Специалисты из Института автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН вместе с исследователями Харбинского политехнического университета разработали инновационный метод производства «умных» стёкол на основе диоксида ванадия. Учёные установили, что свойства материала можно контролировать при помощи лазерного нанесения наноструктур. При нагревании такое стекло блокирует тепловые лучи, сохраняя видимую прозрачность. Технология поможет уменьшить расходы на кондиционирование в тёплое время года.
Исследователи из России и Китая предложили экономичный способ создания стёкол с регулируемыми оптическими свойствами. Такие конструкции автоматически адаптируются к внешним условиям, оптимизируя микроклимат в помещении без необходимости дополнительного энергопотребления. Информация об этом была распространена пресс-службой Российского научного фонда, поддержавшего проект. Научные данные размещены в издании The Journal of Physical Chemistry Letters.
«Умные» оконные системы производятся с использованием специальных технологий, обеспечивающих управляемую свето- и теплопередачу. Здания, оборудованные такими конструкциями, характеризуются улучшенной энергоэффективностью: в жаркий период они сокращают перегрев помещений, а в холодный – минимизируют теплопотери. В настоящее время технология продолжает совершенствоваться, и специалисты работают над поиском более практичных и результативных материалов.
Диоксид ванадия рассматривается как потенциально подходящий материал благодаря уникальным оптическим характеристикам и способности варьировать прозрачность в ответ на температурные колебания. Однако до настоящего времени его применение ограничивалось недостаточной прозрачностью для оконных конструкций. Материал обладает желтовато-зелёным оттенком, что влияет на визуальные характеристики стёкол.
Совместная группа исследователей нашла способ устранения этого недостатка. Метод предполагает создание лазером микроскопической решётки на поверхности материала. Учёные подвергли образцы диоксида ванадия воздействию ультракоротких лазерных импульсов, сформировавших на поверхности рифлёную структуру.
Эксперименты доказали, что обработанные образцы приобрели повышенную прозрачность без потери термочувствительности. При температуре +30°С материал уменьшает светопропускание на 18%, а при дальнейшем нагревании прозрачность сокращается на 70%. Основной эффект достигается за счёт блокировки инфракрасного излучения. Подобные стёкла помогут существенно сократить расходы на охлаждение помещений в условиях повышенных температур.
«Данное открытие создаёт перспективы не только для производства умных окон, но и для разработки высокочувствительных температурных сенсоров, оптических фильтров и защитных экранов. Такие решения могут применяться для защиты зрения персонала или дорогостоящего оптического оборудования от интенсивного лазерного излучения, например, на промышленных предприятиях», – отметил Дмитрий Павлов, научный сотрудник лаборатории синхротронных методов изучения свойств новых функциональных наноматериалов оптоэлектроники, нанофотоники и тераностики Института автоматики и процессов управления ДВО РАН.
