Ingeniører udvikler miljøvenlige smarte glaspaneler, der skifter fra gennemsigtige til uigennemsigtige

En dag får vi ikke brug for gardiner eller persienner for vores vinduer, og vi vil være i stand til at blokere lys – eller lukke det ind – med blot et tryk på en knap. Det er i hvert fald Keith Goossen, lektor i elektro- og computerteknik ved University of Delaware, håb.

Goossen og Daniel Wolfe, som tog en doktorgrad fra UD sidste år, udviklet paneler, der kan skifte mellem at lukke lys ind og spærre det ud. Denne "smarte glas" teknologi kan bruges i miljøvenlige vinduer, forruder, tagruder og bygningskonvolutter, absorberer lys og varme om vinteren og reflekterer det væk om sommeren.

Selvom Goossen ikke er den første videnskabsmand til at lave smart glas, hans teams opfindelse er omkring en tiendedel af prisen for andre versioner. Den er også mere gennemsigtig i sin gennemsigtige tilstand og mere reflekterende i sin reflekterende tilstand end konkurrenterne, han sagde.

Goossen delte sin seneste smarte glasprototype mandag, 5. marts i en hovedtale på konferencen SPIE Smart Materials and Nondestructive Evaluation for Energy Systems IV i Denver.

Simpel idé, klare resultater

Principperne bag denne smarte glasteknologi er overraskende enkle. Det starter med to plader plastik adskilt af et tyndt hulrum. Plasten indeholder bittesmå kubeformede strukturer, der gør materialet retroreflekterende, hvilket betyder, at den sender lys tilbage til sin kilde, ligesom en cykelrefleks gør.

Derefter fyldes kammeret med en væske kaldet methylsalicylat - et billigt vintergrønt ekstrakt, der tilfældigvis er den aktive ingrediens i nogle håndkøbs smertestillende cremer. Denne væske har optiske egenskaber, eller interaktion med synligt lys, som matcher den retroreflekterende plasts optiske egenskaber. Når det kombineres, lyset kan passere igennem, og systemet bliver gennemsigtigt. Dette kaldes brydningsindeksmatching.

Goossens smarte glassystem kan skifte fra transparent til reflekterende tusinde gange uden at forringe, som vist i et papir offentliggjort sidst sidste år i tidsskriftet Optik Express .

På denne uges konference, Goossen afslørede en ny, forbedret design.

I stedet for at bruge terninger, dette smarte glas er afhængig af den totale indre refleksion af endimensionelle strukturer, der er lagdelt vinkelret. Det er meget reflekterende ved op til en 60-graders indfaldsvinkel, en forbedring i forhold til den tidligere prototype.

"Det fungerede bedre, end vi troede, det ville baseret på vores teoretiske forståelse, " han sagde.

Goossen bruger 3-D print til at lave sine prototyper, men denne teknologi kunne i sidste ende fremstilles til et stort volumen og lave omkostninger ved hjælp af sprøjtestøbning. Han tester nu sit system over en lang række temperaturer for at se, hvordan det fungerer, især når det nærmer sig temperaturer, der kan få væsken inde til at fryse, som vil være mellem 3 og 16 grader Fahrenheit, afhængig af den eventuelle væske, der bruges. Hver gang Goossen taler med et værelse fyldt med ingeniører om dette projekt, hænder går op med masser af spørgsmål.

"Der er stor interesse for den kapacitet, dette kan repræsentere, " han sagde.

Kommercialisering kan med tiden følge - noget Goossen allerede er velbevandret i. En forfatter til 82 udstedte patenter, han grundlagde en startup-virksomhed i 2001, som senere blev opkøbt. Han videregiver sin viden til studerende som medlærer i højteknologisk iværksætteri, et kursus for bachelor- og kandidatstuderende, der fokuserer på økonomiske, gyldige, videnskabelige og tekniske problemer, som tech startups står over for.

Goossen opfordrer også eleverne til at være nysgerrige. Dette forskningsprojekt startede med en anelse, som kan være drivkraften til videnskabelig opdagelse.

"Nogle gange er det bare et instinkt om, hvad der kan være interessant, sagde Goossen.