Få lyset, slå varmen:Forskere udvikler ny infrarød belægning til vinduer

Forskere fra det amerikanske energiministerium (DOE) Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) har afsløret et halvleder-nanokrystalbelægningsmateriale, der er i stand til at kontrollere varme fra solen, mens det forbliver gennemsigtigt. Baseret på elektrokrome materialer, som bruger et stød af elektrisk ladning til at tone et klart vindue, denne banebrydende teknologi er den første til selektivt at kontrollere mængden af ​​nær infrarød stråling. Denne stråling, som fører til opvarmning, passerer gennem filmen uden at påvirke dens synlige transmittans. Et sådant dynamisk system kunne tilføje en kritisk energibesparende dimension til belægninger med "smarte vinduer".

"At have et gennemsigtigt elektrokromt materiale, der kan ændre dets transmittans i den infrarøde del af sollys, er helt uden fortilfælde, ” siger Delia Milliron, direktør for Inorganic Nanostructures Facility med Berkeley Labs Molecular Foundry, der ledede denne forskning. "Hvad mere er, Farvningseffektiviteten af ​​vores materiale - et værdital, der beskriver mængden af ​​strøm, der skal til for at få denne ting til at gå - er væsentligt højere end standard elektrokrome materialer, hvilket betyder, at det også er meget effektivt."

Dynamiske vinduesbelægninger kan udmønte sig i betydelige energibesparelser i bygninger, som står for mere end 40 procent af CO2-udledningen i USA. Ifølge undersøgelser udført på National Renewable Energy Laboratory, smarte vinduesbelægninger kunne udligne brugen af ​​klimakontrol og belysningssystemer med op til 49 procent til aircondition og 51 procent til belysning.

"Traditionelle elektrokrome vinduer kan ikke selektivt kontrollere mængden af ​​synligt og nær infrarødt lys, der transmitteres gennem filmen. Ved betjening, disse vinduer kan enten blokere begge lysområder eller lukke dem ind samtidigt, siger Guillermo Garcia, en kandidatstuderende forsker på støberiet. "Dette værk repræsenterer et springbræt til det ideelle smarte vindue, som ville være i stand til selektivt at vælge, hvilken region af sollys der er nødvendig for at optimere temperaturen inde i en bygning."

For at generere denne nye belægning, holdet udviklede en nanokrystalfilm af elektrisk doteret indiumtinoxid, en transparent halvleder, der typisk bruges som ledende belægning til fladskærms-tv. Ved at manipulere elektronerne i denne halvledende film, de kunne tune de kollektive svingninger af disse elektroner - et fænomen kaldet plasmonics - på tværs af det nær-infrarøde frekvensområde.

"Vores evne til at udnytte plasmoner i dopede halvledere med et meget følsomt switching-respons i det nær-infrarøde område leder også tankerne hen på applikationer inden for telekommunikation, " tilføjer Milliron. "Vi har også bragt denne syntese ind i WANDA, vores nanokrystal robot, hvilket betyder, at vi vil være i stand til at levere materialer til en bred vifte af brugerprojekter. “

"Dette arbejde udvider alsidigheden af ​​elektrokrome enheder, åbner op for en række nye applikationer inden for sol- og termisk kontrol, ” siger medforfatter Thomas Richardson, en personaleforsker i Berkeley Labs afdeling for miljø- og energiteknologier. "Den innovative mekanisme med høj farveeffektivitet giver håb om forbedrede skifteområder og langvarig holdbarhed."

Garcia er hovedforfatteren og Milliron den tilsvarende forfatter til et papir, der rapporterer om denne forskning i tidsskriftet Nano bogstaver . Artiklen har titlen "Dynamisk modulering af overfladeplasmonresonansen af ​​doterede halvledernanokrystaller." Medforfatter af papiret med Garcia, Milliron og Richardson var Raffaella Buonsanti, Evan Runnerstrøm, Rueben Mendelsberg, Anna Llordes og Andre Anders.