Smart vindue styrer lys og varme, dræber mikroorganismer

Et nyt smart vindue tilbyder mere end bare en flot udsigt - det styrer også transmittans af sollys, opvarmer bygningens interiør ved at omdanne solstråling til varme, og næsten eliminerer E coli bakterier, der lever på glasset. I fremtiden, sådanne sterile smarte vinduer kan bruges i fly, hospitaler, offentlig transport, og andre områder.

Forskerne, ledet af Yan-Yan Song ved Northeastern University i Shenyang, Kina, og Xing-Hua Xia ved Nanjing University i Nanjing, Kina, har udgivet et papir om det nye sterile smarte vindue i en nylig udgave af ACS Nano .

Som forskerne forklarer, at integrere flere funktioner i et enkelt smart vindue er en udfordring, da hver funktion typisk kræver en anden materialesammensætning. For eksempel, et af de mest anvendte materialer til smarte vinduer, der styrer synligt lysoverførsel, er WO ₃ (wolframtrioxid). Som et elektrokromisk materiale, WO ₃ kan reversibelt ændre sin optiske transmittans som reaktion på elektrokemisk opladning og afladning. På den anden side, smarte vinduer, der konverterer nær-infrarød solstråling til varme, involverer typisk metal-nanopartikler. Også, en lang række materialer har antimikrobielle egenskaber, især kobber. Indtil nu, imidlertid, at kombinere alle disse egenskaber til ét materiale har været en udfordring.

I den nye undersøgelse, forskerne designede en elektrokromisk-fototermisk film sammensat af 3D WO ₃ i en bikage-lignende struktur indlejret i guld nanopartikler og nanoroder. Mens WO ₃ styrer mængden af ​​synligt lys, der passerer gennem vinduet, guldnanostrukturer konverterer indgående sollys til termisk energi til opvarmning af bygningens indre.

"Dette er en ny strategi, der opnår fremragende fototermisk konvertering via solforstærkningsoptimering på elektrokromiske film og, vigtigt, den fototermiske effektivitet er justerbar under optisk transmission, "Fortalte Xia Phys.org .

Forskerne demonstrerede, at vinduet kan skifte fra fuldstændigt gennemsigtigt til kulsort inden for få minutter. Yderligere, de viste, at en nær-infrarød laser øger vinduets temperatur med 24 ° C på cirka fem minutter. For at undersøge vinduets antimikrobielle egenskaber, forskerne behandlede det med E coli og bestrålede det med en nær-infrarød laser. De fandt ud af, at den bakteriedræbende virkning var stærkest, når vinduet var i sin mørke tilstand, hvor det kunne fjerne stort set alle bakterier. I modsætning, effekten var meget svagere for vinduer i gennemsigtig tilstand, såvel som dem, der kun er lavet af WO ₃ eller kun guld nanostrukturer, frem for begge materialer tilsammen. Resultaterne tyder på, at de fleste bakteriedræbende virkninger skyldes vinduets fototermiske egenskaber.

"Det sterile smarte vindue ville være særligt nyttigt i fly, i zoner med høj breddegrad, og også på hospitaler, "Sagde Xia." Det skal være multifunktionelt, for eksempel, dynamisk styring af synligt lys tuning af varmekonvertering af nær-infrarød solstråling, og reducere angreb fra mikroorganismer. "

© 2018 Phys.org