Специалисты Института автоматики и процессов управления ДВО РАН совместно с исследователями из Харбинского политехнического университета в Китае разработали инновационный метод производства умных стёкол с использованием диоксида ванадия. Эксперименты показали, что характеристики материала можно контролировать методом лазерного структурирования нанорешётки. При нагревании такое стекло блокирует тепловые волны, сохраняя видимую прозрачность. Технология способна сократить расходы на кондиционирование зданий в условиях жаркого климата.
Исследовательская группа из российского института вместе с китайскими партнёрами определила экономичный способ изготовления материала для интеллектуальных оконных систем. Подобные конструкции автоматически регулируют световой и тепловой поток без потребления дополнительной энергии. Соответствующая информация была распространена пресс-службой Российского научного фонда, который поддержал проект. Научные выводы опубликованы в издании The Journal of Physical Chemistry Letters.
Интеллектуальные оконные системы производятся с применением специализированных технологических решений, обеспечивающих управление светопропусканием и термоизоляцией. Сооружения, оснащённые такими конструкциями, демонстрируют повышенную энергоэффективность: они способствуют охлаждению помещений в зной и сохраняют тепло в мороз. Технологический процесс продолжает совершенствоваться, а специалисты работают над поиском более продуктивных и экономичных материалов для смарт-стёкол.
Диоксид ванадия представляет собой перспективное сырьё для указанных целей. Материал отличается уникальными оптическими характеристиками и меняет степень прозрачности при температурных колебаниях. Тем не менее, его практическое применение в оконных конструкциях ранее ограничивалось недостаточной светопропускающей способностью. Характерный зеленовато-жёлтый оттенок также снижал эстетическую привлекательность продукта.
Совместная группа исследователей нашла решение данной проблемы. Метод предполагает нанесение микроскопической лазерной структуры на поверхность материала. В ходе экспериментов образцы диоксида ванадия подвергались обработке ультракороткими лазерными импульсами, создавшими рельефную поверхность с чередующимися выступами и углублениями.
Тестирование подтвердило существенное увеличение прозрачности модифицированных образцов при сохранении температурной чувствительности. Экспериментальные данные показали, что при +30°C материал затемняется на 18%, а при дальнейшем нагреве прозрачность уменьшается на дополнительные 70%. Основной эффект достигается за счёт блокировки инфракрасного излучения. Подобные умные стёкла могут значительно сократить расходы на охлаждение внутренних помещений во время летнего зноя.
“Данное открытие создаёт перспективы не только для производства интеллектуальных оконных систем, но и для разработки высокоточных термодатчиков, оптических фильтров и защитных экранов. Такие решения востребованы для охраны зрения персонала и дорогостоящего оптического оборудования от воздействия интенсивного лазерного излучения на промышленных объектах”, — пояснил Дмитрий Павлов, научный сотрудник лаборатории синхротронных методов изучения свойств новых функциональных наноматериалов оптоэлектроники, нанофотоники и тераностики Института автоматики и процессов управления ДВО РАН.
