Smarte vinduer, der selvlyser på regnvejrsdage

Smarte vinduer, der automatisk skifter farver afhængigt af sollysets intensitet, får opmærksomhed, da de kan reducere energiregningen ved at blokere for solens synlige stråler om sommeren. Men hvad med vinduer, der skifter farver afhængigt af luftfugtigheden udenfor i monsunsæsonen eller på varme sommerdage?

For nylig, et koreansk forskerhold har udviklet kildeteknologien til smarte vinduer, der skifter farver i forhold til mængden af ​​fugt, uden behov for strøm.

Det fælles forskerhold bestod af professor Junsuk Rho fra afdelingerne for maskin- og kemiteknik, Jaehyuck Jang og Aizhan Ismukhanova fra kemiingeniørafdelingen hos POSTECH, og professor Inkyu Park fra KAISTs afdeling for maskinteknik. Sammen, de udviklede med succes et variabelt farvefilter ved hjælp af en metal-hydrogel-metal-resonatorstruktur ved hjælp af en chitosan-baseret hydrogel og kombinerede det med solceller for at lave en selvforsynende fugtighedssensor. Disse forskningsresultater blev offentliggjort som en forsidehistorie i den seneste udgave af Avancerede optiske materialer , et tidsskrift med speciale i nanovidenskab og optik.

Sensorer, der bruger lys, er allerede meget brugt i vores daglige liv til at måle EKG, luftkvalitet, eller afstand, for eksempel. Grundprincippet er at bruge lys til at registrere ændringer i omgivelserne og konvertere dem til digitale signaler.

Fabri-Pero interferens er et af de resonansfænomener, der kan anvendes i optiske sensorer og kan materialiseres i form af flerlags tynde film af metal-dielektrisk-metal. Det er kendt, at resonansbølgelængden af ​​transmitteret lys kan styres i henhold til tykkelsen og brydningsindekset af det dielektriske lag. Imidlertid, de eksisterende metal-dielektriske-metal-resonatorer har en stor ulempe ved ikke at være i stand til at kontrollere bølgelængderne af transmitteret lys, når de først er fremstillet, gør det vanskeligt at bruge dem i variable sensorer.

Forskerholdet fandt ud af, at når chitosanhydrogelen laves om til metal-hydrogel-metalstrukturen, resonansbølgelængden af ​​transmitteret lys ændres i realtid afhængigt af miljøets fugtighed. Dette skyldes, at chitosanhydrogelen gentager ekspansion og sammentrækning, efterhånden som fugtigheden ændres omkring den.

Ved at bruge denne mekanisme, holdet udviklede en fugtighedssensor, der kan konvertere lysets energi til elektricitet ved at kombinere et solbatteri med et vandfilter med variabel bølgelængde lavet af et metal-hydrogel-metal struktureret metamterial, der ændrer resonansbølgelængde afhængigt af den eksterne fugtighed.

Designprincippet er at overlappe filterets resonansbølgelængde med den bølgelængde, hvor absorptionen af ​​solcellerne ændrer sig hurtigt. Dette filter er designet til at ændre mængden af ​​lysabsorption af solceller afhængigt af mængden af ​​fugt, og at føre til elektriske ændringer, der i sidste ende registrerer den omgivende luftfugtighed.

I modsætning til konventionelle optiske fugtsensorer, disse nyudviklede virker uanset lystypen, om det er naturligt, LED eller indendørs. Også, ikke kun fungerer den uden ekstern strøm, men den kan også forudsige luftfugtighed i henhold til filterets farve.

Professor Junsuk Rho, der ledede forskningen, kommenterede, "Denne teknologi er en sensorteknologi, der kan bruges på steder som atomkraftreaktorer, hvor mennesker og elektricitet ikke kan nå." Han tilføjede, "Det vil skabe endnu større synergi, hvis det kombineres med IoT-teknologi såsom fugtsensorer, der aktiverer eller smarte vinduer, der skifter farver i henhold til niveauet af ekstern fugtighed."