیدتنگستن است هدایت می‌کند و پنجره تیره شده یا کدر می‌شود. زمانی که جریان خاموش شود، یون‌های سطح شیشه کنار می‌روند و پنجره شفاف می‌شود.

با این حال، پنجره‌های الکتروکرومیک کنونی تنها در جلوگیری از نور مرئی موثر هستند و تشعشعات مادون قرمز را مسدود نمی‌کنند. بنابراین گرما از پنجره عبور می‌کند و باعث گرم شدن اتاق می‌شود.

یکی دیگر از معایب فناوری پنجره‌های کنونی دوام آن‌ها است. عملکرد ترکیبات الکتروکرومیک در طول سه تا پنج سال کاهش می‌یابد. دوام پنجره‌های جدید در آزمایشگاه مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان داد که ویژگی‌های این پنجره‌ها به خوبی حفظ می‌شود و ۶۵ درصد تشعشعات مادون قرمز را مسدود می‌کند. این موضوع نشان‌دهنده‌ی عملکرد فوق‌العاده، آسان و مقرون به صرفه این نوع پنجره‌ها است.

"آلفرد توک"(Alfred Tok) نویسنده اصلی مقاله مربوط به این پنجره‌ها از دانشکده علوم مواد و مهندسی در دانشگاه صنعتی سنگاپور می‌گوید: با ترکیب نانوساختارهای مخصوص ما توانستیم ماده‌ای ایجاد کنیم که تشعشعات مادون قرمز را مسدود می‌کند اما به بخش عمده‌ی نور مرئی اجازه عبور می‌دهد. استفاده از مواد پیشرفته به بهبود عملکرد، دوام و پایداری این پنجره‌های هوشمند کمک کرد.

به گفته‌ی محققان، این فناوری جدید می‌تواند به ذخیره انرژی که برای گرم و سرد کردن ساختمان‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد، کمک کند.

محققان دانشگاه صنعتی سنگاپور برای بهبود پنجره هوشمند خود در تحقیقاتی مجزا سیستم خاموش و روشنی ساختند که به کنترل گرمای هدایت شده که از محیط خارجی می‌آید، کمک می‌کند. آنها از ذرات مغناطیسی مبتنی بر کربن و فیلم‌های نازک استفاده کردند که هادی گرما هستند و هنگام خاموش شدن گرما قادر به عبور از پنجره نیست اما هنگام روشن شدن می‌تواند از شیشه عبور کند.

با ادغام این دو فناوری محققان توانستند دو نوع از انتقال گرما یعنی گرمای هدایت شده و تشعشعات مادون قرمز را کنترل کنند.